1D-моделирование водородной силовой установки

29 ноября 2021, 00:00
  Урал
ИЛЬЯ САФАРОВ
Преимущество разрабатываемой силовой установки на водороде — в ее экологической безопасности

Используя инструменты численного 1D-мо­делирования, научно-исследо­вательский центр СТМ (входит в Холдинг СТМ) и инжиниринговый центр цифровых технологий машиностроения (входит в инновационную инфраструктуру Уральского федерального университета) совместно исследуют возможности использования силовой установки на водороде и других видах топлива для нужд железнодорожного подвижного состава. Уникальность установки в том, что она состоит из твердооксидных топливных элементов и упрощенного накопителя энергии.

Как сообщили в пресс-службе УрФУ, испытания проводятся в рамках технологического проекта Уральского межрегионального научно-образовательного центра (УМНОЦ, вуз выполняет функции его проектного офиса) «Создание научно-промышленного кластера проектирования и производства высокоскоростного подвижного состава и городского транспорта». После завершения тестирования силовой установки эксперты приступят к следующему этапу — ее моделированию. Причем моделируемая установка будет работать с помощью электрического двигателя, основным источником энергии для которого станут специальные электрохимические генераторы на водородных топливных элементах.

Заместитель директора инженерного цент­ра по перспективным технологиям холдинга СТМ Леонид Кузнецов отмечает ощутимый возрастающий тренд по использованию водорода как основного источника энергии не только в локомотивостроении, но и в сфере городского общественного транспорта: «Эта тенденция не является новой, и ее придерживаются наши основные заказчики, включая стратегического партнера СТМ — ОАО “РЖД”. В РЖД даже принята и внедряется специальная ESG-стратегия, одно из главных положений которой — комп­лексное решение экологических вопросов. Специалисты СТМ работают над предоставлением качественного, эффективного ответа на данный запрос. В рамках текущего проекта мы формируем и уточняем требования к водородным топливным элементам для использования их в существующих и перспективных продуктовых платформах. Речь здесь идет не только о локомотивах, но и о рельсовом и колесном городском транспорте».

— В отличие от силовых установок двигателей внутреннего сгорания водородная силовая установка не выбрасывает в атмосферу углекислый газ. Именно этот химический элемент является главным фактором, провоцирующим возникновение так называемого парникового эффекта, — отмечает экологическую безопасность установки технический директор ИЦЦТМ Александр Шакиров. — Помимо этого, у установок на водородных топливных элементах коэффициент полезного действия выше, чем у классического оборудования, работающего за счет двигателя внутреннего сгорания. Это позволяет значительно экономить топливо в соотношении на километр пробега. Таким образом, силовые установки, функционирующие на водороде, более экономичны.

Проектирование без тормозов

Довольно часто конструкторские ошибки или несоответствия изделия техническому заданию выявляются только после разработки полного комплекта рабочих чертежей и изготовления натурного образца. Это приводит к потере денег и времени, задержке выхода изделия на рынок. Один из способов избежать подобных ситуаций — проанализировать взаимодействие подсистем, выходные технические характеристики и параметры разрабатываемого изделия на стадии концептуального проектирования (т.е. еще до этапа конструирования). Для этого используют системы 1D-моделирования и анализа — с их помощью создаются упрощенные компьютерные физические модели как отдельных узлов, так и всего изделия в целом. Эти системы позволяют уже на этапе технического задания проанализировать работу и функциональность систем изделия в различных условиях, а также рассчитать различные получаемые величины, например, давление в гидросистеме, скорость движения машины под определенным углом, температуру рабочей среды — и уже на основании полученных расчетных данных приступить к конструкторской проработке изделия.