Первую в России горелку для газотурбинных установок (ГТУ), которая может работать на стопроцентном водороде, создали специалисты АО «Силовые машины» в тесном сотрудничестве с учеными конструкторского бюро «Водород СМ» Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева.
Для перевода двигателей на водород прямо сейчас есть несколько серьезных проблем. Нужны новые технологии, новые сплавы и колоссальные конструктивные изменения, особенно в сложнейших газотурбинных двигателях. Но первый шаг на пути к «зеленому» топливу и декарбонизации энергетики сделан.
Что собой представляет горелка для ГТУ
При создании горелки использовали космические технологии. Принцип процесса горения напоминает работу двигателя ракеты. Со слов специалистов, это горелочное устройство отличается от аналогов самим принципом организации процесса горения. В данном случае горение основано на сжигании топливно-воздушной смеси в микрофакелах. Технологически это очень похоже на жидкостный реактивный двигатель. Именно этот принцип горения был оптимизирован для газотурбинных установок.
Для подачи топлива в горелке используется множество сопел малого диаметра, поэтому скорость истечения топлива получается большой. Далее топливо попадает в перфорированную пластину и смешивается с воздухом. Таким образом достигается равномерное горение, что соответствует требованиям к современным газотурбинным установкам.
«Универсальность заключается в том, что с такой горелкой можно будет использовать на установке почти любое газообразное топливо — это и метан, метан-водородные смеси и даже 100%-й водород, что отвечает экологической повестке «зеленой» энергетики. Кстати, это первое в России подобное горелочное устройство, способное работать на чистом водороде», — пояснил начальник конструкторского бюро «Водород СМ», старший научный сотрудник Научно-образовательного центра газодинамических исследований Самарского университета имени С. П. Королева Сергей Матвеев.
Результаты первых испытаний устройства на различном топливе ярко демонстрируют, что содержание опасных оксидов азота NOx в продуктах сгорания значительно ниже, чем у горелок нынешнего поколения.
Горение водорода, как одна из проблем
Одной из самых явных проблем созданной горелки может стать температура горения водорода. Она превышает 2000°. При таком чудовищном режиме горения элементы двигателя будут активно воспринимать динамические нагрузки.
А тугоплавких металлов и сплавов, которые смогут выдержать такую температуру, не так уж и много. Карбид титана — 3150°, карбид циркония — 3530°, вольфрам — 3420°, тантал — 3017°. Иридий, ниобий и молибден имеют температуру плавления 2400-2600°.
В любом случае начинать внедрение водородного топлива следует не с общего конструктива, а с горелочного устройства в камере сгорания, которое и будет обеспечивать сжигание этого топлива.
Российский IT-проект SFERA — один из самых грандиозных проектов в мире. Релиз состоится совсем скоро. Поддержите новейшую разработку российских программистов — скачайте тестовую версию приложения в Google Play и AppStore. Благодарим за поддержку!
Другие проблемы создания горелок для ГТУ
При создании горелочных устройств для газотурбинных установок обнаруживаются и другие проблемы. В первую очередь горелки должны быть надёжными и обеспечивать полное сгорание топливной смеси, так как это и есть залог долгой службы двигателя и низкого расхода топлива.
В горелках для ГТУ необходимо сжигать топливо при избытке воздуха, близком к теоретически необходимому. А нужное снижение температуры продуктов сгорания — производить путем последующего разбавления их избыточным воздухом или рециркулирующей смесью.
Если уровень нагрева газов должен меняться, то для высокой полноты сгорания топлива нужно регулировать распределение воздуха между зоной горения и смесителем. Вот это и делает конструкцию горелки и системы регулирования очень сложным механизмом, да еще и заметно снижает степень надежности.
Поэтому эксперты кропотливо и системно работают над тем, чтобы подготовить переход на водородное топливо с учетом всех узких мест. Предстоит огромная работа по созданию правильных конструктивных элементов, в том числе лопатки, которые смогут выдерживать высочайшие нагрузки.
Тем не менее нельзя не отметить, что новая горелка получилась тихой, что уже в разы увеличивает надежность всей установки. Когда все вопросы будут решены, ГТУ с новыми горелками станут не только надежными, но и рентабельными. Как гласит китайская пословица: путь в тысячу ли начинается с первого шага.
Автор:
Полина Богатова
Спасибо, что поставили лайк и подписались!
Читайте также:
Материал создан при поддержке проекта SFERA
