Периодическое издание города Кунгур актуальные новости и обозрение
Издается с февраля 2004 г.
Пермское время
08:33
Вторник, 27 Октября
Рекламный баннер 990x90px top
Ученые ПНИПУ впервые в России нашли эффективный способ перевода газотурбинных установок на водород
16:27 26.10.2026 16+
Ученые Пермского Политеха впервые смоделировали горение водорода в газотурбинных установках в условиях, максимально приближенных к реальным. Они получили диапазон значений, при которых пламя остается стабильным и не повреждает оборудование. Это позволит инженерам настраивать существующие турбины для работы на водороде без риска поломок и колоссальных затрат.
Современные газотурбинные установки, вырабатывающие электроэнергию и тепло, работают на ископаемом топливе, которое загрязняет атмосферу и постепенно исчерпывается. Вместо него можно использовать водород, который при сгорании выделяет почти в три раза больше тепла, чем бензин, и в четыре раза больше, чем метан. Но заменить одно топливо на другое невозможно существующие газотурбинные установки спроектированы именно под природный газ. Перевести их на водород без предварительной перенастройки невозможно, поскольку физика горения у этих газов различается. Это может привести к тому, что оборудование будет выходить из строя всего за несколько часов работы.
При этом в большинстве уже проведенных исследований не учитываются реальные условия работы промышленных турбин: высокое давление, сложное движение воздуха внутри камеры и его завихрения. Однако эти факторы определяют, как топливо смешивается с воздухом и насколько ровно протекает горение. Это важно, потому что от устойчивости пламени напрямую зависит, сможет ли турбина работать на водороде без перегрева, вибраций и разрушения. Текущие лабораторные условия не дают результатов, которые можно перенести на реальное оборудование.
Пермские ученые пошли по другому пути и построили 3D-модель камеры сгорания со всеми ее элементами. Они учли все конструктивные особенности, чтобы приблизить модель к реальной турбине. Помимо этого, исследователи впервые соединили в модели все сложные процессы: как движется воздух, как он смешивается с топливом и как образуются вредные вещества. Все входные параметры температуру, давление, расходы топлива и воздуха задали такими же, как у реально работающей газотурбинной установки.
Также они сделали модель очень детальной разбили камеру на множество мельчайших участков и просчитали, что происходит в каждом из них. Такой подход позволил отследить все процессы, протекающие внутри оборудования: как меняется температура, формируется пламя и как распределяются вредные вещества.
Чтобы понять, при каких условиях водород остается стабильным, в цифровой модели начали менять условия (расход топлива и воздуха). При этом ученые замеряли два параметра: скорости потока газов и движения пламени. Сравнивая их, можно определить, остается ли огонь на месте или начинает менять свое положение в камере сгорания. Смещение пламени может привести к повреждению оборудования или прекращению горения. Именно по этим параметрам можно узнать, как правильно настроить подачу топлива и воздуха для безопасной работы установки.
В результате мы нашли точные значения, при которых горение водорода остается стабильным. Мы проверили разные режимы подачи топлива и воздуха и увидели, что в оптимальных условиях положение пламени фиксированное, температура на выходе из камеры соответствует норме, а риск перегрева оборудования отсутствует. Это значит, что инженеры могут использовать полученные цифры для настройки существующих турбин, спроектированных под природный газ, рассказал аспирант кафедры Энергетическое машиностроение ПНИПУ Станислав Архипов.
Предложенные значения специалисты могут использовать в своих расчетах: учесть геометрию камеры сгорания, расход топлива и воздуха и посмотреть, попадают ли полученные ими значения в безопасную зону. Если нет необходимо менять параметры работы установки до тех пор, пока условия не станут оптимальными для водорода.
В ходе тестирования мы также определили, сколько выбросов оксидов азота образуется в процессе горения. Эти вещества появляются при высоких температурах и в больших количествах очень опасны для здоровья. Расчеты показали, что в самой горячей зоне камеры их концентрация еще заметна, но уже на выходе она падает почти до нуля. То есть при правильной настройке водородная турбина практически не дает вредных выбросов, отметил профессор кафедры Ракетно-космическая техника и энергетические системы ПНИПУ, доктор технических наук Роман Бульбович.
Решение пермских ученых позволит перевести существующие турбины с природного газа на водород без огромных затрат на разработку новых технических решений, подчеркнули в Политехе.
Современные газотурбинные установки, вырабатывающие электроэнергию и тепло, работают на ископаемом топливе, которое загрязняет атмосферу и постепенно исчерпывается. Вместо него можно использовать водород, который при сгорании выделяет почти в три раза больше тепла, чем бензин, и в четыре раза больше, чем метан. Но заменить одно топливо на другое невозможно существующие газотурбинные установки спроектированы именно под природный газ. Перевести их на водород без предварительной перенастройки невозможно, поскольку физика горения у этих газов различается. Это может привести к тому, что оборудование будет выходить из строя всего за несколько часов работы.
При этом в большинстве уже проведенных исследований не учитываются реальные условия работы промышленных турбин: высокое давление, сложное движение воздуха внутри камеры и его завихрения. Однако эти факторы определяют, как топливо смешивается с воздухом и насколько ровно протекает горение. Это важно, потому что от устойчивости пламени напрямую зависит, сможет ли турбина работать на водороде без перегрева, вибраций и разрушения. Текущие лабораторные условия не дают результатов, которые можно перенести на реальное оборудование.
Пермские ученые пошли по другому пути и построили 3D-модель камеры сгорания со всеми ее элементами. Они учли все конструктивные особенности, чтобы приблизить модель к реальной турбине. Помимо этого, исследователи впервые соединили в модели все сложные процессы: как движется воздух, как он смешивается с топливом и как образуются вредные вещества. Все входные параметры температуру, давление, расходы топлива и воздуха задали такими же, как у реально работающей газотурбинной установки.
Также они сделали модель очень детальной разбили камеру на множество мельчайших участков и просчитали, что происходит в каждом из них. Такой подход позволил отследить все процессы, протекающие внутри оборудования: как меняется температура, формируется пламя и как распределяются вредные вещества.
Чтобы понять, при каких условиях водород остается стабильным, в цифровой модели начали менять условия (расход топлива и воздуха). При этом ученые замеряли два параметра: скорости потока газов и движения пламени. Сравнивая их, можно определить, остается ли огонь на месте или начинает менять свое положение в камере сгорания. Смещение пламени может привести к повреждению оборудования или прекращению горения. Именно по этим параметрам можно узнать, как правильно настроить подачу топлива и воздуха для безопасной работы установки.
В результате мы нашли точные значения, при которых горение водорода остается стабильным. Мы проверили разные режимы подачи топлива и воздуха и увидели, что в оптимальных условиях положение пламени фиксированное, температура на выходе из камеры соответствует норме, а риск перегрева оборудования отсутствует. Это значит, что инженеры могут использовать полученные цифры для настройки существующих турбин, спроектированных под природный газ, рассказал аспирант кафедры Энергетическое машиностроение ПНИПУ Станислав Архипов.
Предложенные значения специалисты могут использовать в своих расчетах: учесть геометрию камеры сгорания, расход топлива и воздуха и посмотреть, попадают ли полученные ими значения в безопасную зону. Если нет необходимо менять параметры работы установки до тех пор, пока условия не станут оптимальными для водорода.
В ходе тестирования мы также определили, сколько выбросов оксидов азота образуется в процессе горения. Эти вещества появляются при высоких температурах и в больших количествах очень опасны для здоровья. Расчеты показали, что в самой горячей зоне камеры их концентрация еще заметна, но уже на выходе она падает почти до нуля. То есть при правильной настройке водородная турбина практически не дает вредных выбросов, отметил профессор кафедры Ракетно-космическая техника и энергетические системы ПНИПУ, доктор технических наук Роман Бульбович.
Решение пермских ученых позволит перевести существующие турбины с природного газа на водород без огромных затрат на разработку новых технических решений, подчеркнули в Политехе.
ЧИТАТЬ ТАКЖЕ ПО ТЕМЕ
- ПОПУЛЯРНО
- КОММЕНТАРИИ
В Кунгуре мать-одиночка...
22.10.2026
37332
Кот два месяца жил на...
25.10.2026
20862
В небе над Пермским краем...
24.10.2026
18076
Кунгурским судом вынесен...
20.10.2026
16576
Медсестра из Прикамья Дарья...
23.10.2026
14253
В Пермском крае сотрудники...
20.10.2026
12674
ПОЛЕЗНЫЕ РЕСУРСЫ
МЫ В СОЦСЕТЯХ
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Рекламный баннер 300x250px rightblock
Оставить сообщение: