Разработка многоцелевого экологически чистого газотурбинного двигателя для энергетических установок различного назначения

Тема ПНИ: «Разработка многоцелевого экологически чистого газотурбинного двигателя для энергетических установок различного назначения»

Заказчик: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Цели выполнения ПНИ: Разработка, изготовление и испытание макета энергоэффективной микротурбины мощностью 25-75 кВт, конкурирующей по топливной экономичности с поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Аннотация:  Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников энергии; создание новых способов транспортировки и хранения энергии в Российской Федерации, а именно: разработка, изготовление и испытания макетного образца многоцелевого экологически чистого газотурбинного двигателя мощностью 25-75 кВт для энергоустановок различного назначения, предназначенных для транспортных средств (в том числе увеличения запаса хода транспортного средства), судов и судовых платформ, автономных источников питания превосходящих мировой уровень по основным технико-экономическим характеристикам (удельный расход топлива, удельная мощность, простота обслуживания), использующих различные виды топлива, в том числе попутный нефтяной газ, обеспечивающий большую эффективность в области использования экологически чистых источников энергии. В результате реализации проекта будет получен полезный научно-технический, технологический и социальный эффект, который будет обеспечен использованием полученных результатов в части вывода на рынок современной научно-технической продукции и технологий мирового уровня, а также импортозамещения.

На первом этапе был проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы по проблемам создания микротурбин для энергоустановок, а также выполнены патентные исследования с целью формирования патентных заявок.

Были определены и обоснованы основные параметры и компоновка микротурбины.

Разработаны 3D модели компонентов микротурбины и проведено математическое моделирование течения потоков в газовоздушных патрубках теплообменника, в патрубках, соединяющих камеру сгорания и микротурбину, а также в затурбинном диффузоре.

Проведены оптимизационные расчеты КПД и ресурса компрессора турбины по теплонапряженному состоянию и течению газовоздушных потоков.

На втором этапе проведено математическое моделирование теплового состояния композитных подшипников микротурбины и теплонапряженного состояния корпусных элементов микротурбины. Также проведены оптимизационные расчеты КПД и ресурса компрессора и турбины по теплонапряженному состоянию и течению газовоздушных потоков. После расчетных работ были разработаны 3D-модели макетов композитных подшипников микротурбины, а также разработана программа и методика их испытаний. По разработанной конструкторской документации на макеты композитных подшипников были изготовлены макеты. С целью проведения испытаний макетов подшипников произведен монтаж и подготовка стенда ИП.

По разработанной конструкторской документации изготовлен макет микротурбины с целью проведения дальнейших испытаний.

На третьем этапе были разработаны и утверждены программы и методики испытаний макетов микротурбины, а также проведена разработка КД стенда ИМТ для испытаний макетов микротурбины с последующим производство и монтажом данного стенда. После подготовки и отладки стенда были проведены испытания макетов микротурбины, которые показали высокий эффективный КПД разработанного образца - 35,5%. Мощность, достигнутая микротурбиной, составила 52 кВт.

Полученная величина КПД является меньше проектной (37-38%), но не ниже установленной в требованиях Соглашения (34%). Полученная мощность несколько превышает проектную - 52 кВт (проектная 50 кВт).

При испытаниях макета малотоксичной камеры сгорания получена величина выбросов окислов азота равная 10,5 ppm (проектное значение 7,8 ppm).

Также были разработаны техническое задание на проведение ОКР по созданию микротурбины, работающей со сверхвысокой степенью регенерации тепла выходных газов, и предложения и рекомендации по реализации (коммерциализации) результатов проекта, вовлечению их в хозяйственный оборот.

Уникальный идентификатор соглашения: RFMEFI62518X0045

Номер соглашения: № 075-11-2018-233

Дата начала: 20.12.2018

Дата окончания: 31.12.2020

Директор проекта: к.т.н., доцент Карпухин К.Е.

Научный руководитель: д.т.н. Козлов А.В.

Ответственный исполнитель: к.т.н. Надарейшвили Г.Г.

Руководитель направления «Комбинированная энергоустановка»: к.т.н., Колбасов А.Ф.

Руководитель направления «Испытания: Попов В.С.

Программа: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

Головной исполнитель: Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ"»

Индустриальный партнер: Акционерное общество «Научно-производственное объединение «Турботехника».

План-график проведения ПНИ