Регистрация / Вход
Прислать материал

Многоцелевые малоразмерные газотурбинные двигатели (микротурбины) со сверхвысокой степенью регенерации

Номер контракта: 14.583.21.0013

Руководитель: Костюков Андрей Вениаминович

Должность: заведующий кафедрой

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
микротурбина, теплообменник со сверхвысокой степенью регенерации, экология, эффективность, распределенная энергетика, транспорт с гибридными силовыми установками

Цель проекта:
1. Задачи проекта. -разработка микротурбины мощностью 50 кВт с эффективным КПД не ниже 37-38%; -разработка теплообменника со степенью регенерации не ниже 95%; -разработка высокоэффективных лопаточных машин микротурбины мощностью 50 кВт; -разработка малотоксичной камеры сгорания имеющей на выходе температурную неравномерность не более 40 0С и содержание окислов азота в выходных газах не более 10 ррм. 2. Цель проекта Разработка научных и научно-технических основ, позволяющих создать многотопливную, экологически чистую, конкурирующую по топливной экономичности с современными поршневыми двигателями внутреннего сгорания микротурбину.

Основные планируемые результаты проекта:
1.Планируется разработать высокоэффективную микротурбину на основе реализации в ней цикла со сверхвысокой степенью регенерации тепла. Планируется разработать роторный теплообменник со сверхвысокой степенью регенерации и малотоксичную камеру сгорания микротурбины и провести экспериментальное исследование их макетов, а также разработать высокоэффективные лопаточные машины микротурбины и определить их эффективность посредством проведения расчетного эксперимента.

2. Планируется разработать микротурбину мощностью 50 кВт с с эффективным КПД 37-38%, а также роторный теплообменник со степенью регенерации 95% и камеру сгорания с содержанием окислов азота в выхлопных газах не более 10 ррм и температурной неравномерностью не более 40 гр. Цельсия.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Высокоэффективная экологически чистая мало и редко обслуживаемая микротурбинная энергетическая установка для распределенной энергетики и транспорта. Проект посвящен решению проблемы низкой экономичности микротурбин используемых в энергетических установках.
2. Будут разработаны научные подходы к проектированию микротурбины мощностью 50 кВт с эффективным КПД 37-38%, а также роторного теплообменника со сверхвысокой степенью регенерации и малотоксичной камеры сгорания. Предполагается разработка и апробация методики и программы теплогидравлического расчета роторного теплообменника с охлаждаемым каркасом.
3.Аналогичные работы ведутся за рубежом, однако они не вышли на промышленный уровень.
4. Предполагается выполнить аналитические и экспериментальные исследования основных компонентов (компрессор, турбина, теплообменник, камера сгорания) микротурбины и на их основе получить подтверждение возможности разработки микротурбины, конкурирующей по топливной экономичности с дизельными и газовыми поршневыми двигателями внутреннего сгорания, используя разработанные научно-технические основы. В качестве ограничений результатов проекта можно привести то что в проекте рассматриваться только микротурбина мощностью 50 кВт. Возможные риски связаны с координацией работ с зарубежными партнерами.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Энергетика и турбостроение. Малая распределенная энергетика и транспортное двигателестроение. Автомобили, суда, железнодорожный транспорт с гибридными силовыми установками; дома, поселки, супермаркеты, больницы, поргранзаставы.
2.Результаты проекта планируется использовать для проведения ОКР по микротурбине мощностью 50 кВт. В настоящее время имеются письма от КаМАЗ и НПП "Циркон-Сервис" подтверждающие заинтересованность в разрабатываемой микротурбине для установки ее на беспилотный грузовик и на железнодорожный транспорт составе энергетической установки.
3.Планируемые результаты работы по микротурбине обеспечат развитие научно-технического направления на создание микротурбин реализующих цикл со сверхвысокой степенью регенерации тепла выходных газов, разработку новых технических решений по теплообменнику со сверхвысокой степенью регенерации. Создаваемая по проекту экологически-чистая, малообслуживаемая и высокоэффективная микротурбина обеспечит значительное расширение рынка микротурбинных энергетических установок в малой распределенной энергетике и транспорте.
4. Университет машиностроения и китайский партнер (Университет "Цинхуа") заинтересованы в объединении усилий по созданию высокоэффективной, малотоксичной, малообслуживаемой микротурбины. В процессе работы над микротурбиной предполагается развитие материально-технической и информационной инфраструктуры университетов, а также развитие системы демонстрации и популяризации науки.

Текущие результаты проекта:
Проведены обзоры научных и патентных источников, на основе которых выполнен расчетный анализ путей и методов повышения эффективности микротурбин. Определена конструктивная схема -одновальная микротурбина с роторным теплообменником и малотоксичной камерой сгорания с предварительной подготовкой смеси. Выполнены оценочные расчеты подтверждающие возможность разработки одновальной регенеративной микротурбины мощностью 50 кВт, реализующей цикл со сверхвысокой регенерации тепла (95%), с эффективным КПД 37-38%. Проведены оценочные расчеты подтверждающие возможность разработки роторного теплообменника со степенью регенерации 95% при приемлемых размерах для микротурбины мощностью 50 кВт.