Ученые Самарского применят технологии 3D-печати в разработке экологичных газовых турбин

Проект ученых Инжинирингового центра Самарского университета имени Королева позволит создавать универсальные и экологичные газотурбинные энергоустановки, работающие на различных видах топлива, в том числе на метано-водородных смесях и водороде. Жаропрочные детали, например камеры сгорания, планируется изготавливать на 3D-принтерах.

Подобные установки могут использоваться как автономные источники электроэнергии для крупных поселков или небольших предприятий, например в отдаленных районах Арктики или Сибири, где отсутствуют централизованные электросети. Проект, реализуемый в интересах ПАО «ОДК-Кузнецов», победил в конкурсе Инновационного фонда Самарской области и получил финансовую поддержку в размере двенадцати миллионов рублей, сообщает пресс-служба вуза.

«Мы разработаем конструктивные решения по созданию экологичной малоэмиссионной камеры сгорания и универсального горелочного устройства, позволяющего использовать в газотурбинных двигателях различные виды топлива: наряду с обычным метаном рассматривается применение керосина, дизельного топлива, водорода и метано-водородных смесей. Нам нужно добиться максимальной унификации горелочного устройства, чтобы оно подходило к газотурбинным двигателям различной мощности, не требуя изменений в их конструкции или предусматривая лишь незначительные изменения. Это позволит с минимальными затратами модифицировать линейки газотурбинных двигателей, массово используемых в энергоустановках и на газоперекачивающих станциях и работающих на природном газе. Благодаря новой камере сгорания и унифицированной горелке модифицированные двигатели станут более универсальными в плане использования различного топлива, а также более экологичными за счет существенного снижения выбросов вредных веществ и возможного использования в качестве топлива водорода или метано-водородных смесей», — рассказал директор Инжинирингового центра Самарского университета Иван Зубрилин.

В реализации проекта задействованы сотрудники различных научных центров и лабораторий университета. У участников уже есть несколько вариантов конструктивных решений, которые будут тщательно проанализированы с помощью методов многокритериальной оптимизации. Будут разработаны цифровые модели камеры сгорания и проведены экспериментальные исследования как в лабораториях университета, так и на производственных мощностях ПАО «ОДК-Кузнецов». По итогам проекта планируется создание опытного образца универсального горелочного устройства. В качестве базового двигателя для первичной модификации выбран НК-14СТ. Этот двигатель, серийно выпускаемый в Самаре с 1995 года и используемый в основном в составе газоперекачивающих агрегатов, отличают высокая степень надежности, простота в обслуживании, высокий коэффициент полезного действия. Кроме того, двигатель способен работать в любых климатических условиях.

«Энергоустановки на основе такого двигателя мощностью 8-10 МВт могут обеспечивать электроэнергией порядка тысячи домохозяйств, то есть какой-нибудь поселок или небольшое предприятие в отдаленном районе. Далее мы планируем проводить эксперименты с двигателем НК-36СТ. Это двигатель уже другого класса, мощностью 26 МВт. Перед нами стоит задача показать в ходе исследований, что наша разработка может быть использована в двигателях самых различных классов мощности», — поясняет Иван Зубрилин.

Для изготовления малоэмиссионой камеры сгорания и универсальной горелки планируется использовать аддитивные технологии, то есть жаропрочные компоненты двигателя будут изготавливаться на 3D-принтере. Как считают ученые, в ходе работ придется несколько модифицировать ряд отечественных программ инженерного анализа — их сделают более подходящими для проекта, изменив программный код. C разработчиками программного обеспечения достигнуто соответствующее соглашение. Завершить проект планируется к июню 2023 года.

«Проект имеет большое значение для ПАО «ОДК-Кузнецов». Во-первых, он поможет повысить привлекательность газотурбинных установок серии НК-14СТ и других серий за счет снижения вредных выбросов. Во-вторых, проект позволит расширить валидационный базис для моделей горения, что в конечном итоге позволяет снизить стоимость и уменьшить цикл разработки малоэмиссионной камеры сгорания. В-третьих, проект сформирует большой задел по работам с водородным топливом. Ну и конечно же, совместный проект двух инженерных коллективов — ПАО «ОДК-Кузнецов» и Самарского университета имени Королева — будет способствовать развитию созданной в этом году в университете передовой инженерной аэрокосмической школы (ПИАШ) «Интегрированные технологии в создании авиационной и космической техники» и развитию лаборатории цифровых двойников. ПАО «ОДК-Кузнецов» является одним из индустриальных партнеров университета по проекту ПИАШ», — прокомментировал главный конструктор ПАО «ОДК-Кузнецов» по двигателям НК-12СТ, НК-14СТ и НК-14СТ-10 Александр Улитичев.

ПАО «ОДК-Кузнецов» входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации и считается ведущим российским предприятием по разработке, производству, техническому сопровождению в эксплуатации и ремонту газотурбинных авиационных, жидкостных ракетных двигателей, газотурбинных установок для наземного использования в газовой отрасли, энергетике. Созданные на предприятии газотурбинные двигатели НК-12СТ, НК-14СТ и НК-36СТ используются в составе газоперекачивающих агрегатов ПАО «Газпром», нефтегазовой перерабатывающей промышленности России, газовых компаний Республик Туркменистан, Узбекистан и Казахстан.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.