Разработка технических решений и прототипов устройств – камера сгорания, компрессор низкого давления для создания конкурентоспособных газовых турбин мощностью 25 МВт для газоперекачивающих агрегатов на основе цифровых двойников разрабатываемых устройств

Заказчик: Минобрнауки России (ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно- технологического комплекса России на 2014-2020 годы»)

Индустриальный партнер: ОКБ им. А. Люльки (ПАО «ОДК-УМПО»)

---

Инженеры Центра НТИ СПбПУ завершили первый этап проекта по разработке глобально конкурентоспособных газовых турбин мощностью 25 МВт для газоперекачивающих агрегатов.

Задачей проекта стала разработка технических решений и прототипов устройств – камеры сгорания (КС) и компрессора низкого давления (КНД) – для создания газовых турбин на основе цифровых двойников разрабатываемых устройств со снижением выбросов СО и NOx на выходе из КС до уровня 25–30 PPM, а также повышением КПД КНД на 1–2% с сохранением запасов устойчивости.

Ранее в рамках работ с АО «Казанское моторостроительное производственное объединение» (КМПО)
и АО «ОДК-Климов» решались аналогичные задачи по расчетам характеристик компрессоров, разработке мероприятий по снижению эмиссии в КС и созданию цифровых двойников двигателей НК-38СТ и ТВ7-117СТ.

Распределение температур металла по лопаткам КНД

В результате реализации 1 этапа проекта:

1. Разработан виртуальный испытательный стенд (ВИС) КНД, проведены виртуальные испытания исходной конструкции КНД с целью определения его аэродинамических характеристик, теплового и напряженно-деформированного состояний.
2. Разработан ВИС КС, проведены виртуальные испытания исходной конструкции КС с целью определения ее газодинамического и теплового состояний с учетом процессов горения, а также эмиссии вредных веществ.
3. Проведена валидация разработанных ВИС по экспериментальным данным, показана удовлетворительная сходимость виртуальных и натурных экспериментов.

В рамках проекта использовались ресурсы Суперкомпьютерного центра «Политехнический» – каждое
из более чем 140 виртуальных испытаний требовало по 12 часов на 280 ядрах СКЦ (суммарно ~500 тыс. ядро-часов).

Всего за 2 месяца выполнено сопряженное моделирование аэродинамики, теплового состояния и процессов горения в трехмерной постановке. Осуществлено детальное моделирование характеристики компрессора с учетом радиальных зазоров, отборов, надроторных устройств и антивибрационных полок, а также автоматическое построение характеристики компрессора на базе массива CFD-расчетов.

«Основной задачей второго этапа работ станет разработка методики и оптимизации конструкции КНД и КС с целью обеспечения их параметров в соответствии с техническим заданием, – комментирует ответственный исполнитель проекта, заместитель руководителя отдела кросс-отраслевых технологий Центра НТИ СПбПУ Алексей Тихонов. – В дальнейшем разработанная методика может применяться для оптимизации как камер сгорания, работающих на природном газе, так и любых высоконагруженных осевых компрессоров».