Технические науки / Отраслевое машиностроение

Докт. техн. наук, проф. Кожина Т.Д.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева»

Повышение энергетической эффективности машиностроительного комплекса за счет реализации инновационных разработок в области газотурбостроения

Современная российская энергетика остро нуждается в современном отечественном высокоэффективном энергогенерирующем оборудовании. Основная проблема российской энергетики заключается в том, что не менее 50% электроэнергии страны производится на газовых паротурбинных блоках ТЭС. И все это на фоне малой мощности этого оборудования: КПД газовых паротурбинных блоков в 1,5 раза ниже, чем парогазовых, установленных в странах Евросоюза и США. В ЕС, например, паротурбинные блоки занимают всего 25-30% от общего числа производителей электроэнергии.

Многочисленными планами развития экономики России предусматривается увеличение потребления электрической энергии. К основным достоинствам газотурбинных электростанций можно отнести их относительную доступность, возможность выбора разной мощности, экономичность работы и потребляемого расхода, доступность топлива, а также малошумную работу. Более того, выбор газообразных веществ, которые пригодны для работы газотурбинных электростанций, достаточно широк – такие установки могут работать как на промышленном газе, вроде пропан-бутана, кокса, биогаза, так и на природном – магистральном, сжатом или сжиженном.

Для возведения новых и модернизации действующих тепловых электростанций требуются газотурбинные агрегаты (ГТА) широкого диапазона мощностей: от 1 до 350МВт и выше, при этом номенклатура изготавливаемых в России газотурбинных агрегатов не отвечает современным требованиям, предъявляемым энергетиками. По этой причине, российские энергокомпании вынуждены закупать данную продукцию за рубежом, что грозит потерей энергетической безопасности страны.

На кафедрах РГАТУ (авиационных двигателей, под руководством д.н.т. Ремизова А.Е. и технической физики, под руководством д.т.н., проф. Пиралишвили Ш.А.) ведутся разработки высокоэффективного энергетического газотурбинного двигателя для малой распределенной энергетики. Задачей разработчиков является научно-технологическое обеспечение создания энергетического газотурбинного двигателя мощностью 50 МВт с эффективным коэффициентом полезного действия свыше 40%. Такие газотурбинные агрегаты необходимы для исключения чрезвычайных аварийных ситуаций, включая полную потерю электроснабжения на крупных энергообъектах социального и производственного назначения. Двигатель предусматривает двухтопливное исполнение агрегатов (жидкое – дизельное арктическое по ГОСТ 305-82 и газообразное – природный газ по ГОСТ 5542-87) с базовым исполнением на жидком топливе и обеспечивает надежное снабжение электроэнергией энергобъектов, как агрегат (ГТЭС) аварийного (резервного) электропитания.

Для обеспечения поставленных задач учеными вуза разрабатывается новый высокоэффективный компрессор требуемой степени сжатия и расхода; низкотоксичная камера сгорания; высокотемпературная газовая турбина с эффективной системой охлаждения.

Указанные узлы и газотурбинный двигатель в целом должны обеспечивать надежную работу энергетической установки на протяжение всего заявляемого ресурса, при низких затратах на техническое обслуживание и капитальный ремонт.

Исследования выполняются на базе современных IT- технологий с использованием современных расчетных и графических программ. С целью сокращения средств, газодинамические исследования компрессора планируется проводить на макетном (в масштабе 1:20) компрессоре, построенном на 3D-принтере.

В результате реализации научно-исследовательских работ планируется разработка новых компонентов современных газотурбинных установок. К ним следует отнести создание элементов газовоздушного тракта с использованием последних разработок в области моделирования трехмерных вязких потоков; разработку камеры сгорания с высокими экологическими характеристиками; создание высокоэффективных опор. Для обеспечения поставленных задач потребуется внедрение новейших технологий в металлообработке, сварке, получении покрытий, должны быть решены материаловедческие задачи.

В заключении необходимо отметить, что применение отечественной газотурбинной техники в энергетике РФ имеет ряд очевидных преимуществ: инвестиции в восстановление стационарного газотурбостроения позволяют создавать сотни рабочих мест в одной из наиболее технологичных отраслей промышленности; развитие газотурбостроения стимулирует смежные сферы народного хозяйства, металлургию, станкостроение и специальные технологии, производство компонент и систем автоматического управления, разработку методов проектирования и управления инженерными данными. Газотурбостроение нуждается в высококвалифицированных специалистах, тем самым, мотивируя технические ВУЗы, отраслевые институты, НИИ и лаборатории, а также систему профессионально-технического образования.

Литература:

1. Кожина Т.Д. Наукоёмкие технологии в области наноиндустрии в авиадвигателестроении / Наукоемкие технологии в машиностроении. 2012. № 8. С. 17-20.

2 Безъязычный В.Ф., Кожина Т.Д. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей высоконагруженных изделий /
Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2012. № 8. С. 3-8.

3. T. Kozhina Prospects of nanotechnoogies in aeroengine contruction/ International scientific analytical project: models and methods for resolving the formal scientific and applied problems in physics, mathematics, engineering and chemical research Tom I, 2012, P. 35-40.