Повышение эффективности работы газотурбинных двигателей в сфере сельскохозяйственного производства и энергетики
Аннотация
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.
Скачивания
Литература
Агульник, 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/XQZBMT
Беседин, 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/YAHHET
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. 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/TEXDXB
Ivanov, 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/UJACOA
Иванов, И. А. (2018). Патент РФ № 2663830. F02С3/308. Способ работы газотурбинной установки и устройство для его осуществления.
Иванов, 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/YWFQOW
Иванов, И. А. (2015). Патент РФ № 2559055. Водно топливная композиция и способ ее приготовления.
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/LBATYF
Кудинов, 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/SEAUAH
Надареишвили, 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/EEFDTF
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.2022.124913
Пустынцев, А. А. (2006). Патент РФ № 2084674. F02K3/38, F02C3/30. Парогазовый реактивный двигатель.
Рассохин, А., Забелин, Н. А., & Матвеев, Ю. В. (2011). Основные направления развития микротурбинных технологий в России и за рубежом. Глобальная энергия, (4), 41–51.
Рыбачук, 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/EQIVAV
Görgülü, 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/HKOCKH
Reale, 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.2021.04.169
Seljak, 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/CAKLWL
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.
References
Agulnik, 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/XQZBMT
Besedin, 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/YAHHET
Vasin, 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.
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/TEXDXB
Ivanov, 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/UJACOA
Ivanov, I. A. (2018). Russian Federation Patent No. 2663830. F02C3/308. Method of operation of a gas turbine unit and a device for its implementation.
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/YWFQOW
Ivanov, I. A. (2015). Russian Federation Patent No. 2559055. Water-fuel composition and method of its preparation.
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.
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/LBATYF
Kudinov, 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/SEAUAH
Nadareishvili, 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/EEFDTF
Olkhovsky, 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.
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.2022.124913
Pustyntsev, A. A. (2006). Russian Federation Patent No. 2084674. F02K3/38, F02C3/30. Combined-cycle jet engine.
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.
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/EQIVAV
Görgülü, 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/HKOCKH
Reale, 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.2021.04.169
Seljak, 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/CAKLWL
Gladkov, 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.
Copyright (c) 2026 Igor A. Ivanov, Galina E. Persiyanova
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
