федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева»

Свежие новости

События

Ученые Самарского университета им. Королёва разнообразят "меню" газотурбинных  двигателей НК

Ученые Самарского университета им. Королёва разнообразят "меню" газотурбинных двигателей НК

Самарский университет

Проект победил в конкурсе Инновационного фонда Самарской области

ОДК-Кузнецов инжиниринговый центр двигателестроения институт двигателей и энергетических установок Исследования Наука сотруднику Зубрилин Иван Передовые инженерные школы (ПИАШ)
06.10.2022 2022-10-06
Проект ученых Инжинирингового центра Самарского университета им. Королёва позволит создавать в России универсальные и экологичные газотурбинные энергоустановки, работающие на различных видах топлива, в том числе на метано-водородных смесях и водороде. 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 12 млн рублей. 
"В рамках проекта 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 им. Королёва Иван Зубрилин.
По его словам, у участников проекта, в реализации которого задействованы сотрудники различных научных центров и лабораторий университета, уже есть несколько вариантов конструктивных решений, данные варианты 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 "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 КПД. 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, например, 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 самого различного класса мощности", - отметил Иван Зубрилин.
По его словам, для изготовления малоэмиссионой камеры сгорания и универсальной горелки планируется использовать аддитивные технологии, то есть, жаропрочные конструкции для двигателя будут изготавливаться на 3D-принтере. В ходе работы, как считают ученые, придется также несколько модифицировать в своих целях ряд отечественных программ инженерного анализа - их сделают более подходящими для данного проекта, изменив программный код - с разработчиками софта достигнуто соответствующее соглашение. Завершить реализацию проекта планируется к июню 2023 года.
Александр Улитичев, главный конструктор по двигателям НК-12СТ, НК-14СТ и НК-14СТ-10 ПАО "ОДК-Кузнецов":
- Данный 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 им. Королёва - 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.
Справочно
* Задача по развитию водородной энергетики закреплена в ключевом отраслевом документе стратегического планирования – актуализированной Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года. Распоряжением Правительства Российской Федерации от 12 октября 2020 г. № 2634-р был утвержден план мероприятий ("дорожная карта") по развитию водородной энергетики в России до 2024 года, направленный на увеличение производства и расширение сферы применения водорода в качестве экологически чистого энергоносителя. 
Актуальными являются задачи повышения экологичности существующих газотурбинных установок, работающих на метане, а также исследование возможности замещения метана водородом или метано-водородными смесями. Добавление водорода обеспечивает более полное сгорание топлива, благодаря чему увеличивается мощность установки и снижается выброс оксида углерода и несгоревших углеродов, кроме того, уменьшается общий выброс СО2 и расход топлива. Так, использование метано-водородной смеси с объемной долей водорода 40-50% может увеличить  мощность газотурбинной установки примерно на 3-5%  и уменьшить в 3-4 раза расход топлива.
**  Инжиниринговый центр Самарского университета им. Королёва создан в 2021 году по итогам открытого конкурса Министерства науки и высшего образования РФ на предоставление грантов в форме субсидий из федерального бюджета для создания и развития инжиниринговых центров в России. Самарский университет вошел в число 11 вузов-победителей первой очереди конкурса. Победа стала возможной благодаря слаженной работе с участниками консорциума НОЦ мирового уровня "Инженерия будущего" и личной поддержке проекта Инжинирингового центра со стороны губернатора Самарской области Дмитрия Игоревича Азарова.
В числе приоритетных направлений деятельности Инжинирингового центра – разработка цифровых интеллектуальных технологий для машиностроения, создание "цифровых двойников" перспективных газотурбинных двигателей и установок, а также развитие аддитивных технологий и промышленной робототехники, подготовка и переподготовка специалистов высокого уровня для двигателестроительных предприятий России.
Инжиниринговый центр развивается в тесном взаимодействии со стратегическим партнером – ПАО "ОДК-Кузнецов". Реализуемые здесь проекты станут одним из ключевых элементов исследовательской программы развития НОЦ "Инженерия будущего" в части технологических и образовательных проектов платформы "Двигателестроение".
*** ПАО "ОДК-Кузнецов" входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации. Является ведущим предприятием в России 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.