#газотурбинные установки

Детали в авиационных газотурбинных двигателях и установках во время работы подвергаются высоким температурам в диапазоне от 650 до 1600 градусов. Наиболее эффективный способ их защиты от перегрева и разрушения материала — применение теплозащитных покрытий. Слои наносят с помощью роботизированных комплексов с маленькой распыляющей ручкой, при этом робота программирует специалист пультом, из-за чего его на время выводят из строя, что сильно замедляет процесс производства. Ученые Пермского Политеха разработали ПО, которое позволяет автоматически писать коды для управления напыляющими установками. Это ускорит и удешевит процесс производства отечественных гражданских авиадвигателей и газотурбинных установок, а также повысит качество нанесения термозащитного слоя. Сегодня не существует аналогичных программных решений для таких роботизированных установок.

Газотурбинные установки (ГТУ) при эксплуатации служат одним из самых мощных источников энергии в современном производстве. Однако лопатки в двигателях этих устройств подвержены негативному воздействию высоких температур и механических нагрузок, что приводит к образованию плотного оксидного слоя. Он замедляет ремонтные работы, которые нужны для увеличения срока службы лопаток и снижения затрат на производство. Ученые Пермского Политеха разработали новый метод с использованием раствора серной и ортофосфорной кислот и выявили их оптимальную концентрацию, необходимую для эффективной очистки приборов.

Водород — перспективный ресурс с точки зрения декарбонизации промышленности (сокращения выбросов парниковых газов), его можно использовать в топливных элементах, двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах. Применение водорода в энергоустановках значительно снижает их влияние на глобальное потепление. Но сам процесс производства водорода, а также разработка, эксплуатация и утилизация этих устройств сопровождается значительными выбросами. Поэтому для полноценного развития водородной энергетики необходимо достоверно определить воздействие энергоустановок на окружающую среду по величине углеродного следа. Подход ученых Пермского Политеха помог выявить, какой объем парниковых газов образуется на протяжении всего жизненного цикла устройств для производства электроэнергии, в частности, газотурбинных установок.

Лопатка — ключевая деталь современных авиадвигателей. Ее создание требует сложных расчетов при проектировании, высокой точности в производстве, а также дорогостоящего оборудования и редких металлов. При изготовлении лопаток газотурбинных двигателей инженеры сталкиваются с проблемой несоответствия размеров получаемых изделий с заложенными размерами по техническому процессу — толщина превосходит номинальную на 20 процентов. Это влечет за собой использование дополнительных ресурсов: обработка на большинстве машиностроительных предприятий производится вручную, временные затраты значительно увеличиваются, ручной труд не дает стабильных размеров. Ученые ПНИПУ разработали модель для определения причин возникновения отклонений размеров лопатки после штамповки и предложили способ предотвращения этой проблемы. Исследование поможет повысить точность геометрии изделий, уменьшить стоимость производства и затрачиваемые ресурсы.

Загрязнение окружающей среды токсичными продуктами сгорания — одна из важнейших проблем современной теплоэнергетики. Сейчас в атмосферу в год выбрасывается 140 тысяч тонн оксидов азота, которые негативно влияют на здоровье живых организмов. Согласно экологической политике России, его концентрация в выхлопных газах не должна превышать 30 миллиграммов на кубометр. Но ни одна газотурбинная установка отечественного производства не может обеспечить соблюдение таких норм. Чтобы значительно снизить концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания, ученые Пермского Политеха спроектировали систему очистки, эффективность применения которой более 90 процентов.

Разработка передовых газотурбинных устройств в России предполагает внедрение водородных технологий и использование обогащенного водородом газотурбинного топлива. Этот газ содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Однако при взаимодействии многих материалов с водородом происходит процесс разрушения — водородная коррозия, которая приводит к снижению механических свойств металла — прочности и пластичности. Ученые Пермского Политеха сообщают, что материалы на основе никеля имеют достаточно высокую стойкость к водороду, как при обычных, так и при повышенных температурах. Политехники изучили, как ведет себя монокристаллические никелевые сплавы под воздействием водородсодержащей атмосферы и высокой температуры. Исследование будет полезно при разработке газотурбинных установок, которые используют в качестве источника энергии во многих областях промышленности, например, в нефтегазовой, автомобильной, авиационной и энергетической.