Крутящий момент

12.01.2018

Учёные Самарского политеха разработали инновационную систему запуска газотурбинных двигателей

Учёные кафедры «Электромеханика и автомобильное электрооборудование» совместно со специалистами научно-производственного объединения «Шторм» создали систему электрического запуска газотурбинных двигателей. По словам разработчиков, такие двигатели первоначально предназначались для самолётов, но с развитием газопроводной техники стали модифицироваться для наземного использования, в частности для перекачки газа. Сейчас их производят в Самаре на ПАО «Кузнецов».

Газотурбинный двигатель состоит из турбинной и компрессорной части. Чтобы турбина заработала, нужен стартер, который бы её раскрутил. Вот такой механизм и разработали в Политехе.

Убавим газу

Сегодня на газопроводах применяется турбодетандерный способ пуска. Отобранный из трубы товарный газ попадает в специальное устройство – детандер, охлаждается, а высвободившаяся энергия используется для раскручивания турбины до необходимых оборотов. Затем включается зажигание.

Такая схема предполагает выброс в атмосферу большого объёма газа, который не только загрязняет окружающую среду, но и создаёт взрывопожароопасную ситуацию. Одним словом, турбодетандерный запуск прямо противоречит Киотскому протоколу – международному соглашению о необходимости сокращения выбросов парниковых газов.

Между тем существует принципиально иная модель раскручивания турбины. Электростартерный пуск, разработкой которого занимаются в разных странах мира, является современным и экологически безопасным. Электростартеры давно используются для запуска автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Но создать подобное устройство для газовых турбин гораздо сложнее. Турбина при пуске должна вращаться с высокой частотой – свыше 5 000 оборотов в минуту, тогда как обычный электростартер при питании от промышленной сети может обеспечить не больше 3 000 оборотов. Чтобы он вращался быстрее, нужен специальный частотный преобразователь, который необходимо адаптировать для согласованной работы с электрической машиной.

И это не единственная трудность. Заведующий кафедрой, доктор технических наук Юрий Макаричев объясняет:

– Во-первых, необходимо решить, какой вид электродвигателя выбрать, как сделать его компактным, как добиться того, чтобы он развивал мощность 80 и более киловатт в условиях жёстких ограничений по габаритам и массе. Кроме того, необходимо решить сложные прочностные проблемы и задачи расчёта тепловых полей и оптимизации.

Испытания прошёл

Тем не менее, когда в Политех обратился промышленный партнёр – НПО «Шторм» – с предложением разработать электрическую систему запуска газовой турбины, на кафедре отказывать не стали. На базе синхронной машины с постоянными высококоэрцитивными магнитами (магнитами с высоким показателем напряжённости магнитного поля. – Прим.ред.) учёные спроектировали аппарат, который удалось выдержать в габаритах, указанных в техническом задании.

Затем на НПО «Шторм» изготовили опытный образец стартера и провели промышленные испытания на уже действующем оборудовании – газотурбинном двигателе НК-36.

– Сейчас мы проводим пробы на нескольких типах газотурбинных двигателей: НК-8-2У, НК-16, НК-36. Это достаточно долгий процесс, испытания длятся восемь месяцев, – говорит Сергей Буряшкин, генеральный директор «Шторма». – Оборудование очень высокого класса, поэтому требуется надёжная техника. Мы, как участники промышленного кластера, используем возможности промышленных предприятий. Большую помощь и поддержку оказывает руководство завода «Салют». Рассчитываем к концу года сдать два образца на опытно-промышленную эксплуатацию.

Провести такую длительную работу – создать, испытать и запустить в серийное производство сложное высокотехнологичное устройство – без научных исследований учёных-политеховцев Юрия Макаричева и кандидата технических наук Юрия Зубкова, по признанию Буряшкина, было бы просто невозможно.

Сейчас разработчики готовятся запатентовать изобретение как полезную модель. При этом учёные и их партнёры уверены, что украсть такую разработку невозможно. Для этого придётся пройти весь путь – от расчёта и математического моделирования до готового продукта «в железе», имея в арсенале научные, конструкторские и технологические кадры высшей квалификации.

Лабораторная работа

Юрий Макаричев рассказал, что, изучая запросы промышленного кластера, учёные и производственники пришли к выводу о необходимости научно-производственной лаборатории на базе кафедры электромеханики Политеха. НПО «Шторм» со своей стороны могло бы предоставить производственно-испытательное оборудование.

– Студент должен не только видеть электрическую машину и преобразователь, нарисованные на доске или в учебнике, но и уметь на них работать, осваивать компетенции исследователя, проектировщика, эксплуатационника, – считает профессор.

Он также предлагает привлекать к работе в лаборатории магистрантов и аспирантов, что будет важно для подготовки кадров высшей квалификации. По мнению Сергея Буряшкина, лаборатория или научно-промышленный центр в опорном университете окажут громадную помощь в решении производственных задач промышленным предприятиям не только Самарского региона, но и всей страны.

Неля Леонова

«Технополис Поволжья» № 14

https://samgtu.ru/sites/default/files/magazine/bookreader-master/magazine/index.html?id=24&count=100#page/36/mode/2up