Siergiej Zhuravlev, kierownik projektu dotyczącego stworzenia ultramałego silnika z turbiną gazową, odpowiada na pytania Zavtry.
"JUTRO". Siergiej, kiedy spojrzysz na swoją mikroturbinę, wydaje się, że jest to mały silnik odrzutowy. Które prawdopodobnie są umieszczane na niektórych bardzo małych samolotach, bezzałogowych statkach powietrznych ...
Siergiej ŻURAWLEW. Pozory mylą i pomimo tego, że kilka osób w naszym zespole jest bezpośrednio związanych z lotnictwem, tak naprawdę zrobiliśmy coś zupełnie innego. Mikroturbina jest sercem naszego projektu domu autonomicznego. Uważamy, że dom w Rosji powinien początkowo być energetycznie aktywny, czyli wytwarzać więcej energii, niż zużywa. I z tego powodu powinien być autonomiczny, to znaczy nie mieć twardego połączenia z zewnętrznymi sieciami monopolistycznymi.
"JUTRO". Jest zachodnia koncepcja: na dachu kładziemy panele słoneczne, a na podwórku wiatrak. Ale my, niestety, na wsi nie ma rozsądnego słońca ani wiatru, ponieważ jesteśmy w środku północnego kontynentu. Jakie jest Twoje podejście?
Siergiej ŻURAWLEW. Stworzenie autonomicznego domu nie jest dziś trudne, technologia na to pozwala. Cała kwestia dotyczy kosztów, bo oczywiście można zainstalować panele fotowoltaiczne i latem zgromadzić więcej niż wystarczającą ilość energii, a następnie wykorzystać ją zimą. Ale koszt gromadzenia tej energii będzie kosmiczny – nawet jeśli zainstalujesz nowoczesne baterie, przepompujesz wodę przez system stawów o różnej wysokości lub magazynujesz energię cieplną za pomocą pomp ciepła lub stopionej soli grzewczej.
Aby w ten sposób magazynować energię przez całą zimę, trzeba wydać fortunę na system magazynowania. Dlatego wychodzimy od koncepcji łączenia różnych źródeł energii, które pozwalają pokryć wszystkie potrzeby. Gromadzenie prądu w akumulatorach nie ma dziś sensu, energię pierwotną trzeba magazynować w postaci chemicznej, np. w postaci gazów palnych.
Oznacza to, że dochodzimy do wniosku, że konieczne jest przyspieszenie procesów „metabolizmu budowlanego”, wytwarzając palne gazy z odpadów i śmieci, które powstają w samym domu autonomicznym. Istnieje kilka głównych sposobów produkcji zarówno wodoru, jak i metanu, ale dla nas ważne jest to, że gaz palny wytwarzany przez samo gospodarstwo domowe pozwala łatwo wyłączyć produkcję prądu i ciepła na zimę. Stąd wziął się pomysł budowy turbiny mikrogazowej. Turbiny mają wiele zalet w porównaniu z konwencjonalnymi jednostkami tłokowymi, czyli konwencjonalnymi i znanymi silnikami spalinowymi.
Małe silniki turbinowe osiągnęły już bardzo wysoką sprawność, w odróżnieniu od silników tłokowych gazowych są łatwe do wygłuszenia, prawie nie hałasują i zajmują niewielką objętość. Ich niezaprzeczalną zaletą jest to, że z łatwością działają na kiepskim, niskiej jakości gazie, który gospodarstwo domowe może wytworzyć ze swoich odpadów komunalnych.
"JUTRO". Trzeba tu powiedzieć, że wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do czystego, prawie 100% metanu, który dostarcza nam gazociągiem Gazprom, ten sam monopolista, od którego chce się uciec – a który proponujecie odbierać bezpośrednio w domu, choć mniej czysty, ale już „własny”, autonomiczny metan?
Siergiej ŻURAWLEW. Tak, obecnie szczegółowo opracowano praktykę otrzymywania końcowego produktu gazowego, mieszaniny gazów palnych z szerokiej gamy odpadów bytowych - od papieru czy drewna po, przepraszam za szczegóły, ptasie odchody czy odchody zwierząt domowych.
Dlatego mikroturbiny są obecnie bardzo istotnym obszarem rozwoju. W tym na Zachodzie, gdzie kilka firm aktywnie nad tym pracuje. Oczywiste jest, że koncepcja jest bardzo podobna do naszej: mikroturbina staje się „sercem energetycznym” rodziny lub przedsiębiorstwa, gdy cała produkcja wielu artykułów gospodarstwa domowego, przede wszystkim żywności, koncentruje się w samym gospodarstwie domowym. I to jest oczywiście sam obraz zupełnie innej przyszłości, kiedy dostajemy całą warstwę „nowych producentów”, swego rodzaju „chłopów XXI wieku”, którzy już w bardzo niewielkim stopniu zależą od świata zewnętrznego, zapewniając sobie wszystko, czego potrzebują, a nawet tworzą nadwyżki produktów.
"JUTRO". Tak, nie daj Boże, że dzięki tak unikalnej technologii możemy ożywić nasze rosyjskie przestrzenie. Jakie są Twoje najbliższe plany?
Siergiej ŻURAWLEW. Tak, autonomiczny dom to przyszłość. Dziś we wspomnianym lotnictwie ujawnia się możliwość zastosowania mikroturbin. W przeszłości ewolucja silników w lotnictwie omijała mikrosilniki – z tego prostego powodu, że nadawały się one jedynie do modelowania samolotów, ich zasoby były bardzo małe. Mikrosilniki w lotnictwie były „jętkami”, miały krótkotrwały charakter i uważano je jedynie za podobieństwa, kopie prawdziwych, „dorosłych” silników lotniczych. Ale dzisiaj w końcu ewolucja konstrukcji silników w wielkości mikroturbiny doprowadziła nas do tego, że możliwości technologii i wymagania lotnictwa połączyły się - i możemy teraz stworzyć dobrą mikroturbinę dla lotnictwa.
"JUTRO". Rzućmy okiem na tę małą jednostkę. Wygląda jak prawdziwy silnik, ale co dzisiaj oferuje ten maluch, jeśli przełożymy to na suche liczby dotyczące mocy lub przyczepności?
Siergiej ŻURAWLEW. Przy maksymalnej prędkości mikroturbina wytwarza 200 niutonów. Jeśli mówimy o mocy, to jest to około 12 kW. Wystarczająco mocny silnik jak na jego skromne rozmiary.
"JUTRO". Dla porównania: o ile pamiętam, zwykłe mieszkanie zużywa dzisiaj 1,5-2 kW prądu, nawet w godzinach szczytowych, a średnio kilkaset watów?
Siergiej ŻURAWLEW. Tak, takie dziecko wystarczy na kilkanaście mieszkań w apartamentowcu. Teraz wszystkie parametry są obliczane przy prędkości mikroturbiny około 100 tysięcy obrotów na minutę. Ale dzięki wymuszonej wersji turbiny można również osiągnąć 150 tysięcy obrotów na minutę, choć nie jest to racjonalne.
"JUTRO". To nie jest prędkość silnika spalinowego! Okazuje się, że w turbinie zastosowano zaawansowane technologicznie zawieszenie, specjalistyczne łożyska, precyzyjny wał?
Siergiej ŻURAWLEW. Tak, turbina posiada wysokiej jakości, trwałe łożyska. W modelowaniu samolotów do podobnych turbin stosuje się prostsze łożyska, ale nie są one trwałe, a w przypadku mikroturbiny domowej głównym problemem jest stworzenie układu smarowania i wyważania silnika i wału, który pozwoliłby mu służyć przez dłuższy czas długi czas.
Nowoczesne flagowce branży mają już zasób mikroturbiny wynoszący około 100 tysięcy godzin, czyli około dziesięciu lat, i przy regularnej konserwacji turbiny raz w roku. Nie stawiamy takiego zadania, chociaż obliczyliśmy już układ układu chłodzenia na pięć tysięcy godzin. A ta maszyna będzie mogła pracować co najmniej pięćset godzin – to pierwszy, ale ważny kamień milowy. Wchodzimy dopiero w etap prób z wzorami przemysłowymi. Dlatego nie zgadujemy jeszcze, jaki wynik da nam maszyna, ale mówimy: „nie mniej”, a to już około pięć razy więcej niż najlepszy silnik do modelu samolotu.
Siergiej ŻURAWLEW. Póki co na pierwszym etapie rozpoczynamy pracę z lotnictwem, nieco upraszczając nasz pierwszy krok w kierunku ostatecznego celu. Póki co, w lotnictwie nadal używa się wysokiej jakości nafty, a nie gazu domowego, który pod względem parametrów jest jeszcze gorszy od gazu głównego. A zadanie jednostki mikroturbinowej kogeneracyjnej, jak mówiłem, jest zarówno naszym marzeniem, jak i celem strategicznym.
"JUTRO". Kogeneracja to skojarzona produkcja ciepła i energii elektrycznej, do czego powinniśmy zawsze dążyć w naszym zimnym kraju. Ale czy były jakieś analogie takiego podejścia, stworzenia takich mikroturbin w historii ZSRR, w historii Rosji? Jak wyjątkowy jest ten przedmiot?
Siergiej ŻURAWLEW. W Rosji silniki tej wielkości nie są produkowane. Produkują tylko silniki do celów wojskowych, te silniki są zwykle prostsze - na przykład do rakiet manewrujących. Jest to jednak podejście jednorazowe, należy odpalić i zapomnieć. Jednocześnie pocisk manewrujący musi dolecieć do celu w swojej godzinie - w związku z czym cały silnik został zaprojektowany tak, aby zapewnić, że poleci w tej godzinie z gwarancją.
Mówimy o zupełnie innym rynku, o zastosowaniu cywilnym. W związku z tym życzę samych sukcesów każdemu, kto jest w stanie wyprodukować produkt na tak pojemny rynek. Wystarczająco dużo miejsca i pracy dla każdego. Dlatego w ogóle nie boimy się ostrej konkurencji na rynku - w małej energetyce wszystko w Rosji dopiero się zaczyna.
"JUTRO". Powiedz mi, jakie kolejne etapy planujesz przy mikroturbinie? Jak go przetestujesz i ulepszysz?
Siergiej ŻURAWLEW. Niestety nie mamy zbyt wielu środków na budowę stanowiska do badań jakości. Teraz jesteśmy zaangażowani w te prace, przygotowując się do prób testowych prototypu. Naszym obecnym zadaniem jest wykonanie wzoru przemysłowego, nawiązanie współpracy przemysłowej, opracowanie procesów technologicznych i zastosowanych materiałów. Następny będzie etap testów. Ale robimy coś z wyprzedzeniem, nie czekając, aż silnik nabierze ostatecznej formy – rozpoczęliśmy np. wstępne prace nad elektrownią hybrydową, zarówno na potrzeby przyszłej kogeneracji, jak i do zastosowania w bezzałogowych statkach powietrznych. Silnik hybrydowy to najnowocześniejsza konstrukcja quadcopterów i konwertiplanów, które wykorzystują elektryczny napęd śmigła, ale mogą być również napędzane przez mikroturbinę, a nie z akumulatorów, jak ma to miejsce dzisiaj.
"JUTRO". Tak, kiedyś byłem zdumiony, jak daleko zaszedł postęp w ciągu ostatnich dziesięciu lat rozwoju lotnictwa bezzałogowego, ale wiem, jaka masa krytyczna problemów pojawiła się w przypadku UAV właśnie dlatego, że nowoczesne akumulatory nakładają ograniczenia na zasięg i prędkość dronów.
Siergiej ŻURAWLEW. Bezzałogowe statki powietrzne to bardzo złożone jednostki i nie rościmy sobie prawa do ich projektowania ani produkcji. Naszym zadaniem jest wykonanie wysokiej jakości elektrowni do zastosowania w różnych typach samolotów. Mikroturbinę można zabudować w dowolnym silniku lotniczym: turboodrzutowym, turbowentylatorowym, turbośmigłowym oraz wspomnianym już silniku elektrycznym do UAV. Mikroturbina jest dla nich kompaktowym i wydajnym źródłem energii. Wydając strumień odrzutowy i obracając wał, mikroturbina wytwarza energię elektryczną wystarczającą do lotu samolotu.
"JUTRO". Powiedz mi, Siergiej, w jakiej części mikroturbina jest zmontowana z rosyjskich komponentów? Z czym się spotkałeś podczas opracowywania swojej aparatury, jakie zadania rozwiązałeś, a które pozostały nierozwiązane?
Siergiej ŻURAWLEW. Nie będę mówić o wszystkich subtelnościach i niuansach naszych badań operacyjnych. Ogólnie powiedziałbym tak w ostatnich latach zgromadziła bardzo poważną flotę zaawansowanego sprzętu w tzw. technologiach przyrostowych. Silnik ten został wyprodukowany w 70% w ramach technologii addytywnych, czyli programowanego „rosnięcia” konstrukcji metalowych. Technologia przyrostowa polega na zastosowaniu drukarki 3D, która natychmiast wytwarza gotowy produkt bezpośrednio z metalu amorficznego.
"JUTRO". Oznacza to, że cała mikroturbina jest dosłownie „drukowana” z metalu?
Siergiej ŻURAWLEW. Tak, wszystko jest wydrukowane - z wyjątkiem śrub i nakrętek. Śruby nie trzeba drukować, mają standard. Na tokarce obrabia się tutaj tylko wał i obudowę wału silnika. No cóż, kilka detali wykonuje się metodą frezowania na maszynach pięciowspółrzędnych, ale to też najnowocześniejszy sprzęt.
Dlatego twierdzenie, że jesteśmy dziś „krajem zacofanym”, jest całkowitym absurdem. Istnieje tylko szereg potrzeb technologicznych, które w rosyjskim przemyśle nie zostały jeszcze rozwiązane. Na przykład wspomniane już „długo pracujące” łożyska ceramiczne naszej mikroturbiny. Jednocześnie widzimy, że rosyjska baza naukowo-produkcyjna jest gotowa również do wytwarzania takich produktów, tutaj chodzi tylko o gospodarkę. Aby zbudować produkcję wyrobów ceramicznych na tym poziomie dla naszego produktu, produkcja ta musi wytworzyć nieporównywalnie większy wolumen, aby zapewnić akceptowalny koszt. Przede wszystkim jest to, z grubsza rzecz ujmując, kwestia konkurencji – nadal dużo taniej jest kupić produkty chińskie, japońskie czy niemieckie, niż je tutaj wyprodukować; nie można postawić supermaszyny tylko po to, by wyprodukować cztery łożyska do eksperymentalnej turbiny.
"JUTRO". Cóż, to jest problem wszystkich innowacyjnych firm. Na Zachodzie wynalazcy również muszą wyjść z tej sytuacji.
Siergiej ŻURAWLEW. Tak, należy wziąć pod uwagę „efekt innowacji”. Jeśli na przykład nasz przemysł obronny będzie zainteresowany uzyskaniem profesjonalnych silników w małych rozmiarach i zastosowaniu najbardziej zaawansowanych materiałów, proces ten ulegnie przyspieszeniu, czy tego chcemy, czy nie. Widać to po tym, jak w ciągu ostatnich 3-4 lat armia została nagle wzbogacona o nowoczesny sprzęt.
"JUTRO". Powiedz mi, kto Ci pomaga, a co przeszkadza w Twojej pracy?
Siergiej ŻURAWLEW. Wiesz, to raczej tradycje produkcyjne są w Rosji raczej obojętne. Z jednej strony to dobrze, bo tradycje pozwalają popełniać mniej błędów, ale często spowalniają innowacje.
Prosty przykład. Wykonujemy modelowanie silnika w środowisku komputerowym 3D, czyli montujemy obudowę silnika ze wszystkimi szczegółami bezpośrednio w wirtualnym modelu 3D. Ten sam model to kod źródłowy maszyny CNC lub drukarki 3D, żadnych rysunków, nowoczesny sprzęt od razu „rozumie” taki kod binarny. Ale z jakiegoś powodu niektóre rosyjskie gałęzie przemysłu nadal wymagają przekształcenia naszego modelu 3D w tuzin rysunków GOST. A następnie ich projektanci ponownie przekładają te same rysunki na swój model 3D, aby „wprowadzić” je do tych samych maszyn CNC!
Wszystko to spowalnia i komplikuje proces oraz jest źródłem błędów. Jak to mówią „dwa ruchy to jeden ogień” i tak – dwie przeróbki rysunków dają bardzo podobny efekt… A dziś takich producentów przekwalifikowujemy, przyzwyczajając ich do działania w oparciu o zmienioną rzeczywistość.
W rezultacie, w związku z takim „dotarciem” podwykonawców, współpraca przy produkcji tego silnika trwała prawie pół roku. Współpraca w tym sensie, że przekazaliśmy gotowe rozwiązanie modelowe ze wszystkimi niezbędnymi parametrami. A nasi partnerzy, trzeba im oddać to, co im się należy i bardzo podziękować, przyjęli te mikropartie, w istocie produkty eksperymentalne, bo przecież w Rosji panuje zaskakująco łagodny stosunek do nowości, unikatowości, którą my odczuwalne podczas współpracy z naszymi podwykonawcami przy budowie naszej turbiny. Przecież dziś technologie addytywne są nadal opanowywane tylko przez rosyjski przemysł i dość trudno jest po prostu „wlecieć” w ten czy inny szczegół. Ale nasi partnerzy aktywnie się zaangażowali i zrobili wszystko, co mogli – w najtrudniejszych warunkach.
"JUTRO". Czy jest zainteresowanie Waszymi osiągnięciami ze strony przemysłu obronnego państwa, jeśli nie wejdziecie w strefę tajemnicy państwowej? Nasz resort wojskowy – jak duże zainteresowanie wykazuje takimi koncepcjami, jak postrzega ideę mikroturbiny dla lotnictwa, w tym dla bezzałogowych statków powietrznych?
Siergiej ŻURAWLEW. Odpowiem niemal filozoficznie. Jeszcze tam nie byłem i oni jeszcze oficjalnie do mnie nie przyszli. „Towarzysz Major” nie był jeszcze nami zainteresowany, ale zakładam z dużą dozą pewności, że poszukiwanie rozwiązań w tym kierunku jest prowadzone przez nasz wydział wojskowy od dawna i bardzo aktywnie. Przecież widzę, jak dość duże instytucje pracują właśnie nad tym zadaniem i prędzej czy później oczywiście spotkamy się z tą stroną zastosowania naszego produktu.
"JUTRO". To znaczy, albo góra przyjdzie do Mahometa, albo Mahomet nadal przyjdzie do góry?
Siergiej ŻURAWLEW. Otóż to. Nie mamy antagonizmu wobec naszego przemysłu obronnego, ale nie mamy też doświadczenia w zakresie interakcji z nim. Generalnie jesteśmy prywatnym zespołem. Nie utworzyliśmy jeszcze podmiotu prawnego specjalnie dla tego projektu. Ogólnie rzecz biorąc, mieliśmy zadanie - zbudować silnik. I udało nam się
"JUTRO". Ile godzin pracy zajęło wykonanie tego maleństwa?
Siergiej ŻURAWLEW. Powiedzmy, że od „pomysłu narysowanego na serwetce” do wdrożenia silnika w prototypie minęły dwa lata, co zaowocowało wytężoną pracą dwudziestu osób, choć oczywiście nie na pełen etat.
"JUTRO". Oznacza to, że od pomysłu do próbki zajmuje dość krótki czas.
Siergiej ŻURAWLEW. Wierzę, że dziś kompetencje produkcyjne można zdobyć bardzo szybko. Do tego wystarczy dostęp do źródeł wiedzy technologicznej i zmotywowany, zgrany zespół. Dziś same produkty high-tech nie są jakąś wiedzą tabu, której mogą dotknąć tylko superprofesjonaliści, „wybrani lub specjalnie przeszkoleni ludzie”, jak czasem żartują. Wszystko w innowacjach powstaje poprzez wyszukiwanie, burzę mózgów, ocenę i sortowanie opcji. To bardzo trudny proces i tutaj na pierwszy plan wysuwa się motywacja.
"JUTRO". Istnieje opinia, że znacznie łatwiej jest teraz zbudować innowacyjną produkcję niż jeszcze 20 lat temu. Na przykład słyszałem, że fabrykę, którą Związek Radziecki budował przez całą dekadę na radarach AFAR dla swoich samolotów wojskowych, można dziś zmontować na otwartym polu w ciągu półtora roku - i nie będzie to jakiś wyczyn stachanowicki . Jak prawdziwe jest to?
Siergiej ŻURAWLEW. Rosja i Związek Radziecki zawsze słynęły przede wszystkim ze swojej zdolności do mobilizacji i produkowania rzeczy niewiarygodnych w bardzo krótkim czasie. Dlatego oczywiście nawet radzieckie projekty budowlane były już przykładem najwyższych wskaźników rozwoju nowych technologii i nowej wiedzy - zarówno projektów nuklearnych i kosmicznych, jak i mniej „głośnych” rzeczy, które też zawsze były na poziomie światowym . Z drugiej strony obecne technologie, jeśli zajdzie taka potrzeba, pozwalają producentowi dosłownie „przeskakiwać po schodach”, tworząc w jeszcze krótszym czasie zupełnie nowe produkty, często w oparciu o nowe, unikalne podejście. Obecne czasy to prawdziwa era możliwości dla myślących, aktywnych ludzi. Prawdziwy czas marzeń.
"JUTRO". Jeśli chodzi o twój sen, chciałem zadać pytanie. Rozmowę rozpoczęliśmy od „domu przyszłości”. Jestem także zagorzałym fanem przyszłości, ponieważ doskonale rozumiem, że jeśli nie pójdziemy do przodu, każde społeczeństwo powoli się cofa. Jaka jest Twoja opinia: co społeczeństwo zyska na dzisiejszych innowacjach, takich jak Twoja mikroturbina czy koncepcja domu autonomicznego?
Siergiej ŻURAWLEW. Jeśli mówimy o marzeniu lub o naszej filozofii, to uważam, że każdy projekt powinien opierać się na jasnych podstawach filozoficznych, na jasnej wizji przyszłego świata, w którym Twój projekt jest ważnym, krytycznym elementem. W przeciwnym razie całe życie będziesz myśleć o „innowacyjnej szczotce do włosów”. Mówię warunkowo, podkreślając, że dziś ludzie często próbują robić bezużyteczne rzeczy, w żaden sposób nie obrażając twórców nowych opcji grzebienia. Tyle, że mnie to nie interesuje, nowe grzebienie nie zmienią naszego świata. Przykładowo, jeśli budujemy już autonomiczny dom z nadwyżką energii, musimy sobie powiedzieć, że nie jest on w żaden sposób związany z gruntem, poza fundamentem.
"JUTRO". Oznacza to, że chcieli jechać do Karelii - polecieli do Karelii. Chciałeś na południowe wybrzeże Krymu - poleciałeś na południowe wybrzeże Krymu?
Siergiej ŻURAWLEW. Tak, właśnie o tym mówimy: dom powinien stać się Twoim pojazdem w jakimś idealnym obrazie przyszłości. Nie ma w tym nic nierealnego. Ale to oczywiście zupełnie inna historia, której nie należy od razu wiązać z naszą skromną mikroturbiną. To może być nic innego jak mały krok w stronę takiej wizji przyszłości.
"JUTRO". Siergiej, bardzo dziękuję za rozmowę. Mam nadzieję, że może za dwa lata, może nawet za rok zobaczę elektrownię ze swoim „sercem” – malutkim silnikiem turboodrzutowym, mikroturbiną. Choćby sklasyfikowane jako „tajne”, w formie wiadomości, że gdzieś w Rosji rozpoczęły się testy nowego UAV na potrzeby Ministerstwa Obrony Narodowej, z „innowacyjnym silnikiem turboodrzutowym”. I oczywiście życzę, abyś nie stracił entuzjazmu na długiej drodze do swojego marzenia.
Siergiej ŻURAWLEW. Nie stracimy zapału. Mam nadzieję, że to potrwa długo. Jak zawsze mówią, gdyby były pieniądze, byłoby szczęście. Niemniej jednak znajdujemy, robimy i robimy.
Materiał przygotował Aleksiej ANPILOGOW
O problemie lekkich silników do małych samolotów pisali rok temu, dwa lata i dziesięć lat temu. Przyjmowane są programy rozwojowe GA, Centralny Instytut Silników Lotniczych CIOM im. AV Baranow. Rząd akceptuje programy pomocowe dla producentów sprzętu dla GA. Opracowane w kraju samoloty pojawiają się w prasie i telewizji. Gdzieś latają, gdzieś są testowane.
Ale nadal, podobnie jak w poprzednich latach, mówią i piszą o braku domowego lekkiego silnika. Ogromny kraj nie wahał się wziąć obcego silnika, przystosować go do możliwości naszej produkcji, ulepszyć coś, gdzieś stracić jakość, ale w końcu mieć własny, rodzimy silnik, który może służyć jako model i prototyp dla całej linii zmodernizowanych silników. Krajowa historia rozwoju lotnictwa jest pełna takich przykładów i nie ma sensu ich tutaj podawać.
A gdzie jest wózek?
Tak więc w ogromnym kraju praktycznie nie ma infrastruktury do produkcji silników tłokowych małej mocy. Ci, którzy byliby w stanie podnieść nasz mały samolot i umieścić go na tak zwanym „skrzydle”.
Istnieje jednak wyjście z tej sytuacji. Wyjście może nie jest najszybsze i najłatwiejsze, ale istnieje. Jest to rozwój własnych, krajowych mikro i mini silników GTE (silnik turbinowy gazowy).
Ogromne holdingi, konsorcja i wszelkiego rodzaju jednolite przedsiębiorstwa federalne (które nie znają tego federalnego przedsiębiorstwa unitarnego) badają problem, opracowują projekty koncepcyjne, tworzą przedsiębiorstwa z udziałem zagranicznym i kontrolują inwestycje publiczne. Prawdopodobnie po pewnym czasie zakończymy te wszystkie korporacyjne wysiłki i otrzymamy jakiś gotowy produkt.
CIAM prowadzi prace badawczo-rozwojowe
Federalne Państwowe Przedsiębiorstwo Unitarne „Centralny Instytut Silników Lotniczych im. V.I. P.I.Baranova” prowadzi prace badawczo-rozwojowe na szerokim froncie, aby stworzyć obiecujące silniki turbinowe i tłokowe w interesie twórców bezzałogowych statków powietrznych, samolotów i małych śmigłowców lotniczych. AviaPort zapewnia systematyczną prezentację wystąpień szefa sektora CIAM (małe silniki turbinowe) Władimira Łomazowa i szefa sektora CIAM (PD) Aleksandra Kostyuchenkowa podczas II Międzynarodowej Konferencji „Lotnictwo Bezzałogowe – 2015”.
- «… Pracuj nad zaawansowanymi silnikami tłokowymi
W Rosji obecnie nie ma produkcji tłokowych silników lotniczych do dronów oraz lekkich samolotów i helikopterów, co zmusza krajowych projektantów do stosowania silników lotniczych produkcji zagranicznej. W związku z ogromnym zapotrzebowaniem na tego typu silniki, CIAM prowadzi prace badawczo-rozwojowe oraz pracuje nad projektami zaawansowanych tłokowych silników lotniczych do ich zastosowania w bezzałogowych statkach powietrznych, lekkich samolotach i helikopterach.
- «… Podstawowe wymagania dla silników lotniczych
Głównymi kryteriami tworzenia obiecujących silników były koszty eksploatacji, przypisana żywotność remontowa i zużycie paliwa, które łącznie określają koszt godziny lotu. Obliczenia wykazały, że w przypadku silników tej klasy koszt godziny lotu nie powinien przekraczać 500 rubli za godzinę lotu (z wyłączeniem kosztów paliwa i smarów), zasób techniczny powinien wynosić co najmniej 8000 godzin. Przy takich wskaźnikach koszt cyklu życia wyniesie 3,2 miliona rubli według dzisiejszych cen.
- „...Nowe technologie tworzenia małogabarytowych silników turbinowych
CIAM pracuje nad wprowadzeniem najnowocześniejszych technologii mających na celu redukcję masy, poprawę jakości poszczególnych komponentów i części. Potwierdzono niemal 20-krotne obniżenie kosztów produkcji koła kompresyjnego w porównaniu do klasycznego koła z łopatkami wtykanymi. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii odlewniczych cena wirnika została obniżona około 15-18 razy w porównaniu do wirnika standardowego pomocniczego zespołu napędowego o tych samych wymiarach, jaki znajduje się w samolotach krajowych. Jako prototyp wyprodukowano rozrusznik-generator o możliwości obracania się do 90 tys. obrotów, który będzie testowany na stanowisku, który umieszczony jest na wale bez skrzyni biegów i znacznie zmniejsza masę silnika. Zapewnia moc do 4 kW i ma masę zaledwie 700 gramów w porównaniu do dzisiejszych 10 kg.
(wg materiałów portaluLotnisko http://www.aviaport.ru/news/2015/05/08/338921.html
Laboratorium Mechaniki Intelektualnej „Analityk Audytu” (AA+)
Za tą intrygującą nazwą kryje się grupa pasjonatów, którzy opracowali, stworzyli i obecnie testują pierwszy prototyp silnika z mikroturbiną gazową.
Siergiej Żurawlew Dyrektor generalny, inspirator i generator pomysłów Laboratorium ze swoim pomysłem w rękach.
Oto co Siergiej Żurawlew, dyrektor generalny Laboratorium Inteligentnej Mechaniki „Analityk Audytu” (AA+) mówi o swoim zespole:
"Kim jesteśmy?
Zespół twórców modeli i prototypów złożonych systemów (ekosystemów) oraz algorytmów zarządzania nimi, zarówno w sferze technicznej, jak i humanitarnej.
Nasze kompetencje opieramy na własnej koncepcji organizacji środowiska badawczo-rozwojowego, rozproszonej (sieciowej) produkcji oraz ciągłym procesie udoskonalania linii produktów high-tech w kompleksie testowo-instalacyjnym. Nie uważamy za konieczne kupowanie maszyn i budowę fabryki. W Rosji jest już tak duża nadwyżka mocy produkcyjnych i zakupy najnowszego sprzętu, że trzeba się czymś zająć”.
Siergiej jest pełen optymizmu i zdrowego realizmu i ma ku temu wszelkie powody.
„Mamy rzadką szansę stać się jednym z elitarnych producentów małych turbin na świecie. Minimalizacja i lokalizacja, robotyzacja i autonomia – trendyXXIstuleci, w których nadal można dorównać liderom w zakresie zaopatrzenia w energię produkcji małych samolotów, bezzałogowych statków powietrznych i lokalnej energetyki. Rosja ma bardzo silne szkoły fizyczne i matematyczne, materiałoznawstwo i inżynierię. Ich potencjał pozwala, przy minimalnej objętości turbiny, przy niewielkich siłach i środkach osiągnąć maksymalne wartości sprawności, przede wszystkim operacyjnej.
Prototyp niskociągowego silnika turbinowego serii MkA
Należy zaznaczyć, że rozwój turbin gazowych niskiego ciągu to tylko jeden z obszarów, którym zajmuje się Laboratorium AA+, a projekt ten ma charakter całkowicie prywatny i być może dlatego po wszystkich obliczeniach, badaniach i testach mieć na wyjściu gotowy prototyp.
I tak codziennie na parapecie okna, w zeszycie z obliczeniami i schematami, zmieścił się pierwszy eksperymentalny silnik z turbiną gazową o niskim ciągu marki MkA. Przodek serii silników o różnej mocy, które mogą znaleźć zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu.
Silnik jest już testowany na stanowisku w laboratorium. Oto niektóre z jego parametrów, które są już jasno określone:
Główne dane prototypu GTE o małym ciągu serii MkA (mikrolotnictwo):
- Waga - 2060 gr.
- Długość - 324,00 mm
- Średnica główna – 115,00 mm
- Szerokość z pylonami - 128,00 mm
Charakterystyka robocza:
- Maksymalny ciąg - 200N
- Roboczy projekt - 160N
- Zużycie paliwa (przy maksymalnym ciągu) - 460,00ml\ min
- Używane paliwo - nafta\olej napędowy
- Maksymalna prędkość obrotowa - 120 000 obr./min
„Opracowany silnik różni się od analogów badanych przez nasze biuro projektowe pod względem konstrukcji, materiałów i właściwości. Jak również przemyślana integracja z wieloma produktami.
Dmitrij Rybakow
Zastępca Dyrektora ds. Innowacji, Grupa Firm Systemów Bezzałogowych
Grupa firm Unmanned Systems jest tak pewna perspektyw związanych z serią silników opracowanych przez Laboratorium, że zaczęła projektować specjalnie dla nich obiecujący UAV.
Jestem absolutnie pewien, że za jakiś czas lekkie, mocne i ekonomiczne silniki Laboratoriów AA+ zobaczymy nie tylko w lekkich samolotach, wiatrakowcach i helikopterach, ale także w dużych samolotach.
Na zakończenie chciałbym przytoczyć jeszcze jedną wypowiedź Siergieja Żurawlewa:
„Nasz zespół zdecydował się opracować mały silnik z turbiną gazową z dużymi ambicjami. Prezentując go Państwu jesteśmy dumni, że nie kopiowaliśmy dostępnych na świecie analogów, ale korzystając z nowoczesnych metod analizy i modelowania, najnowszych technologii i materiałów, stworzyliśmy najbardziej złożone urządzenie energetyczne będące platformą rozwiązań naukowo-technicznych z dużym potencjałem rozwoju i szeroką gamą zastosowań.
Na rosyjskim rynku urządzeń energetycznych, turbozespoły gazowe małej mocy produkowane na bazie silników lotniczych przez takie przedsiębiorstwa jak Permskie Zakłady Budowy Silników, NPO Saturn, Zavod im. V.Ya. Klimov” itp. Paliwem w takich instalacjach jest nafta, olej napędowy, gaz ziemny i towarzyszący gaz z pól naftowych.
Niezbędny sprzęt umieszcza się w przenośnych kontenerach wyposażonych we wszystkie systemy niezbędne do ich normalnej pracy.
Rysunek 5.4 przedstawia typową modułową elektrownię z turbiną gazową (CHP z turbiną gazową) przeznaczoną do produkcji energii elektrycznej i cieplnej.
Modułowa konstrukcja elektrociepłowni z turbiną gazową zwiększa niezawodność źródła zaopatrzenia w energię elektryczną i ciepło oraz skraca czas montażu z kilku dni do kilku tygodni, w zależności od konfiguracji i warunków lokalnych.
W tabeli. 5.1 zawiera wykaz przedsiębiorstw krajowych i zagranicznych oraz główne parametry techniczne ich zespołów turbin gazowych do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej.
Szczególne miejsce wśród turbin gazowych produkowanych przez zagraniczne firmy zajmują jednostki mikroturbinowe (MTU) firmy Calnetix Power Solutions. Obecnie firma produkuje agregat o mocy 100 kW model TA-100.
Instalacja mikroturbinowa jest produkowana zgodnie z zasadą blokowo-modułową, co pozwala w razie potrzeby na wymianę oddzielnej jednostki, a nie produktu jako całości i jest dostarczana w pełnej gotowości fabrycznej. Ogólny widok instalacji mikroturbiny pokazano na rys. 5.5.
Ryc.5.4. Typowa modułowa elektrociepłownia z turbiną gazową
| | |
||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| |
|||||||||||||||||||
| | |
||||||||||||||||||
| |
1 - sprężarka gazu wspomagającego; 2 - kocioł na ciepło odpadowe; 3 - rekuperator; 4 - wlot powietrza do turbogeneratora; 5 - wlot powietrza do układu chłodzenia komory silnika; 6 - szafka energoelektroniki; 7 - układ olejowy; 8 - turbogenerator; 9 - wyjście kabli zasilających; 10 - układ paliwowy; 11 - dostawa gazu; 12 - spuszczanie płynu chłodzącego ze miski olejowej; 13 - wylot ciepłej wody; 14 - wlot zimnej wody
W skład bloku wchodzą: turbogenerator, komora spalania, wymiennik ciepła, układ odzysku ciepła z kotłem odzysknicowym (HRSG), układ olejowy, układ paliwowy, sprężarka gazu wspomagającego, elektronika mocy, cyfrowy układ automatyki, układ chłodzenia powietrzem komory silnika i energoelektroniki, akumulatory akumulatory.
Zasada działania instalacji jest następująca. Oczyszczone powietrze atmosferyczne wchodzi do wlotu powietrza 4, skąd wchodzi do wlotu sprężarki. W sprężarce powietrze jest sprężane i dzięki temu podgrzewane do temperatury 250°C. Za sprężarką powietrze trafia do specjalnego wymiennika ciepła gaz-powietrze (rekuperator) 3, gdzie jest dodatkowo podgrzewane do temperatury 500°C. Dodatkowe ogrzewanie pozwala na około dwukrotne zwiększenie sprawności elektrycznej instalacji. Następnie ogrzane sprężone powietrze przed komorą spalania miesza się z paliwem gazowym pod wysokim ciśnieniem, a jednorodna mieszanina gazowo-powietrzna wchodzi do komory spalania w celu spalenia. Aby zwiększyć ciśnienie gazu, stosuje się zwykłą sprężarkę wspomagającą.
Opuszczając komorę spalania, spaliny podgrzane do temperatury 926°C trafiają do turbiny 8, gdzie rozprężając się, wykonują pracę obracając ją, a także koło sprężarki i wysokoobrotowy generator synchroniczny umieszczony na tym samym wale.
Po rozprężeniu w turbinie spaliny o temperaturze 648°C dostają się kanałem gazowym do rekuperatora 3, gdzie oddają ciepło sprężonemu powietrzu za sprężarką. Temperatura spalin za rekuperatorem zostaje obniżona do 310°C.
Na wylocie wymiennika ciepła znajduje się przepustnica obejściowa, która kieruje spaliny albo przez kanał obejściowy, albo bezpośrednio do kotła odzysknicowego 2. W kotle odzysknicowym (wymienniku ciepła gaz-woda) spaliny wydzielają się swoje ciepło do wody grzewczej, która tam jest podgrzewana do wymaganej temperatury.
W odróżnieniu od innych producentów prędkość obrotowa wirnika jest praktycznie niezależna od obciążenia i utrzymuje się na poziomie 68 000 obr./min. Pozwala to na przejęcie nawet 100% obciążenia w jednym kroku, bez dodatkowych akumulatorów.
Turbogenerator
Turbogenerator jest główną, najbardziej wymagającą naukowo i pracochłonną częścią elektrowni. Ogólny widok turbogeneratora w przekroju przedstawiono na rys. 5.6.
Tabela 5.1
Charakterystyka techniczna silników turbinowych
| Model | Moc znamionowa, MW | Zużycie gazu przy 100% obciążeniu, kg/h | Efektywność, % | Stosunek ciśnień | Zużycie płynu roboczego przez silnik, kg / s | Częstotliwość obrotów wału wyjściowego generatora, obr./min | Temperatura gazu na wylocie silnika, °C | Ciśnienie gazu paliwowego, MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aerosila, NPP, JSC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1A16-100 | 0,333 | 94,6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Zorya-Mashproekt, NPKG, SE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| UGT2500(DO49) | 2,85 | 28,5 | 16,5 | 14000/3000 | 2,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Iwczenko-Postęp, GP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| GTP AI-2500 | 2,5 | 769,5 | 24,2 | 7,5 | 20,5 | 12350/1000 | 1,08 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| D-336-1-4 | 4,2 | 26,5 | 27,5 | 8200/3000 | 2,35 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| D-336-2-4 | 4,2 | 26,5 | 27,5 | 8200/3000 | 2,35 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kaluga Engine (KADVI), OJSC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 9I56 | 0,11 | 3,3 | 1,45 | 38000/8000 | 0,55 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 9I56M | 0,155 | 4,2 | 1,48 | 40000/8000 | 0,78 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| OK-1 | 0,155 | 4,7 | 1,70 | 41200/6000 | 0,85 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| OK-2 | 0,2 | 5,0 | 1,76 | 43400/6000 | 1,0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| OK-3 | 0,265 | 5,7 | 1,93 | 46000/6000 | 1,1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Klimow spółka z ograniczoną odpowiedzialnością | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TV3-117 | 1,1 | 25,4 | 7,88 | -/1500 | 1,2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Motor Sicz, OJSC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TV3-137 | 1,07 | 5,5 | 7,63 | 15000/1000 | 1,0-1,3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| AI-20 DMN | 2,5 | 7,48 | 20,8 | 12350/1000 | 1,08 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| AI-20-DME | 2,5 | 7,48 | 20,8 | 12350/1000 | 1,08 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| GTE-MS-2.5D | 2,5 | 7,48 | 20,8 | 12350/1000 | 1,08 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Perm Motor Plant (PMZ), JSC (Wielka Brytania PMK) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| GTU-2.5P | 2,7 | 21,9 | 5,9 | 25,6 | 5500/3000 | 1,0-1,2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| GTU-4P | 4,3 | 24,7 | 7,3 | 29,8 | 5500/3000 | 1,2-1,6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Zakład proletariacki, OJSC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| GTG-1500-2G | 1,5 | 6,1 | 11,2 | 12500/1500 | 1,2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kompleks naukowo-techniczny Samara nazwany imieniem N.D. Kuznetsova (SNKT), OJSC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NK-127 | 13,6 | 13000/3000 | 3,0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Saturn, NPO, JSC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DO49R | 2,85 | 28,5 | 2,1-2,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Koniec tabeli 5.1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Firma Capstone Turbine Corporation | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| C30 | 0,01 | 0,31 | 0,03-0,35 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| C65 | 0,065 | 16,4 | 0,49 | 0,52-0,56 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| C200 | 0,19 | 6,7 | 0,02-0,52 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| C200 | 0,2 | 6,7 | 0,52-0,56 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Daihatsu Diesel Mfg. Współ. Sp. z o.o. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-4 | 0,44 | 2,97 | -/1500 | 1,2-1,6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-6 | 0,66 | 4,72 | -/1500 | 1,2-1,6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-4W | 0,88 | 41.5 | 5,94 | -/1500 | 1,2-1,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-10 | 1,1 | 8,23 | -/1500 | 1,2-1,6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-10A | 1,3 | 41,5 | 8,23 | -/1500 | 1,2-1,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-14 | 1,5 | 40,7 | 10,2 | -/1500 | 1,2-1,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-20 | 2,2 | 41,9 | 14,8 | -/1500 | 1,2-1,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-10W | 2,25 | 40,7 | 16,47 | -/1500 | 1,2-1,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-10AW | 2,6 | 41,5 | 16,47 | -/1500 | 1,2-1,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-14W | 40,7 | 20,43 | -/1500 | 1,2-1,6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DT-20W | 4,4 | 41,9 | 29,79 | -/1500 | 1,2-1,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Firma ds. rozproszonych systemów energetycznych | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MT-100 | 0,1 | 4,5 | 0,79 | 0,6-0,95 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Mitsui Engineering & Shipbuilding Co. Sp. z o.o. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SB5 | 1,1 | 25,5 | 25600/3000 | 1,8-2,3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SB15 | 2,7 | 25,6 | 13070/3000 | 1,8-2,3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MSC4Q | 3,5 | 27,9 | 9,7 | 18,6 | -/1500 | 1,8-2,3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MSC5Q | 4,3 | 29,3 | 10,3 | 19,1 | -/1500 | 1,8-2,3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| OPRA Technologies A.S.A. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| OP 16-2GL | 27.8 | 6.7 | 8.8 | 26000/1500 | 1,6-2,0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PBS Velka Bites, a. S. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TE 100G | 0,1 | 71,3 | 3,9 | 56000/52400 | 1,2-1,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pratt & Whitney Kanada | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ST5 | 0,457 | 139,6 | 23,5 | 7,3 | 2,4 | 30000/3000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ST6L-721 | 0,508 | 156,2 | 23,4 | 7,3 | 33000/3000 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ST6L-795 | 0,678 | 197,7 | 24,7 | 7,3 | 3,3 | 33000/3000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ST6L-813 | 0,848 | 7,3 | 30000/3000 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ST6L-90 | 1,18 | 7,3 | 5,3 | 30000/3000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ST18A (DLE) | 1,96 | 30,2 | 13,7 | 8,4 | 20000/3000 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ST18A (WLE) | 2,02 | 28,3 | 13,7 | 9,2 | 20000/3000 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ST30 | 3,3 | 16,6 | 14,4 | 14875/3000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ST40 | 16,6 | 15,1 | 14875/3000 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rolls-Royce Power Engineering Plc (wytwarzanie energii) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 501-KC5 | 4,1 | 15,5 | 13600/3000 | 1,6-2,0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 501-KB5 | 4,8 | 9,4 | 15,4 | 14600/3000 | 1,8-2,2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |
Ryc.5.6. Turbogenerator w sekcji:
1 - ciało; 2 - obudowa części stojana; 3 - rurociąg naftowy (dostawa ropy); 4 - kanał powietrzny do nadmuchu labiryntu; 5 - dyfuzor; 6 - aparat dyszowy; 7 - rura płomieniowa; 8 - świeca zapłonowa; 9 - kolektor paliwowy; 10 - koło turbiny; 11 - koło sprężarki; 12 - pieczęć labiryntowa; 13 - hydrodyna-
łożysko mechaniczne; 14 - uzwojenia stojana; 15.17 - szyjka spustowa oleju; 16 - magnesy trwałe; 18 - wirnik; 19 - ceramiczne łożysko toczne
Jest to wysokoobrotowa jednostka jednowałowa o prędkości obrotowej wirnika 68 000 obr./min. Konstrukcyjnie wykonany jest w jednej obudowie, w której zamontowany jest wirnik. Od strony turbiny do obudowy przymocowana jest komora spalania, która stanowi odrębną, niezależną jednostkę.
Wirnik pokazany na rysunku 5.7 jest najbardziej krytyczną częścią turbogeneratora.
Na jednym wale wykonanym ze stali o podwyższonej wytrzymałości umieszczone są kolejno:
Tuleja (wirnik) szybkiego generatora synchronicznego z dwoma wprasowanymi magnesami trwałymi;
Koło jednostopniowej sprężarki odśrodkowej;
Koło jednostopniowej turbiny dośrodkowej.
Wirnik turbiny generatora jest zamontowany na dwóch wspornikach: pierwszy wspornik znajduje się przed przednim końcem piasty generatora, a drugi znajduje się pomiędzy piastą generatora a kołem sprężarki.
Pierwsza podpora to ceramiczne łożysko kulkowe wzdłużne, druga to łożysko hydrodynamiczne. Obydwa łożyska są chłodzone i smarowane wysokiej jakości olejem syntetycznym.
Ryc.5.7. Ogólny widok wirnika
Charakterystyczną cechą konstrukcji wirnika jest wspornikowy układ kół sprężarki i turbiny. Takie rozwiązanie konstrukcyjne umożliwiło usunięcie wszystkich łożysk ze strefy gorącej, co znacznie ograniczyło bezpowrotne straty oleju, zmniejszyło wydajność pompy układu olejowego oraz umożliwiło wydłużenie okresów wymiany oleju i filtra oleju.
Zastosowanie wysokoobrotowego generatora synchronicznego i półprzewodnikowego przetwornika napięcia pozwoliło pozbyć się „pięty achillesowej” większości turbin gazowych małej mocy – skrzyni biegów.
Komora spalania
Komora spalania, pokazana na ryc. 5.8, zapewnia konwersję energii chemicznej paliwa gazowego na energię cieplną płynu roboczego.
Konstrukcja komory jest przeciwprądowa, pierścieniowa, z wielopunktowym zasilaniem paliwa gazowego poprzez oddzielne wtryskiwacze. Komora przeznaczona jest do długotrwałej pracy zarówno przy częściowym jak i pełnym obciążeniu instalacji.
Komora spalania składa się z następujących głównych elementów: korpusu; kolektor paliwowy, wtryskiwacze paliwa, rurka płomieniowa, świece zapłonowe, przekładki.
Paliwo gazowe podawane jest do komory za pomocą 12 wtryskiwaczy pod ciśnieniem 0,5-0,6 MPa.
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
Ryc.5.8. Konstrukcja komory spalania:
1 - rura płomieniowa; 2 - wtryskiwacze; 3 - kolektor paliwowy; 4 - obudowa komory spalania; 5 - elementy do mocowania płomienicy do korpusu; 6 - świeca zapłonowa; 7 - element dystansowy
Rekuperator
Wymiennik ciepła gaz-powietrze ma za zadanie zwiększyć sprawność elektryczną urządzenia poprzez dodatkowe dogrzanie powietrza za sprężarką. Powietrze jest podgrzewane pod wpływem ciepła gazów spalinowych turbiny (ryc. 5.5).
Rekuperator jest płytowym wymiennikiem ciepła gaz-powietrze, którego wygląd pokazano na rys. 5.9. Oszczędność paliwa w instalacji wynika ze wzrostu temperatury powietrza wpływającego do komory spalania ze sprężarki powietrza.
System odzysku ciepła z kotłem na ciepło odpadowe
Układ odzysku ciepła przeznaczony jest do podgrzewania wody sieciowej do zadanej wartości przy wykorzystaniu ciepła gazów spalinowych.
Regulacja parametrów wody na wylocie kotła odzysknicowego odbywa się poprzez ominięcie spalin przez przewód obejściowy.
Ryc.5.9. Widok ogólny rekuperatora
W skład systemu wchodzą: kocioł odzysknicowy z przepustnicą obejściową, przewód obejściowy, przepływomierz do pomiaru przepływu chłodziwa, urządzenia do pomiaru temperatury chłodziwa na wlocie i wylocie kotła odzysknicowego, urządzenia do pomiaru temperatury gazów spalinowych na wlocie i wylocie kotła - kocioł na ciepło odzysknicowe, presostat maksymalnego na wylocie z kotła odzysknicowego.
Układ chłodzenia powietrzem
Układ chłodzenia powietrzem przeznaczony jest do niezawodnego odprowadzania ciepła z elementów paliwowych (turbina, rekuperator, elektronika energetyczna, kocioł na ciepło odzysknicowe, chłodnica oleju).
sprężarka wspomagająca, chłodnica oleju układu olejowego) umieszczone wewnątrz zespołu mikroturbiny.
Wewnątrz urządzenia znajdują się wentylatory zapewniające wymuszony ruch powietrza. Punkty wlotu i wylotu powietrza pokazano na rysunku 5.10.
Powietrze przesyłane do chłodzenia podzespołów i zespołów znajdujących się w komorze silnika jest dzielone na dwie części. Pierwsza część służy do chłodzenia chłodnicy oleju, turbogeneratora, rekuperatora i kotła na ciepło odpadowe. Ruch powietrza zapewnia wentylator chłodnicy oleju. Druga część służy do chłodzenia elektroniki mocy i chłodnicy sprężarki wspomagającej. Ruch powietrza zapewnia wentylator umieszczony w dolnej części mikroturbiny.
Wylot powietrza z urządzenia odbywa się z tyłu urządzenia przez dwa prostokątne otwory.
| | | |
| |
| |
| |
Ryc.5.10. Miejsca zasysania i odprowadzania powietrza z komory silnika:
1 - powietrze do chłodzenia komory silnika; 2 - powietrze do generatora turbiny gazowej; 3 - wylot spalin; 4 - powietrze do chłodzenia energoelektroniki; 5 - wylot powietrza chłodzącego (otwór górny); 6 - wylot powietrza chłodzącego (otwór dolny)
Charakterystyki techniczne zespołu mikroturbinowego TA-100 RCHP (wg danych producenta) podano w tabeli. 5.2.
Tabela 5.2
Charakterystyka techniczna agregatu TA-100 RCHP
Następnie stworzono szereg podobnych silników, różniących się ciągiem i rozmiarem. Dlatego opracowano i wyprodukowano silniki turbinowe o następujących parametrach (pierwsza liczba to ciąg w Newtonach, druga to średnica wirnika sprężarki w milimetrach): 70/66, 80/76, 90/88, 100/90 . Modele z takimi silnikami są stosunkowo powszechne. 
Jako silnik prototypowy wybrano FD-3. Jednak ograniczenia technologiczne mogą całkowicie obalić wniosek o realności stworzenia takiej miniaturowej turbiny gazowej. Od samego początku zakładano, że główne podzespoły mikro-GTE będą wykonane z ceramiki. Ale wszystko, co może zapewnić technologia MEMS, to płaskie ostrza o stałej grubości, zintegrowane z dyskiem (rodzaj „błogości”) i cylindryczne otwory w ceramicznych ściankach.