• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
04.05.2023
ПНИПУ
229

В Пермском Политехе разработали модель для контроля вредных выбросов камеры сгорания газотурбинной установки

4.4

В таких важных отраслях экономики, как нефтегазодобывающая и авиационная промышленность в качестве источника энергии используются газотурбинные установки. В их состав входит газотурбинный двигатель, одним из важнейших элементов которого является камера сгорания, производящая вредные выбросы. Чтобы процесс горения топлива в ней был устойчив и не приводил к чрезмерной эмиссии загрязняющих веществ, необходима система автоматического управления камерой сгорания, для работы которой требуются сенсоры выбросов. В качестве такого сенсора эмиссии выступает полуэмпирическая модель камеры сгорания, прогнозирующая вредные выбросы, которую разработали ученые Пермского Политеха.

Вид малоэмиссионной камеры сгорания ГТУ-16 в разрезе
Вид малоэмиссионной камеры сгорания ГТУ-16 в разрезе / ©Getty images / Автор: Regulus Tremerus

При работе газотурбинных двигателей в атмосферу выбрасываются продукты горения топлива: оксиды азота, оксиды углерода, углеводороды. Чтобы сократить их негативное воздействие на окружающую среду, двигатели следующего поколения необходимо оснастить малоэмиссионными камерами сгорания. Особенностью таких камер является узкий диапазон режимов работы между высоким уровнем эмиссии, то есть выбросом вредных веществ, и срывом пламени в процессе горения.

Поддерживать работу камеры сгорания в штатном режиме должна система автоматического управления, информацию о текущих выбросах, для которой мог бы поставлять сенсор эмиссии, установленный на двигателе. Поскольку физические измерения эмиссии в процессе эксплуатации двигателя недоступны, в настоящее время такие сенсоры отсутствуют. Заменить «физический» датчик можно встроенной в систему автоматического управления двигателем математической моделью камеры сгорания, которая выполняет функцию виртуального сенсора эмиссии.

Разработке математической модели виртуального сенсора эмиссии в перспективных системах автоматического управления газотурбинными двигателями и посвящена статья ученых Пермского Политеха, опубликованная в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника».

«На основании экспериментальных данных нами была установлена коррелятивная связь между относительным расходом топлива через пилотный контур и величиной эмиссии оксидов азота, а также пульсациями давления в жаровых трубах малоэмиссионной камеры сгорания. Это позволило рассматривать коэффициент корреляции Пирсона как количественный критерий оценки качества организации горения. При этом становится возможным без измерения эмиссии определить, по какому типу — гомогенному или диффузному — происходит перемешивание топлива в процессе горения.

Таким образом, полученные результаты позволяют существенно повысить качество прогнозирования эмиссии за счет уточнения разработанной полуэмпирической математической модели генерации оксидов азота. Уточнение ведется через учет неоднородности процесса горения в жаровых трубах. Разработанные алгоритмы являются основой виртуального сенсора, с помощью которого можно оценить уровень эмиссии двигателя без ее непосредственного измерения. Эти данные и ложатся в основу алгоритмов управления различными режимами работы камеры сгорания, — объясняет кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и технологий в электротехнике, директор Центра дистанционных образовательных технологий, Татьяна Кузнецова.

Эффективность модели подтверждается сопоставлением расчетов с экспериментальными показателями эмиссии оксидов азота при работе двигателя. Полученные данные позволяют оценивать не только качество процесса горения без трудоемкого измерения эмиссии, но и уточнять математические модели, лежащие в основе виртуального сенсора эмиссии, используемого в системе управления.

Внедрение виртуальных датчиков позволяет прогнозировать изменение неизмеряемых в процессе эксплуатации двигателя величин. А также позволяет оценивать качество измерения сигналов, и при замене реальных датчиков – снижает затраты на обслуживание двигателя. Таким образом, предложенный подход упрощает процесс разработки и эксплуатации адаптивных систем управления эмиссией наземных газотурбинных установок и газотурбинных авиационных двигателей. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Полученная модель способствует обеспечению технологического суверенитета России. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
13 июня
Дарья Г.

В центре далекой галактики OJ 287 находятся две черные дыры, одна из которых в сотню раз больше другой. В 2021 году астрономы подтвердили существование пары по изменению яркости объекта. Теперь же ученым удалось доказать, что источником той необычной вспышки была именно малая черная дыра.

Позавчера, 12:22
Алиса Гаджиева

Авторы нового междисциплинарного исследования выяснили, как распределялись ресурсы в сообществе земледельцев и скотоводов одной из альпийских долин семь тысяч лет назад.

13 июня
Александр Березин

Нынешняя версия крупнейшего носителя SpaceX вдвое мощнее «Сатурна-5», самой мощной ракеты прошлого. Однако документ Федерального управления гражданской авиации США показал, что Илон Маск планирует серьезно нарастить разрыв. Попутно у его ракеты значительно увеличится количество двигателей в обеих ступенях, в итоге она станет выше высочайшей пирамиды на земле.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

12 июня
Александр Березин

Глава подразделения NASA по системам исследования Луны объяснила ранее неизвестное публике условие для высадки людей на спутнике Земли в сентябре 2026 года. Скептики оценили это заявление как стремление Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США переложить ответственность за срыв сроков лунной высадки на кого-то еще.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: