Микроэлектростанцию, использующую шум энергетических установок, предлагается устанавливать в выпускных системах локомотивов и морских судов
Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П Королева разработали опытную установку для утилизации шума и получения из него дополнительной электроэнергии. Такие установки в перспективе можно будет устанавливать в выхлопных системах мощных двигательных установок железнодорожных локомотивов, крупных морских судов или поршневых компрессоров. Работы по созданию шумоутилизатора ведутся на кафедре теплотехники Самарского университета.
«Основной смысл нашей идеи — использовать энергию звуковых волн, которые распространяются в выхлопных системах различных энергетических установок — двигателей и компрессоров. То есть, речь идет о шуме. Обычно для глушения шума в выхлопных системах используются различные методы поглощения энергии. Мы же предлагаем эту энергию утилизировать, использовать ее, тем самым мы одновременно уменьшаем уровень шума выхлопной системы и получаем из утилизируемых звуков дополнительную электрическую энергию, пусть и небольшую, но все же»,
– рассказал старший преподаватель кафедры теплотехники Самарского университета Артем Шиманов.
В настоящее время учеными собран прототип установки, на котором проводятся экспериментальные исследования. Прототип представляет собой волновод — полипропиленовую трубу длиной около трех метров, внутри которой находится пульсационная турбина с электрогенератором. К одному из концов трубы присоединен источник шума — сабвуфер мощностью порядка 80 Вт от обычной бытовой акустической системы. Внутри трубы также размещены различные датчики, к волноводу присоединен осциллограф. Поступающие в трубу звуковые колебания раскручивают турбину. Ученые измеряют давление в различных точках волновода и смотрят, как выстраиваются звуковые волны в зависимости от месторасположения турбины в трубе. Задача — найти оптимальную точку с наибольшей степенью утилизации звука и выработки электроэнергии. Как показали первые эксперименты, звук мощностью примерно 20 Вт раскручивает турбину до 13 тысяч оборотов в минуту, что дает около 2 Вт электроэнергии. Как подчеркнул Артем Шиманов, данная разработка не только сделает в перспективе двигатели менее шумными и более безопасными для здоровья людей (известно, что длительное воздействие мощных низкочастотных шумов способно приводить к повреждению внутренних органов человека, вызывая, в частности, проблемы с сосудами и сердцем) — шумоутилизатор также уменьшит нагрузку на выхлопную систему двигателя, что позволит уменьшить размеры и материалоемкость конструкций выхлопных систем, то есть, двигатели за счет этого должны стать в целом меньше и легче.
«Сейчас мы ставим во время экспериментов турбину непосредственно в трубу и при этом как бы немного перекрываем выходной поток предполагаемой выхлопной системы. На реальной выхлопной системе можно будет сделать перпендикулярную врезку в трубу и разместить турбину в этом перпендикулярном отводе. То есть, выхлопные газы будут свободно выходить, а акустическая волна будет заставлять турбину крутиться, — пояснил ученый. В процессе работы пульсационная турбина частично поглощает энергию звуковой волны и снижает пиковое давление, что приводит к снижению уровня шума, который, как известно, вредит здоровью человека и повреждает технику. В результате утилизации шума общая нагрузка на систему шумоглушения снижается, следовательно, выхлопные системы можно будет делать гораздо меньшего размера — по нашим расчетам, меньше процентов на десять. Если взять какую-нибудь большую энергетическую установку, например, двигатель от тепловоза или большого морского судна, то уменьшение выхлопной системы на 10% уже даст уменьшение общего веса, как минимум, на десятки килограммов».
По словам Артёма Шиманова, исследования планируется завершить в следующем году, после чего будет изготовлен демонстрационный образец установки с волноводом из металла и начнется работа по внедрению этой разработки на практике.
