Atveseļošanas fonda Darbības programmas “Latvijas Atveseļošanas un noturības mehānisma plāna 5.1. reformu un investīciju virziena “Produktivitātes paaugstināšana caur investīciju apjoma palielināšanu P&A” 5.1.1.r. reformas “Inovāciju pārvaldība un privāto P&A investīciju motivācija” 5.1.1.2.i. investīcijas “Atbalsta instruments pētniecībai un internacionalizācijai” otrās kārtas īstenošana” ietvaros SIA “MAŠĪNBŪVES KOMPETENCES CENTRS” no 2024. gada 1. jūnija līdz 2027. gada 31. decembrim īsteno projektu Nr. 5.1.1.2.i.0/2/24/A/CFLA/008 “Mašīnbūves kompetences centra atbalsts pētniecībai”.

Projekta “Mašīnbūves kompetences centra atbalsts pētniecībai” ietvaros sabiedrība ar ierobežotu atbildību "FONONS" 2025. gada 1. janvārī uzsāk pētniecības projekta Nr. J.1.3 “Biogāzes daudzpakāpju kompresijas stacijas izstrāde”īstenošanu. 

Pētniecības projekta mērķis ir izveidot pašegulējošu automātisku biogāzes  kompresijas sistēmu biogāzes reaktora darbināšanai.

Pētniecības projektu plānots realizēt līdz 2027. gada 31. martam. Projekta kopējās izmaksas plānotas EUR 218450.00, tai skaitā EUR 98302.50 – Eiropas Savienības Atveseļošanas fonda finansējums. 

Projekta mērķis ir veikt pētījumus biogāzes kompresijas ciklā ar mērķi sasniegt nepieciešamos biogāzes parametrus (spiedienu, temperatūru) reaktora ieejā, vienlaicīgi kontrolējot un vadot procesu katrā kompresijas etapā.

Mērķis: izveidot pašergulējošu automātisku biogāzes kompresijas sistēmu biogāzes reaktora darbināšanai.

Galvenās aktivitātes eksperimentālajā izstrādē:

- siltumtehnisko procesu modelēšana kompresijas procesā un biogāzes eksperimentālās divpakāpju kompresijas stacijas izprojektēšana;

- eksperimentālās divpakāpju kompresijas stacijas izgatavošana;

- eksperimentālie kompresijas procesa pētījumi un aprēķinu pārbaude biogāzes vietā izmantojot atmosfēras gaisu;

- kompresoru stacijas konstrukcijas un vadības korekcija uz eksperimentālo datu pamata;

- kompresoru stacijas testēšana un pilnveidošana reālos apstākļos biogāzes ražotnē.

Rezultāts: pašregulējoša automātiska biogāzes kompresijas sistēma biogāzes reaktora darbināšanai.

Jau sākta siltumtehnisko procesu modelēšana kompresijas procesā un biogāzes eksperimentālās divpakāpju kompresijas stacijas projektēšana.

31.01.2025.

Uzsākta izpēte par biogāzes kompresijas agregāta gāzu sasildīšanu saspiešanas procesā pēc vienas pakāpes. Mērījumi atkarībā no spiediena paaugstināsanas pakāpes.

28.02.2025.

Siltumtehnisko procesu modelēšana kompresijas procesā saskaņā ar veiktajiem mērījumiem.

31.03.2025.

Uzsākta biogāzes eksperimentālās divpakāpju kompresijas stacijas izprojektēšana.

Projektēts ir siltummainis

Ņemts vērā, ka dzesējamā gāzē būs piemaisījumi.

Līdz ar to siltummainis ir ar lielam atverēm.

28.05.2025.

Veikti siltumtehniskie aprēķini un izgatavots siltummainis.

20.06.2025.

31.07.2025.

Saņemti biogāzes pūtēju agregāti. Uzsākta pamatņu izgatavošana.

01.09.2025.

Saņemts čilleris - uzsākta pieslēgšana un sagatavošana izpētes darbiem.

31.12.2025.

Divpakāpes kompresijas stacijas izgatavošanai sagatavoti vairāki bloki. 

• Vadība;

• Kompresijas agregātu pamata rāmis;

• Elektromotoru nostiprināšanas mehānismi, siksnu nospriegošanai;

• Dzesēšanas bloks – čilleris.

                                                                                     

1.att. Vadības bloka prototips

Vadības bloka prototips tika izgatavots samontējot PLC – programmējamo loģikas bloku ar vairākām temperatūras un spiediena ieejām.

Datu aplūkošanai un prototipa vadībai tika programmēts HMI – cilvēklasāms ekrāns ar informāciju no temperatūras un spiediena devējiem.

Vadības bloks veiks datu pierakstu elektroniskā datnē. Dati tiks analizēti kā informācijas kopas – lai varētu izstrādāt optimālāko darba režīmu.

2.att. Vadības bloka ekrāns

Vadības bloka ekrānā tiek attēlotas sešas temperatūras. Ieejas temperatūra T1 nepieciešama, lai varētu veikt aprēķinu par temperatūras pieaugumu. Temperatūra T2 ir pēc pirmās saspiešanas pakāpes. Darbinot vienu pakāpi parasti izejas temperatūra T2 var sasniegt pat +80C, kas ir par augstu, lai to ievadītu otrā saspiešanas pakāpē. Tādēļ nepieciešams to samazināt. Temperatūra pēc dzesēšanas siltummaiņa T3 sniegs informāciju par gaisa atdzesēšanu. Tā noteikti būs jāpazemina līdz +40C – lai otrā saspiešanas pakāpe nepārkarstu. Galvenā temperatūras slodze ir uz gultņiem, kas jau paši pa sevi, strādājot slodzē, darba temperatūra var sasniegt +120C. Izejas spiediena P2 korelācija ar izejas temperatūru T4 sniegs informāciju par dzesēšanas siltummaiņa efektivitāti. Siltummainis saņem no dzesētāja temperatūru T5, ar caurejošo gāzi siltummnesējs tiek uzsildīts un uz dzesētāju atgriež jau izejas temperatūru T6.Mainot padodamo dzesēšanas šķidruma temperatūru T5, iespējams veikt efektīvāku dzesēšanu. 

Prototipa patērētās enerģijas aprēķins tiks veikts, izmantojot patērētās strāvas A1 un A2. Katru kompresijas pakāpi griež atsevišķs elektromotors. Uzlabojot kompresijas pakāpes prototipu, tiks pievienots arī mainīgās frekvences bloks. Ar tiks mainīti motoru apgriezieni, lai varētu uzkrāt datus dažādās noslodzēs.

3.att. Kompresijas stacijas kopskats

Kompresijas stacija ir samontēta un sagatavota eksperimentiem.

Divpakāpes kompresijas stacijas prototips ir izgatavots un pieslēgts pie sensoriem, lai varētu nolasīt darbības radījumus.

Vadības bloks konvertē sensoru signālus cilvēkam lasāmā formātā -  spiediens, temperatūra, motoru apgriezieni..

Progress 3. starpposmā  no 01.01.2026 līdz 30.06.2026.

Vadības bloka ekrānā tiek attēlotas sešas temperatūras. Ieejas temperatūra T1(2.att) nepieciešama, lai varētu veikt aprēķinu par temperatūras pieaugumu. Temperatūra T2(2.att) ir pēc pirmās saspiešanas pakāpes. Darbinot vienu pakāpi parasti izejas temperatūra T2 var sasniegt pat +80C, kas ir par augstu, lai to ievadītu otrā saspiešanas pakāpē. Tādēļ nepieciešams to samazināt. Temperatūra pēc dzesēšanas siltummaiņa T3 sniegs informāciju par gaisa atdzesēšanu. Tā noteikti būs jāpazemina līdz +40C – lai otrā saspiešanas pakāpe nepārkarstu. Galvenā temperatūras slodze ir uz gultņiem, kas jau paši pa sevi, strādājot slodzē, darba temperatūra var sasniegt +120C. Izejas spiediena P2(2.att.) korelācija ar izejas temperatūru T4 sniegs informāciju par dzesēšanas siltummaiņa efektivitāti. Siltummainis saņem no dzesētāja temperatūru T5(2.att), ar caurejošo gāzi siltummnesējs tiek uzsildīts un uz dzesētāju atgriež jau izejas temperatūru T6.Mainot padodamo dzesēšanas šķidruma temperatūru T5, iespējams veikt efektīvāku dzesēšanu.

Plānotās temperatūras pazemināšanas tika sadalītas divos posmos.

Pirmajā – izmantojot dzesēšanas ūdeni, kas tiek ņemts no ūdens sistēmas.

Otrajā posmā pieslēgts siltumsūknis – čilleris. Dzesēšanas šķidrums ir noslēgtā sistēmā, kurā tas tiek sildīts ar darba gāzi un dzesēts ar čillera tipa – ledusskapja tipa dzesētāju, kas siltumu caur radiatoru izvada atmosfērā.

4.Attēls Prototips ar dzesētāju shēma

Atdzesētais šķidrums – eksperimenta prototipā tika izmantots ekofrosts – apkures sistēmu dzesēšanas šķidrums, kura sasalšanas temperatūra ir -20C. Tas tādēļ, ka veicot eksperimentus ar ūdeni, jau tika konstatēts, ka nav iespējams nodzesēt gāzi pietiekoši – tātad dzesēšanas temperatūrai jau jābūt negatīvai, lai gāze izejot cauri dzesētājam paspētu nodzesēties.

Veicot dzesēšanu ar ūdeni, gāzu temperatūras netika pietiekoši pazeminātas, kas pieradīja, ka ar minimālu temperatūru starpību nav iespējams sasniegt uzdevuma rezultātus. Gāze neatdzesējas pietiekoši un otrajā pakāpē gaisa pūtējam tiek padota pārāk karsta gāze, kas izraisa otrās pakāpes gaisa pūtēja temperatūras pārsniegšanu atļautajai robežai. Tādēļ tests pats par sevi bija jāpārtrauc jau pēc trīs ar pusi stundām. Pievienotajā grafikā, attēls Nr. 5, var novērot, ka temperatūras jau tiek ātri sasniegtas pašā sākumā un pēc tam prototipa temperatūra strauji nekāpj. Tas norada, ka paši pūtēja agregāti veiksmīgi dzesējas ar to korpusu virsmu.

5.Attēls Temperatūras izmaiņas eksperimenta laikā

Vertikālā ass ir temperatūra grādi. Horizontālā ass ir eksperimenta laiks minūtēs.

Temperatūru skaidrojums.

T1 – ieplūdes – jeb iesūkšanas gāzes (eksperimenta laikā tās ir gaiss) temperatūra. Darbinot prototipu telpā, telpas gaiss sasila un iesūkšanas tempertūra paaugstinājās. Reālos apstākļos Biogāzes temperatūras var sasniegt līdz 40 grādiem, jo tā ir gaze, kas izdalās rezervuāros no pūstošā materiāla.

T2 – No pirmās pakāpes izplūstošā gāzes temperatūra. Tā ir pirmās pakāpes saspiestā gāze līdz 450 milibāriem. Un sasniegtā temperatūra ir saskaņā ar ražotāja noradīto temperatūru, kas ir tuvu jau +70C. Rezultātā, gāzes temperatūra tiek pacelta no 25 grādiem uz 70 grādiem, kas ir par 45 grādiem.

T5 – dzesēšanas šķidruma padeves temperatūra. Eksperimenta laikā ūdens sistēmas padotā ūdens temperatūra ir +14C grādi. Ūdens padošanas daudzums ir 20 litri minūtē.

T6 – sasildītais dzesēšanas šķidruma izvades temperatūra - +23C grādi. Dzesēšanas šķidrums tiek uzsildīts par +9C grādiem. Zinot apjomu, iespējams aprēķināt saņemto siltuma enerģijas daudzumu. Jāņem vērā, ka caurplūstošā gāze ir apmēram 8m3 minūtē, kas ir liels ātrums un gāzes enerģija netiek pienācīgi nodota dzesēšanas šķidrumam.

T3 – atdzesētās gāzes temperatūra otrās pakāpes pūtēja ieejā. Kā ražotājs norādījis, ieejas gāzes temperatūrai nevajadzētu pārsniegt +40C grādu temperatūru. Gāzes nodzesēšana notiek pa +20C grādiem, kas nav pietiekoši, lai sasniegtu nominālo ieplūdes temperatūru.

T4 – izplūdes gāzes temperatūra pēc otrās pakāpes pūtēja. Grafikā var novērot, ka izejas gāzes temperatūra būtiski pārsniedz pieļaujamo temperatūru.

T7 – Otrās pakāpes pūtēja korpusa temperatūra. Korpusa temperatūra ir būtiska, jo tā sniedz informāciju par gultņu noslodzi un temperatūru. Gultņi nedrīkst pārsniegt +150C, tad tiks izspiesta smēre un gultņi tiks bojāti.

5.attēlā ir eksperimenta posms ar pirmās pakāpes apgriezieniem 1500 apgr/min un otrās pakāpes 1866 apgr/min. Pie tādiem apgriezieniem pirmā pakāpe ražo 8m3 gaisa un otrā pakāpe caurplūdē dod 12m3. Tas tādēļ, ka otrajā pakāpē tiek padota gāze ar spiedienu.

Tā kā gāzu saspiešana rada lielu temperatūru, tad lai samazinātu pārkaršanu, prototips tika darbināts uz mazākiem apgriezieniem – pirmā pakāpe 1285 apgr/min un otra pakāpe 1670, kas kopsummā ražo 9,6m3.

6.attēls Zemāki apgriezieni un temperatūru sakarības

Vertikālā ass ir temperatūra grādos. Horizontālā ass ir eksperimenta laiks minūtēs.

Darbinot prototipu zemākos apgriezienos, tiek novērots, ka atdzesēšana ir efektīvāka, jo cauri siltummainim izplūst mazāk karstās gāzes un otrās pakāpes pūtējā ieejas gāzes temperatūra ir zemāka – bet nav pietiekoši zema – nav +40C grādi.

Uz mazākiem apgriezieniem darbinot, netiek sasniegts parpumpējamās gāzes daudzums, kas nepieciešams, lai darbinātu Biogāzes ģenerācijas sistēmu.

Eksperimentā ar augstākiem apgriezieniem, veicot gāzu apjoma mērījumus, tika sasniegti 12m3/min. Tas arī ir mērķa apjoms, ko sasniegt ar šo prototipu.

Pieslēdzot čilleri, dzesēšanas šķidrumu jau var pazemināt līdz -15C grādiem. Tas kopumā ir praktiski 29C grādi zemāka temperatūra.

Aplūkojot 7.attēlu, iespējams redzēt, ka dzesēšanas temperatūras pazemināšana jau nodrošina gāzu nodzesēšanu pa 15C grādiem. Tas nozīmē lielāku noņemšanas jaudu. Tas dod iespēju palielināt caurplūdi un sasniegt nepieciešamo prototipa jaudu.

Ar čilleri darbināmo versiju iedarbināja uz 1363 apgr.min