Siberian Journal of Life Sciences and AgricultureSiberian Journal of Life Sciences and AgricultureSiberian Journal of Life Sciences and Agriculture2658-66492658-6657Science and Innovation Center Publishing House48296010.12731/2658-6649-2026-18-3-1595SXTVKHInterdisciplinary ResearchМеждисциплинарные исследованияResearch ArticleImproving the efficiency of gas turbine engines in the field of agricultural production and energyПовышение эффективности работы газотурбинных двигателей в сфере сельскохозяйственного производства и энергетикиhttps://orcid.org/0000-0003-2723-0626ИвановИгорь АлексеевичIvanovIgor A.
Russian Federation

д.т.н., доцент, профессор кафедры «Менеджмент и бизнес-технологии»

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor in the Department of Management and Business Technologies

igoriv740@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3901-0332ПерсияноваГалина ЕвгеньевнаPersiyanovaGalina E.
Russian Federation

Lead Engineer, Department of Management and Business Technologies

ведущий инженер кафедры «Менеджмент и бизнес-технологии»

persiyanova.galina@mail.ruDon State Technical UniversityДонской государственный технический университетru300620263006202620261835695841001202621042026Received:10012026Accepted:21042026Published:30062026Copyright ©; 2026, I.A. Ivanov, G.E. PersiyanovaCopyright ©; 2026, И.А. Иванов, Г.Е. Персиянова2026I.A. Ivanov, G.E. PersiyanovaИ.А. Иванов, Г.Е. Персияноваhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.rcsi.science/2658-6649/article/view/482960482960/482960-1260111-1-SM.pdf

Background. The relevance of this work lies in the development of a strategy for a new technology for increasing the efficiency of gas turbine engines, which can be implemented in various power units from microturbines to power power turbines due to the interaction of water and a water-fuel composition with a high-temperature surface of the combustion chamber. The water-fuel composition can be realised in form of water-alcohol solutions and fuel-water emulsions. As a result, it is possible to use biofuels based on deep processing of agricultural products.

The purpose is to develop technology to reduce fuel consumption, reduce harmful emissions and the possibility of using alternative fuels.

Materials and methods. This article uses a pragmatic approach, which is one of the most effective in implementing fundamental research for complex systems.

Results. A pilot setup was developed and manufactured that enables stable combustion of a rotating flame inside a cylindrical casing and a stable thin-walled rotating fluid flow along the inner surface of the casing under the influence of pressure, centrifugal force, friction, and a guide wall. Application of this process in microturbine engines reduces the casing heating temperature and increases efficiency by improving the combustion process and reducing the excess air supply to the combustion chamber. The developed process reduces harmful emissions and carbon dioxide from exhaust gases. The manufactured pilot setup can be used as a hot water boiler with direct contact heat exchange, for example, in the construction of new facilities without central heating or in agricultural production facilities. As a further potential application of this work, it is proposed to use the results to create domestically produced microturbines, which are widely used in autonomous power sources in various fields, in particular as drives for disintegrators to increase the production of plant and animal protein.

Обоснование. Актуальность данной работы заключается в разработке стратегии новой технологии повышения эффективности работы газотурбинных двигателей, которая может быть реализована в различных мощностных агрегатах от микротурбин до силовых энергетических турбин за счет взаимодействия воды и водно-топливной композиции с высокотемпературной поверхностью камеры сгорания. Водотопливная композиция может быть реализована в виде водно-спиртовых растворов и топливоводяных эмульсий. В результате создается возможность использования биотоплива на основе глубокой переработки продукции сельскохозяйственного производства.

Цель – разработка технологии снижения расхода топлива, сокращение вредных выбросов и возможности применения альтернативных видов топлива.

Материалы и методы. В данной статье применен прагматический подход, который является одним из наиболее эффективных при реализации фундаментальных исследований для сложных систем.

Результаты. Разработана и изготовлена опытная установка, которая позволяет создать устойчивое горение вращающегося факела внутри цилиндрического корпуса и устойчивого тонкостенного вращающегося потока жидкости по внутренней поверхности корпуса при воздействии на поток сил: напора, центробежной, трения и направляющей стенки. В результате применения этого процесса в микротурбинных двигателях обеспечивается снижение температуры нагрева корпуса и повышение экономичности за счет совершенствования процесса сгорания и сокращения подачи избыточного воздуха в камеру сгорания. Разработанный процесс позволяет снизить вредные выбросы и диоксид углерода отходящих газов. Изготовленная экспериментальная установка может быть использована как водогрейный котел с прямым контактным теплообменом, например, в строительстве новых объектов, где еще нет центрального теплоснабжения или в объектах сельскохозяйственного производства. В качестве дальнейшей перспективы применения данной работы предлагается использовать результаты для создания отечественных микротурбин, которые широко применяются в автономных источниках энергии в различных сферах деятельности, в частности в качестве приводов дезинтеграторов для увеличения производства растительного и животного белка.

газотурбинный двигательгорениестратегиясельскохозяйственное производстваводосодержащая жидкостьдезинтеграторкоэффициент полезного действияэффективностьgas turbine enginegorenjestrategyagricultural productionwater-containing liquiddisintegratorefficiency factorefficiencyAgulnik, A. B., Nelyubin, V. R., Onishchik, I. I., Pavlov, A. S., & Yarmash, A. D. (2018). The use of numerical simulation methods for turbulent flows in the development of afterburner combustion chambers for a gas turbine engine. Nasosy. Turbiny. Sistemy, (1), 66–74. EDN: https://elibrary.ru/XQZBMTАгульник, А. Б., Нелюбин, В. Р., Онищик, И. И., Павлов, А. С., & Ярмаш, А. Д. (2018). Использование методов численного моделирования турбулентных течений при разработке форсажных камер сгорания газотурбинного двигателя. Насосы. Турбины. Системы, (1), 66–74. EDN: https://elibrary.ru/XQZBMTBesedin, S. N., Rassokhin, V. A., Barskov, V. V., & Osipov, A. V. (2017). Development of promising small-sized gas turbine units with independent rotational speeds of the compressor and turbine. Vestnik Bryanskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta, (8), 12–18. https://doi.org/10.12737/article_5a3779fc1eb7c5.51727041. EDN: https://elibrary.ru/YAHHETБеседин, С. Н., Рассохин, В. А., Барсков, В. В., & Осипов, А. В. (2017). Создание перспективных малогабаритных газотурбинных установок с независимыми частотами вращения компрессора и турбины. Вестник Брянского Государственного Технического Университета, (8), 12–18. https://doi.org/10.12737/article_5a3779fc1eb7c5.51727041. EDN: https://elibrary.ru/YAHHETVasin, V. V., et al. (2002). Russian Federation Patent No. 2178125. F 24 H 1/16. Method for heating a liquid heat carrier and a device for its implementation.Васин, В. В., и др. (2002). Патент РФ № 2178125. F 24 H 1/16. Способ нагрева жидкого теплоносителя и устройство для его осуществления.Ivanov, I., & Persiyanova, G. (2024). Strategy of increasing protein production based on lupin and nano disintegrator technology. In BIO Web of Conferences: International Scientific and Practical Conference “Development and Modern Problems of Aquaculture” (AQUACULTURE 2023) (Vol. 84, p. 01049). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/bioconf/20248401049. EDN: https://elibrary.ru/TEXDXBIvanov, I., & Persiyanova, G. (2024). Strategy of increasing protein production based on lupin and nano disintegrator technology. В BIO Web of Conferences: International Scientific and Practical Conference “Development and Modern Problems of Aquaculture” (AQUACULTURE 2023) (Vol. 84, p. 01049). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/bioconf/20248401049. EDN: https://elibrary.ru/TEXDXBIvanov, I. (2019). The development of a strategy for improving low-power gas turbine engines. E3S Web of Conferences, 135, 01089. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913501089. EDN: https://elibrary.ru/UJACOAIvanov, I. A. (2018). Russian Federation Patent No. 2663830. F02C3/308. Method of operation of a gas turbine unit and a device for its implementation.Иванов, И. А. (2018). Патент РФ № 2663830. F02С3/308. Способ работы газотурбинной установки и устройство для его осуществления.Ivanov, I. A., Avlasenko, I. V., & Gatsenko, E. V. (2018). Prospects for using water in the combustion process in thermal engines. Naukoemkie Tekhnologii, 19(2), 58–62. EDN: https://elibrary.ru/YWFQOWИванов, И. А., Авласенко, И. В., & Гаценко, Е. В. (2018). Перспективы использования воды для процесса горения в тепловых двигателях. Наукоемкие технологии, 19(2), 58–62. EDN: https://elibrary.ru/YWFQOWIvanov, I. A. (2015). Russian Federation Patent No. 2559055. Water-fuel composition and method of its preparation.Иванов, И. А. (2015). Патент РФ № 2559055. Водно-топливная композиция и способ ее приготовления.Ivanov, I. A. (2015). Russian Federation Patent No. 2552869. F17D 1/16. Method for transporting products through a pipeline and a device for its implementation.Иванов, И. А. (2015). Патент РФ № 2552869. F17D 1/16. Способ транспорта продуктов по трубопроводу и устройство для его осуществления.Ivanov, I., & Avlasenko, I. (2019). Development of a strategy to increase the efficiency of oil transportation through the pipeline. E3S Web of Conferences, 135. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913501090. EDN: https://elibrary.ru/LBATYFKudinov, A. A., & Gorlanov, S. P. (2014). Improving the efficiency of a gas turbine unit by injecting water vapor into the combustion chamber of the NK-37 engine. Samara State Technical University, 4(1), 103–110. https://doi.org/10.17673/Vestnik.2014.01.18. EDN: https://elibrary.ru/SEAUAHКудинов, А. А., & Горланов, С. П. (2014). Повышение эффективности газотурбинной установки путем впрыска водяного пара в камеру сгорания двигателя НК-37. Самарский государственный технический университет, 4(1), 103–110. https://doi.org/10.17673/Vestnik.2014.01.18. EDN: https://elibrary.ru/SEAUAHNadareishvili, G., Kostyukov, A., & Karpukhin, K. (2019). Design features when using an efficient microturbine as an engine with an extended range. Nauka i tekhnika, 18(6), 447–460. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-6-447-460. EDN: https://elibrary.ru/EEFDTFНадареишвили, Г., Костюков, А., & Карпухин, К. (2019). Особенности конструкции при использовании эффективной микротурбины в качестве двигателя c расширенным диапазоном. Наука и техника, 18(6), 447–460. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-6-447-460. EDN: https://elibrary.ru/EEFDTFOlkhovsky, G. G., & Pugach, K. S. (2020). Scientific and technical problems of the widespread use of gas turbine and combined cycle plants in the power industry of the Russian Federation. Russian Academy of Sciences.Ольховский, Г. Г., & Пугач, К. С. (2020). Научно-технические проблемы широкого применения газотурбинных и парогазовых установок в электроэнергетике РФ. Российская Академия Наук.Pashchenko, D., Mustafin, R., & Karpilov, I. (2022). Thermochemical recuperation by steam methane reforming as an efficient alternative to steam injection in the gas turbines. Energy, 258, 124913. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124913Pustyntsev, A. A. (2006). Russian Federation Patent No. 2084674. F02K3/38, F02C3/30. Combined-cycle jet engine.Пустынцев, А. А. (2006). Патент РФ № 2084674. F02K3/38, F02C3/30. Парогазовый реактивный двигатель.Rassokhin, A., Zabelin, N. A., & Matveev, Y. V. (2011). Main directions of development of microturbine technologies in Russia and abroad. Global Energy, (4), 41–51.Рассохин, А., Забелин, Н. А., & Матвеев, Ю. В. (2011). Основные направления развития микротурбинных технологий в России и за рубежом. Глобальная энергия, (4), 41–51.Rybachuk, V. G. (2020). The relevance of using microturbine units as autonomous energy sources. Molodoy Uchenyy, (6), 80–82. https://moluch.ru/archive/296/67133. EDN: https://elibrary.ru/EQIVAVРыбачук, В. Г. (2020). Актуальность применения микротурбинных установок в качестве автономных источников энергии. Молодой ученый, (6), 80–82. https://moluch.ru/archive/296/67133. EDN: https://elibrary.ru/EQIVAVGörgülü, A., Yağlı, H., Koç, Y., & Koç, A. (2020). Comprehensive analysis of the effect of water injection on performance and emission parameters of the hydrogen fuelled recuperative and non-recuperative gas turbine system. International Journal of Hydrogen Energy, 45(58), 34254–34267. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.038. EDN: https://elibrary.ru/HKOCKHReale, F., & Sannino, R. (2021). Water and steam injection in micro gas turbine supplied by hydrogen enriched fuels: Numerical investigation and performance analysis. International Journal of Hydrogen Energy, 46(47), 24366–24381. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.04.169Seljak, T., Buffi, M., Valera-Medina, A., Chong, C. T., Chiaramonti, D., & Katrašnik, T. (2020). Bioliquids and their use in power generation — A technology review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 129, 109930. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109930. EDN: https://elibrary.ru/CAKLWLGladkov, O. A., Bernshtein, E. V., & Vinogradov, D. P. (1989). The effect of a water-fuel emulsion on the fuel combustion process in a diesel engine. Dvigatelestroyeniye, (10), 10–12, 33.Гладков, О. А., Бернштейн, Е. В., & Виноградов, Д. П. (1989). Характер воздействия водотопливной эмульсии на процесс сгорания топлива в дизеле. Двигателестроение, (10), 10–12, 33.