Организация низкотемпературного горения обедненной смеси в камерах сгорания газотурбинных энергоустановок малой мощности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Шилова Алена Алексеевна

• Шилова Алена Алексеевна
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Шилова Алена Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР И ОБОБЩЕНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГОРЕНИЯ ОБЕДНЕННЫХ СМЕСЕЙ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК

1.1 Проблемы сжигания разнородных по составу и теплопроизводительности нестандартных топливных газов

1.1.1 Модификация стандартных газотурбинных установок для работы с нестандартными и перспективными топливными газами

1.1.2 Анализ характеристик горения нестандартных и перспективных топливных газов в камерах сгорания газотурбинных установок

1.1.3 Проблемы сжигания нестандартного топливного газа в газотурбинных установках

1.2 Концентрационные пределы горения. Влияния условий подачи воздуха и топливного газа на пределы горения

1.3 Исследования характеристик горения в камерах сгорания газотурбинных энергоустановок

1.4 Эмиссия вредных веществ

1.5 Газотурбинные энергоустановки малой мощности

Выводы по Главе

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДАЧИ КОМПОНЕНТОВ НА ПРЕДЕЛЫ ГОРЕНИЯ

ТОПЛИВНЫХ ГАЗОВ

2.1 Концентрационные пределы горения нестандартных топливных газов. Срывные характеристики в камере сгорания по составу топливного газа

Выводы по Главе

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ПОДОГРЕВА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

3.1 Методика определения параметров газотурбинной энергоустановки малой мощности с подогревом топливного газа

3.2 Критерии устойчивости пламени в газотурбинных энергоустановках малой мощности

3.3 Исследование режимных и газодинамических характеристик камеры сгорания по реакторной модели

3.4 Влияние подогрева компонентов на режимные характеристики газотурбинной

энергоустановки малой мощности

Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМУ ГОРЕНИЮ СТАНДАРТНЫХ И НЕСТАНДАРТНЫХ ТОПЛИВНЫХ ГАЗОВ

4.1 Экспериментальные исследования по концентрационным пределам при горении нефтяного газа

4.2 Экспериментальные исследования по влиянию подогрева топливного газа на эмиссионные

и газодинамические характеристики горения

Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт о внедрении результатов

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Справка об использовании результатов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Организация низкотемпературного горения обедненной смеси в камерах сгорания газотурбинных энергоустановок малой мощности»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В последние десятилетия авиационные газотурбинные двигатели (ГТД), отработавшие летный ресурс, находят применение в качестве приводов наземных энергетических установок. Конвертированные двигатели наиболее широко применяют для привода нагнетателей газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и приводов электрогенераторов. В настоящее время доля использования конвертированных ГТД в общем балансе мощностей наземных установок приближается к 40 % (в основном ГТД мощностью 2-25 МВт). При этом недостаточно разработано применение ГТД меньшей мощности 60-500 кВт, которое возможно после конвертирования вспомогательных силовых установок, выработавших свой лётный ресурс. Вспомогательные силовые установки, которые ранее использовались в зенитно-ракетных комплексах, на беспилотных летательных аппаратах, на самолётах и вертолётах, имеют сравнительно небольшие габариты и массу. Конвертирование этих установок позволяет решить актуальные для народного хозяйства и обороноспособности страны задачи, а именно:

• экономное и рациональное использование имеющихся ресурсов и средств;

• интеграция отраслей промышленности (авиастроение, энергетика) для решения актуальных задач экономики страны;

• уменьшение объёма капитальных затрат и отказ от закупки дорогостоящего импортного оборудования;

• обеспечение высокой транспортабельности и мобильности установок за счёт комплектности и малой массы, характерных для конвертированных двигателей;

• достаточно высокий КПД, простота и надёжность в эксплуатации.

Решение указанных задач обусловило появление новых научно-прикладных направлений, связанных с конвертированием узлов и агрегатов летательных аппаратов (ЛА) для наземного использования, а также позволяет сохранять работоспособность предприятий оборонной отрасли.

Применение конвертированных газотурбинных установок (ГТУ) малой мощности ЛА актуально, поскольку позволяет решать не только обозначенные выше задачи, но и другие, связанные, например, с быстрым, мобильным и достаточно недорогим обеспечением электроэнергией отдалённых районов с возможностью непрерывной длительной работы таких двигателей в условиях эксплуатации. Разработка и внедрение автономных энергетических установок малой мощности имеет большое значение не только для оборонной промышленности и энергетики, но и для аграрного сектора, для нужд МЧС, стратегических и военных объектов, и

особенно для тех районов страны, где в настоящее время отсутствуют энерго-источники и линии электропередачи.

Одним из примеров востребованности по использованию конвертированных ГТУ малой мощности ЛА является их применение в качестве привода для выработки электрической и тепловой энергии на малодебитных месторождениях при сжигании нефтяного газа (НГ). В мировой практике отсутствуют специально разработанные установки для сжигания нестандартных топливных газов (с большим содержанием азота N2 и сероводорода ШБ). Для сокращения времени разработки отечественных агрегатов предлагается конвертирование вспомогательных силовых установок, к которым не сформулированы требования по эффективности.

В диссертационной работе рассмотрена возможность организации устойчивого низкотемпературного горения обедненной смеси в ГТУ малой мощности с неохлаждаемой турбиной на примере сжигания природного и низкокалорийного газов в камере сгорания (КС) без зоны разбавления.

Камеры сгорания современных ГТУ, как правило, имеют в своем составе зону горения и зону разбавления. Зона горения предназначена для организации устойчивого горения при высоких температурах и коэффициентах избытка воздуха, близких к стехиометрическим условиям. В зоне разбавления подачей вторичного воздуха готовится рабочее тело с необходимыми параметрами для подачи на сопловые лопатки турбины. Похожая схема организации рабочего процесса используется в газогенераторах жидкостных ракетных двигательных установках (ЖРДУ). Имеется общность при расчете параметров и моделировании внутрикамерного процесса в камерах сгорания ГТУ различных мощностей; в ЖРДУ, выполненных по замкнутой схеме типа «газ+газ»; на испытательных стендах при подаче криогенных топлив (в том числе сжиженного природного газа в газифицированном виде за счет снижения давления в системе подачи.

Подогрев компонентов перед подачей в КС влияет на характеристики внутрикамерных процессов, эмиссию вредных веществ и режимные параметры ГТУ. Есть большое количество исследований по влиянию температуры подачи компонентов, которые показали, что наибольшее влияние на характеристики КС и ГТУ оказывает подогрев воздуха. Подогрев топливного газа влияет на устойчивость горения и эмиссию вредных веществ в меньшей степени по сравнению с подогревом воздуха, но сдвигает бедный предела горения в область низких температур.

При подогреве топливного газа можно обеспечить низкотемпературное горение обедненной смеси при температуре подачи продуктов сгорания на сопловые лопатки турбины. Реализация такого способа горения в ГТУ малой мощности позволила бы упростить технологию

изготовления и эксплуатации неохлаждаемой камеры сгорания и неохлаждаемой турбины, а также снизить эмиссию оксидов азота и углерода.

Задача по организации и исследованиям устойчивого низкотемпературного горения обедненной смеси решается с использованием аналитических и инженерных методик и экспериментальных исследований. В результате исследований концентрационных пределов горения топливных газов переменного состава и теплопроизводительности получено, что с увеличением температуры подачи топливного газа в камеру сгорания расширяются пределы его горения по составу. Устойчивое горение смеси в условиях КС зависит не только от концентрационных пределов воспламенения, но и газодинамических условий. Камера сгорания является подсистемой газотурбинной энергоустановки, поэтому коэффициент избытка воздуха в камере должен выбираться, с одной стороны, по согласованию с параметрами установки, а с другой стороны, по согласованию с нижним пределом горения по составу и термогазодинамическими характеристиками рабочего процесса.

Таким образом, разработка низкотемпературных камер сгорания с использованием подогрева компонентов отработанными на турбине газами является перспективным подходом в развитии газотурбинных энергоустановок малой мощности, а развитие соответствующих научно-методических основ экспериментального и расчетного определения условий устойчивого низкотемпературного горения обедненных смесей - актуальной научной задачей.

Степень разработанности темы. Автор опирается на труды как отечественных, так и зарубежных ученых. В работе использовались исследования по закономерностям горения и соответствующие математические модели таких ученых, как Зельдович Я.Б., Талантов А.В., Мингазов Б.Г., Щелкин К.И., Щетинков Е.С., Щукин В.А., Кондратьев В.Н. и др. При обработке опубликованных экспериментальных данных в монографии Раушенбаха Б.В. и др. получен диапазон устойчивости - соотношение среднерасходной скорости горюче-воздушной смеси (ГВС) и скорости турбулентного горения. Теоретические и эмпирические зависимости для определения эмиссии вредных веществ представлены в работах зарубежных (Варнац Ю., Льюис Дж., Ризк Н., Рокки Н. Лефевр А., и др.) и отечественных авторов (Зельдович Я.Б. и Мингазов Б.Г. и др.). Основные положения по использованию реакторных моделей КС представлены в работах Зельдовича Я.Б., Мингазова Б.Г., Диденко А.А. и др.

Информацию по работе отдельных узлов и агрегатов ГТУ малой мощности и по внутрикамерным процессам автор почерпнул в трудах отечественных (ФИЦ ХФ РАН, КНИТУ-КАИ, МАИ, РГАТУ им. П.А. Соловьева, Самарский университет им. С.П. Королева, ОАО «ВТИ», НИУ «МЭИ», МГТУ им. Н.Э. Баумана, УрФУ, УУНиТ, АО СКБ «Турбина», ПАО «ОДК-Сатурн», АО «ОДК-Авиадвигатель» и др.) и зарубежных (Mitsubishi Power, Siemens,

General Electric, Riello, Cuenod, Capstone, OPRA, FlexEnergy, Turbec и др.) организаций и научно-исследовательских центров/институтов.

Ученые из ФИЦ ХФ РАН предложили новый способ снижения эмиссии вредных веществ - организацию низкотемпературного горения с применением пористых матриц для подогрева ГВС в камере. По результатам этих работ следует, что дополнительный подогрев ГВС расширяет концентрационные пределы горения, что позволяет организовать горение при больших значениях коэффициента избытка воздуха и низкой эмиссии вредных веществ. Однако, применение пористых матриц в КС заметно усложняет ее конструкцию и приводит к сильному увеличению потерь давления. В данной диссертационной работе автор предлагает использовать для дополнительного подогрева ГВС подогрев компонентов в теплообменниках отработанными на турбине газами.

Цель работы - исследование и выработка рекомендаций по организации низкотемпературного горения обедненной смеси с подогревом компонентов в камерах сгорания без зоны разбавления в ГТУ малой мощности на основе расчетного и экспериментального моделирования процесса горения.

Для достижения поставленной цели поставлены следующие задачи:

1) Провести анализ применяемых на практике и перспективных направлений по разработке камер сгорания, как подсистемы газотурбинной энергетической установки малой мощности;

2) Провести комплексное моделирование горения обедненной смеси в КС и регенеративного подогрева компонентов в ГТУ малой мощности при сжигании стандартных и нестандартных топливных газов;

3) Провести моделирование эмиссионных характеристик низкотемпературного горения обедненной смеси и проанализировать пути уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду;

4) Провести моделирование газодинамических характеристик низкотемпературного горения обедненной смеси и определить условий устойчивого горения;

5) Провести экспериментальные исследования газодинамических и эмиссионных характеристик низкотемпературного горения в камере сгорания ГТУ малой мощности.

Научной новизной данной работы является:

1) Показана возможность организации устойчивого низкотемпературного горения в камере сгорания газотурбинной энергоустановки малой мощности с использованием подогрева компонентов отработанными на турбине газами;

2) Показано влияние подогрева компонентов на характеристики газотурбинных энергоустановок малой мощности;

3) Получены диапазоны критериев устойчивого положения пламени при низкотемпературном горении топливных газов на основании анализа теоретических и экспериментальных характеристик горения для газотурбинных энергоустановок малой мощности;

4) Разработаны рекомендации по организации устойчивого низкотемпературного горения в газотурбинных энергоустановках малой мощности;

5) Получены новые экспериментальные данные по влиянию подогрева компонентов на эмиссионные и газодинамические характеристики низкотемпературного горения обедненной смеси.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в том, что получены диапазоны критериев устойчивого положения пламени при сжигании стандартных и нестандартных топливных газов в газотурбинных энергоустановках малой мощности. Практическая значимость работы состоит в возможности использования камеры сгорания без зоны разбавления в ГТУ малой мощности и в снижении эмиссии вредных веществ при низкотемпературном горении обедненных смесей.

Основные результаты диссертационной работы получены в рамках выполнения НИР, финансируемых Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 16-48-590072/16 от 16.04.2016 г.), хоздоговора между ПНИПУ и АО «Протон-ПМ» №2012/380 (13257/12) от 17.09.2012, в рамках программы «Приоритетные направления ПНИПУ на 2020-2030 гг.» и в рамках НОЦ Пермского края «Рациональное недропользование».

Методология и методы исследования. При выполнении диссертационного исследования проведен анализ работы газотурбинных установок (ГТУ) и ГТУ малой мощности на стандартных и нестандартных углеводородных топливах. При последовательном сочетании аналитического обзора литературы, инженерного моделирования внутрикамерных процессов, экспериментальных исследований процессов горения, а также термодинамического моделирования ГТУ малой мощности получены результаты по влиянию подогрева топливного газа и воздуха на термогазодинамические и эмиссионные характеристики горения и на режимные параметры ГТУ малой мощности. Основные методы исследования заключаются в следующем:

1) Аналитический обзор литературы применен для выявления и анализа, применяемых на практике и перспективных разработок низкоэмиссионных камер сгорания на стандартных и нестандартных углеводородных топливных газах;

2) Инженерное моделирование использовано для расчетных оценок влияния подогрева компонентов на термогазодинамические и эмиссионные характеристики горения, для определения концентрационных пределов горения и для определения геометрических и режимных характеристик КС;

3) Термодинамический анализ применен для исследования режимных параметров узлов и агрегатов ГТУ малой мощности при наличии в ее составе подогревателя топливного газа;

4) Экспериментальные исследования использованы для верификации расчетных и экспериментальных данных по концентрационным пределам устойчивого горения, температурам в камере сгорания и выбросам NOx и СО с подогревом или без подогрева топливного газа и для подтверждения устойчивого положения пламени.

Личный вклад автора. Общее направление расчетно-экспериментальных исследований определялось научным руководителем, доктором технических наук, профессором Бульбовичем Романом Васильевичем. Автор совместно с сотрудниками кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ участвовал в научных исследованиях и экспериментальных работах в рамках грантов. Автором лично:

1) Проведен литературный обзор по вопросам обобщение научно-технической информации по организации низкотемпературного горения в камерах сгорания газотурбинных энергоустановок;

2) Разработан модифицированный метод расчета и получены концентрационные пределы горения нестандартных топливных газов разного состава и теплопроизводительности при разных условиях подачи компонентов в камеру сгорания;

3) Выявлено и проанализировано влияние подогрева компонентов на концентрационные пределы устойчивого горения, термогазодинамические и эмиссионные характеристики горения;

4) Проанализированы условия устойчивого положения пламени для стандартных и нестандартных углеводородных топлив. Получены и экспериментально подтверждены диапазоны критериев устойчивого горения;

5) Проведен анализ геометрических и термогазодинамических параметров ГТУ малой мощности и камеры сгорания при наличии в составе ГТУ малой мощности подогревателя топливного газа;

6) Составлена программа испытаний по тематике диссертационного исследования и проведен анализ полученных экспериментальных данных;

7) Получены модернизированные формулы для расчета эмиссии NOx и СО при низкотемпературном горении обедненных смесей на основе экспериментальных исследований;

8) Выдвинуты защищаемые научные положения, сделаны выводы и даны рекомендации по практическому применению результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) Результаты расчетных исследований по определению концентрационных пределов горения с учетом условий подачи;

2) Результаты расчетных исследований газодинамических и эмиссионных характеристик горения стандартных и нестандартных топливных газов с подогревом топливного газа и воздуха;

3) Результаты экспериментальных исследований по определению концентрационных пределов горения нестандартных топливных газов;

4) Результаты экспериментальных исследований по характеристикам низкотемпературного горения обедненной смеси.

Степень достоверности результатов исследования обеспечивается применением фундаментальных физических законов горения и термодинамики, удовлетворительной верификацией расчетных и экспериментальных данных по концентрационным пределам горения, температуре в зоне пламени и эмиссии оксидов азота и углерода. Достоверность результатов экспериментальных исследований обеспечивается применением тарированного измерительного оборудования.

Апробация полученных результатов. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались наследующих конференциях и семинарах: Тринадцатая международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия - 2018» (г. Иваново, 2018 г.); XXIII Международная научно-техническая конференция «Приоритетные направления развития и технологий» (г. Тула, 2018 г.); Научно-техническая конференция молодых специалистов ПАО «НПО Искра» (г. Пермь, 2019 г.); 20-я Международная конференция «Авиация и космонавтика» (г. Москва, 2021 г.); Международная молодёжная научная конференция «Гагаринские чтения» (г. Москва, 2021 г., 2022 г.); Всероссийская научно-техническая конференция «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации» (г. Пермь, 2019-2024 г.,); Международная научно-техническая конференция имени Н.Д. Кузнецова «Перспективы развития двигателестроения» (г. Самара, 2025 г.).

Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (Приложение А) и используются при проведении занятий со студентами бакалавриата по направлению 13.03.03 «Энергетическое машиностроение» (дисциплины «Конструкция и проектирование систем газоперекачивающих агрегатов и энергетических установок», «Научно-исследовательская работа», «Конструкция и проектирование турбомашин») и специалитета по направлению 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» (дисциплины «Моделирование рабочих процессов в ракетных двигателях» и «Основы теории тепловых двигателей»). Результаты диссертационной работы внедрены на АО «Протон-ПМ» и используются при разработке перспективных камер сгорания для малодебитных месторождений (Приложение Б).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 24 работы, включая 7 научных статей, входящих в международные базы цитирования Scopus и Web of Science и 6 научных статей, входящие в перечень ВАК.

Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа соответствует паспорту научной специальности 2.5.15 «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов» по п. 1. «Теория и рабочий процесс тепловых и электроракетных двигателей летательных аппаратов, а также силовых и энергетических установок, их узлов и систем. Оптимизация схем и параметров двигателей»; п. 2. «Характеристики тепловых, электроракетных двигателей летательных аппаратов и их энергетических установок, отдельных узлов и систем при различных условиях их использования»; п. 16. «Методы расчетов воздействия тепловых и электроракетных двигателей на окружающую среду и анализ путей его уменьшения».

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация объемом 142 страницы состоит из введения и 4 глав, заключения, списка используемых источников информации, приложений. Работа содержит 74 рисунка и 39 таблиц. Список используемых источников информации включает 129 наименований.

ГЛАВА 1. ОБЗОР И ОБОБЩЕНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГОРЕНИЯ ОБЕДНЕННЫХ СМЕСЕЙ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК

При конвертировании уже готовых или при разработке новых газотурбинных энергоустановок для сжигания разнородных по теплопроизводительности и составу нестандартных топливных газов и для сжигания стандартных топливных газов крайне важной является информация по существующим способам модификаций газотурбинных энергоустановок, по прогнозированию концентрационных пределов горения в реальных условиях эксплуатации, по способам организации устойчивого турбулентного горения и по обеспечению малой эмиссии вредных веществ в КС ГТУ.

1.1 Проблемы сжигания разнородных по составу и теплопроизводительности

нестандартных топливных газов 1.1.1 Модификация стандартных газотурбинных установок для работы с нестандартными

и перспективными топливными газами

К нестандартным топливным газам с различным составом и теплотворной способностью относятся синтез-газы, получаемые воздушной или паровой газификацией твердого топлива, побочные продукты металлургической, химической, нефтяной и газовой промышленности (так называемые промышленные газы), биогаз, рудничный газ, торфяные газы и газы свалок. В таблице 1.1 представлены данные по составу ряда нестандартных топливных газов и их теплотворной способности [1].

Таблица 1.1 - Состав и теплопроизводительность нестандартных топливных газов

Виды топлива Метан СН4, % Угарный газ СО, % Водород Н2, % Углекислый газ СО2, % Азот N2, % Теплотворная способность 0, МДж/нм3

Природный газ 10,0 - 30,0 0 0 0 70,0 - 90,0 36,0 - 43,2

Биогаз 5,0 20,0 15,0 10,0 50,0 5,4

Рудничный газ 25,0 0 0 10,0 65,0 9,0

Продукты газификации 5,0 15,0 15,0 15,0 50,0 3,6

древесного топлива

Газ сточных вод 35,0 0 0 55,0 10,0 12,7

Торфяные газы и газы мусорных 25,0 0 0 45,0 10,0 9,0

свалок

Проблема сжигания попутного нефтяного газа в последнее время особенно остро стоит перед предприятиями нефтегазодобычи. Попутный нефтяной газ представляет собой углеводородный газ, находящийся в растворенном состоянии в нефтяных залежах и выделяющийся из нефти при снижении давления. Основными компонентами попутного газа являются углеводороды: метан, этан, пропан, бутан, пентан и гексан. В составе газа также присутствуют углекислый газ, азот, сероводород и меркаптаны. Попутный газ может иметь разную теплотворную способность и компонентный состав в зависимости от месторождения и временного периода.

При увеличении в составе нефтяного газа доли балластных компонентов (N2, CO2, гелий) начинают сужаться концентрационные пределы воспламенения. Пламя перестает распространяться в смесях, находящихся за пределами этих концентрационных границ, так как происходит рост тепловых потерь на нагрев инертных компонентов. В таблице 1.2 показаны составы нефтяных газов различных месторождений РФ, расположенные по возрастанию азота N2 [2].

Таблица 1.2 - Состав нефтяных газов по РФ (по возрастанию N2)

Компоненты Н ефтяные газы, об. %

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ш4 39,4 52,4 58,1 31,9 34,2 28,1 18,6 5,2 8,3 4,1

C2H6 20,7 14,6 7,1 23,5 17,9 13,1 15,3 3,2 5,2 2,1

CзH8 20,1 10,4 8,4 20,8 19,8 17,6 15,8 5,5 4,1 2,2

C4Hl0 7,5 7,5 7,1 7,4 8,9 9,7 7,5 9,5 1,8 1,6

C5Hl2 3,5 3,6 5,7 2,5 2,7 4,7 1,2 5,3 1,1 0,6

C6Hl4 0 0 0 0,8 1,2 0 0, 0 0,5 0,3

H2S 0,5 0 0 1,1 0,1 0 0,4 0 0 0

ТО2 3,1 3,1 3,2 0,9 0,2 0,6 0,8 4,6 0,4 0

N2 5,3 8,2 10,4 11,1 15,0 26,2 40,3 66,7 78,6 89,0

H2O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Негорючие компоненты 8,4 11,3 13,6 12,0 15,24 26,8 41,1 71,3 79,01 89,0

В таблице 1. 2: 1 - месторождение в Республика Башкортостан; 2 - месторождение в Ставропольском крае; 3 -месторождение в Чеченская республике; 4 - месторождение в Самарской области; 5 -месторождение в Республике Башкортостан; 6 - месторождение в Республике Татарстан; 7 - месторождение в Пермском крае; 8 - месторождение в Тульская области; 9 - месторождение в Удмуртской Республике; 10 - месторождение в Удмуртская Республике.

Внутри состава нефтяного газа тяжелые углеводороды, такие как пентан и гексан, а также более высокие, при поступлении в камеру сгорания энергоустановки могут находиться в

конденсированном состоянии. Также влага, содержащаяся в водяных парах, может привести к образованию жидких фракций. Влияние этих жидких углеводородов на процесс сгорания заключается в потенциальной возможности распространения пламени вверх по потоку, что обозначается термином «проскок пламени». Для более глубокого понимания проблемы представлены данные о составах нефтяных газов различных месторождений России в таблице 1.3. Таблица составлена по увеличению содержания углеводорода С5Н12 [2]. Это позволяет более детально изучить характеристики газов и рассмотреть влияние содержания тяжелых углеводородов на потенциальные риски проскока пламени в системе сгорания энергоустановок.

Таблица 1.3 - Состав нефтяных газов по РФ (по возрастанию C5Hl2)

Компоненты Нефтяные газы, об. %

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ш4 18,6 31,9 34,2 39,4 52,4 72,8 28,1 5,2 49,3 58,1

C2H6 15,3 23,5 17,9 20,7 14,6 3,8 13,1 3,2 15,7 7,1

CзH8 15,8 20,8 19,8 20,1 10,4 8,8 17,6 5,5 16,7 8,4

C4Hl0 7,5 7,4 8,9 7,5 7,5 8,8 9,7 9,5 9,5 7,1

C5Hl2 1,2 2,5 2,7 3,5 3,6 4,2 4,7 5,3 5,6 5,7

C6Hl4 0, 0,8 1,2 0 0 0 0 0 0 0

H2S 0,4 1,1 0,1 0,5 0 0 0 0 0 0

ТО2 0,8 0,9 0,2 3,1 3,1 0,5 0,6 4,6 0,8 3,2

N2 40,3 11,1 15,0 5,3 8,2 1.1 26,2 66,7 2,4 10,4

H2O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Негорючие компоненты 41,1 12,0 15,24 8,4 11,3 1,6 26,8 71,3 3,2 13,6

В таблице 1.3: 1 - месторождение в Пермском крае; 2 - месторождение в Самарской области; 3 - месторождение в Республике Башкортостан; 4 - месторождение в Республике Башкортостан; 5 - месторождение в Ставропольском крае; 6 - месторождение в ХМАО; 7 - месторождение в Республике Татарстан; 8 - месторождение в Тульская области; 9 -месторождение в Республике Коми; 10 - месторождение в Чеченская республике;

При увеличении содержания сероводорода H2S в составе НГ в продуктах сгорания возрастает концентрация оксидов серы SOx, что может привести к усилению коррозионного разрушения конструкционных элементов по "горячему" тракту энергоустановки. В таблице 1.4 показаны составы нефтяных газов различных месторождений РФ, и таблица составлена по возрастанию H2S [2].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шилова Алена Алексеевна, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Development of a Burner System for Use of Low Calorific Fuel Gases in Micro Gas Turbines / J. Leicher, A. Giese, K.Gorner, V. Scherer, T. Schulzke // Proceedings of the European Combustion Meeting, Cardiff, England. -2011. - 5 p.

2. Геология и геохимия природных горючих газов: справочник / В.И. Ермаков, Л.М. Зорькин, В.А. Скоробогатов, В.И. Старосельский / М.: Недра, 1990. - 315 с.

3. Анализ технологических решений для ПГУ с внутрицикловой газификацией угля: монография / Н.А. Абаимов [и др.]. / Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2016. - 564 c.

4. Рыжков, А.Ф. Анализ работы парогазовых установок с внутрицикловой газификацией угля: учебное пособие для студентов вуза, обучающихся по направлению подготовки 13.03.01, 13.04.01 - Теплоэнергетика и теплотехника / А.Ф. Рыжков, П.С. Филиппов, Т.Ф. Богатова / Екатеринбург: Уральский федеральный университет, 2019. - 168 с.

5. Tanaka, K. Gas Turbine Combustor Technology Contributing to Environmental Conservation / K. Tanaka, K. Nishida, W. Akizuki // Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, 2009. - V. 46. № 2. - P. 6-12.

6. Исследование процессов горения синтетического газа в ГТУ / П. Мюллер, Д. Уинклер, Т. Гриффин, С. Даниэле, П. Янсон // Газотурбинные технологии. 2009. - № 7. -С. 18-24.

7. Sayad, P. Experimental investigations of the lean blowout limit of different syngas mixtures in an atmospheric, premixed, variable-swirl burner / P. Sayad, A. Schonborn, J. Klingmann // Energy Fuels, 2013. - V. 27. - P. 2783-2793.

8. Komori, T. Design for F Class Blast Furnace Gas Firing 300 MW Gas Turbine Combined Cycle Plant [Электронный ресурс] / T. Komori, H. Hara, H. Arimura, Y. Kitauchi // Proceedings of the International Gas Turbine Congress 2003, Tokyo, 2003. - 8 p. URL: https://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2003/00916/pdf/igtc2003tokyo_ts103.pdf. (дата обращения 12.10.2022 г.)

9. Komori T. Development of Leading Technology for a Low-BTU Gas-firing Gas-turbine Combined-cycle Plant at a Steelworks / T. Komori, N. Yamagami, Y. Shimamura // Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, 2011. - V. 48. - № 3. - P. 24-28.

10. Frey, H.C. Improved System Integration for Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) Systems / H. C. Frey, Y. Zhu // Environmental Science & Technology, 2006. - V. 40. - № 5. -Р. 1693-1699.

11. Optimal design and integration of an air separation unit (ASU) for an integrated gasification combined cycle (IGCC) power plant with CO2 capture / D. Jones, D. Bhattacharyya, R. Turton, S.E. Zitney // Fuel Processing Technology, 2011. - V. 92. - № 9. - P. 1685-1695.

12. Performance of Multiple-Injection Dry Low-NOx Combustors on Hydrogen-Rich Syngas Fuel in an IGCC Pilot Plant / T. Asai, S. Dodo, M. Karishuku, N. Yagi, Y. Akiyama, A. Hayashi // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2015. - V. 137. - № 9. - P. 091504.

13. Jones, R. M. IGCC gas turbines for refinery applications / R. M. Jones, N. Z. Shilling // GE Power Systems, 2003. - 16 p.

14. Bonzani, F. Operating experience of high flexibility syngas burner for IGCC power plant /

F. Bonzani, P. Gobbo // Proceedings of ASME Turbo Expo 2007: Power for Land, Sea and Air, 2007. -P. 65-71.

15. Dry Low-NOx Combustion Technology for Novel Clean Coal Power Generation Aiming at the Realization of a Low Carbon Society / S. Dodo, M. Karishuku, N. Yagi, T. Asai, Y. Akiyama // Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, 2015. - Vol. 52. - № 2. - Р. 24-31.

16. Trommer, G. Gernsheim«Was ist dran an Premix?». Gasbrenner mit Vormischung /

G. Trommer, M. Walz // HLH Lüftung, Klima, Heizung, Sanitär, 2006. - № 12.

17. Betriebsanleitung Gasbrenner Cuenod [Электронный ресурс] // Cuenod. URL: http://interma.spb.ru/files/uploads/Old%20NC9GX207-instr.pdf (дата обращения 20.06.2022)

18. Flamme, M. New combustion systems for gas turbines (NGT) / M. Flamme // Applied Thermal Engineering. 2004. - Vol. 24. - Issues 11-12. - P. 1551-1559.

19. Рекуперативные горелки Recufire [Электронный ресурс] // IBS-Industrie-Brenner-Systeme GmbH. URL: https://furnace.kiev.ua/uploads/IBS/ibs_recufire_ru.pdf (дата обращения 20.06.2022)

20. Разработка отечественной ПГУ с газификацией угля / Г.Г. Ольховский, С.И. Сучков, П.А. Березинец, А.Н. Епихин, И.О. Крылов, И.Г. Луговская, А.А. Сомов, В.Н. Гудков, А.А. Заикин // Теплоэнергетика, 2010. - № 2. - С. 19-26.

21. Сулимов, Д.Д. Газотурбинные установки ОАО «Авиадвигатель» для работы на синтез-газе, полученном в результате газификации угля / Д.Д. Сулимов // Теплоэнергетика, 2010. - № 2. - С. 27-29.

22. О предпроектной проработке гибридной угольной ПГУ с воздухонагревателем / С.И. Гордеев, Н.В. Вальцев, Т.Ф. Богатова, Е.И. Левин, В.Л. Шульман, А.Ф. Рыжков,

H.А. Абаимов // Электрические станции, 2012. - № 10. - С. 17-21.

23. Разработка низкотемпературных реакторов термохимической конверсии для угольной энергетики / А.Ф. Рыжков, Т.Ф. Богатова, Н.В. Вальцев, С.И. Гордеев, Г.И. Худякова,

П В. Осипов, Н.А. Абаимов, Н.В. Чернявский, В.Л. Шульман // Теплоэнергетика, 2013. - № 12. -С. 47-55.

24. Drnevich, R.F. Method of maintaining a fuel Wobbe index in an IGCC installation / R. F. Drnevich, T. M. Raybold // United States Patent US 7.690,204 B2 from April 6, 2010.

25. Бакланов, А.В. Расчет параметров двигателя и необходимого расхода попутного газа при его использовании в качестве топлива / А.В. Бакланов // Труды МАИ. - 2025. - № 142, -С. 15

26. Силуянова, М.В. Применение альтернативных топлив в авиационных газотурбинных двигателях / М.В. Силуянова, О.Г. Челебян // Труды МАИ. - 2016. - № 87. - С. 9.

27. Основы практической теории горения: учебное пособие для вузов / В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов; под ред. В.В. Померанцева - 2-е изд., перераб. и доп. / Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 312 с.

28. Повышение эффективности использования доменного газа на металлургических предприятиях России / А.Ф. Рыжков, Е.И. Левин, П.С. Филиппов, Н.А. Абаимов, С.И. Гордеев // Металлург - № 1. - С. 26-34.

29. Развитие топочных технологий в российской энергетике: учебное пособие / В.Л. Шульман, А.Ф. Рыжков, Т.Ф. Богатова [и др]; [научный редактор Б.В. Берг] / Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2016. - 504 с.

30. А газ и ныне там // Нефть и капитал, 2008. - №1-2. - С. 50-51.

31. Зуева, О.А. Концентрационные пределы горения попутных нефтяных газов / О.А. Зуева. // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2014. №37. С. 140-153.

32. Зуева, О.А. Пределы устойчивого горения нефтяных газов / О.А. Зуева, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович // Нефтяное хозяйство, 2014. - 1089. - С. 64-66.

33. Выбор геометрических и режимных параметров камеры сгорания для утилизации попутного нефтяного газа / О.А. Зуева, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович, А.М. Клещевников // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2013. - №34. - С. 40-51.

34. Выбор геометрических, режимных и тепловых параметров высокоресурсной камеры сгорания для утилизации ПНГ / О.А. Зуева, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович, А.М. Клещевников // Газовая промышленность, 2013. - № 698. - С. 94-97.

35. Теплообмен в камере сгорания для утилизации попутного нефтяного газа / О.А. Зуева, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович, А.М. Клещевников // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2013. - №34. - С. 52 - 63.

36. Хзмалян, Д.М. Теория горения и топочные устройства / Д.М. Хзмалян, Я.А. Каган // М.: Энергия, 1976. - 487с.

37. Розловский, А.И. Основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами / А.И. Розловский // М.: Химия, 1980. - 324 с.

38. Блинов, Е.А. Топливо и теория горения / Е.А. Блинов // СПб.: Изд-во СЗТУ, 2007.

- 119 с.

39. CaueCaina Mohler dos Santos. Flammability limits of iso-butanol/iso-octane/n-heptane blends / CaueCaina Mohler dos Santos, Everton Zanoelo // Fire Safety Journal, 2017. - vol. 88. -P. 40-44.

40. Tingguang, Ma. A thermal theory for estimating the flammability limits of a mixture / Tingguang Ma //Fire Safety Journal, 2011, - vol. 46. - Issue 8. - P. 558-567.

41. Horng-Jang, Liaw. A model for predicting temperature effect on flammability limits / Liaw Horng-Jang, Chen Kuan-Yu // Fuel, 2016. - vol. 178. - P. 179-187.

42. Andrés, Z.M. Method for determination of flammability limits of gaseous compounds diluted with N2 and CO2 in air / Z.M. Andrés, A. de C. Jr. Joao, R.C. Christian // Fuel, 2018, - vol. 226.

- P. 65-80.

43. Experimental study of flammability limits of natural gas-air mixture / S.Y. Liao, Q. Cheng, D M. Jiang, J. Gao // Journal of Hazardous Materials, 2005. - vol. 119. - Issues 1-3. - P. 81-84.

44. Gan, C. Experimental study of flammability limits of methane/air mixtures at low temperatures and elevated pressures / C. Gan, L. Zili, Y. Chao // Fuel, 2016. - vol. 181. - P. 1074-1080.

45. Effects of flammable gases on the explosion characteristics of CH 4 in air / T. Wang, Z. Luo, H. Wen, F. Cheng, J. Deng, J. Zhao, Z. Guo, J. Lin, K. Kang, W. Wang // Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2017. - vol. 49. - Part B. P. - 183-190.

46. Zamashchikov, V.V. On the Flammability Limit / V.V. Zamashchikov // Combustion Explosion and Shock Waves, 2018. - vol. 54. - Issue 4. - P. 393-397.

47. Рабочий процесс и расчет камер сгорания газотурбинных двигателей / А.И. Михайлов и [др.] // М.: Оборонгиз, 1959. - 286 с.

48. Мингазов, Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей / Б.Г. Мингазов // Казань: КГТУ им. А Н. Туполева (КАИ), 2006. - 219 с.

49. Талантов, А.В. Основы теории горения / А.В. Талантов // М.: Машиностроение, 1975.

- 251 с.

50. Нормальная скорость распределения пламени при двухстадийном процессе горения / В.А. Щукин, А.В. Мосин, А.Ф. Кузин, А.В. Талантов //Казанский авиационный институт. Труды КАИ, 1970. - № 124. - С. 50-58.

51. Хаблус Ахмед. Моделирование процесса сгорания топлива в камерах сгорания ГТД / Мингазов Б.Г., Хаблус Ахмед // Авиационно-космическая техника и технология, 2004. - С.51-53.

52. Франк-Каменецкий, Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д.А. Франк-Каменецкий // М.: Интеллект, 2008. - 204 с.

53. Груздев, В.Н. Оценка эффективности сгорания по результатам объемного газового анализа / В.Н. Груздев // Известия высших учебных заведений «Авиационная техника», 1969. -№4. - С. 68-79.

54. Груздев, В.Н. Аналитическое представление основных характеристик процесса горения гомогенных топливоздушных смесей / В.Н. Груздев // Горение в потоке: Сб. ст. Казань, 1982. - С. 44-50

55. Damkohler, G. Der Einfluss des Turbulenz auf die Flammengeschwindigkeit in Gasgemischen / Damkohler G. // Zeitschrift Elektrochemie und angewandte Chemie, 1940. - Vol. 46. -P. 601-626.

56. Щелкин, К.И. Газодинамика горения / К.И. Щелкин, ЯК. Трошин // М., Изд-во АН СССР, 1963. -255 с.

57. Талантов, А.В. Горение в потоке / А.В. Талантов // М.: Машиностроение, 1978. -

160 с.

58. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей / Б.В. Раушенбах, С. А. Белый, И.В. Беспалов, В.Я. Бородачев, М.С. Волынский,

A.Г. Прудников / Москва: Машиностроение, 1964. - 526 с.

59. Зельдович, Я.Б. К теории теплонапряженности протекания изотермической реакции в струе / Я.Б. Зельдович // Журнал технической Физики, 1941. - Т. 11. - С. 493-500.

60. Щетинков, Е.С. Физика горения газов / Е.С. Щетинков // М.: Наук, 1965. - 739 с.

61. Методика определения границ зоны горения в турбулентном потоке /

B.М. Янковский, В.А. Щукин, А.Ф. Кузин, В.В. Голубев, А.В. Талантов // Казанский авиационный институт. Труды КАИ. Выпуск 124, 1970. - № 124. - C. 9-24.

62. Щукин, В.А. Скорость распространения пламени в турбулентном потоке при двухстадийном процессе горения / В.А. Щукин, А.В. Мосин, А.В. Талантов // Известия высших учебных заведений «Авиационная техника»,1970. - №1. - С. 138-147

63. Кузин, А.Ф. Влияние начальной температуры на основные характеристики горения в турбулентном потоке однородной смеси / А.Ф. Кузин, В.М. Янковский, В.А. Аполлонов, А.В. Талантов // Горение и взрыв, 1972. - С. 431-436,

64. Варнатц, Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Ю. Варнатц, У. Маас, Р. Диббл // М.: ФИЗМАТ-ЛИТ, 2003. - 352 с.

65. Lewis, G.D. Prediction of NOx Emissions. / G.D. Lewis // ASME 1981 International Gas Turbine Conference and Products Show, 1981. - P. 5.

66. Lewis, G.D. New Understanding of NOx Formation / G.D. Lewis // Tenth International Symposium on AirBreathing Engines, ISABE 91-7064, Nottingham, UK, AIAA, Washington, DC, 1991. - P. 625-629.

67. Balken, L.E. Parametric Modelling of Exhaust Gas Emission from Natural Gas Fired Gas Turbines / L.E. Balken, L. Skogly // American Society of Mechanical Engineers, 1995. - P.7-10.

68. Rokke, NA. Pollutant Emissions from Gas Fired System / NA. Rokke, JE. Hustard, S. Berg // The Foundation for Scientific and Industrial Research at the Norwegian Institute of Technology, Trondheim, Norway, 1993. - P.8-9.

69. Комаров, Е.М. Методы уменьшения эмиссии вредных веществ в КС ГТД и ГТУ / Е.М. Комаров // Машиностроение и компьютерные технологии, 2018. - № 05. - С. 9-29.

70. Rizk, N.K. Semi analytical Correlations for NOx, CO, and UHC Emissions / N.K. Rizk, H.C. Mongia // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Transactions of the ASME, 1993. - № 115 (3). - P. 612-619.

71. Гайворонский, А.И. Влияние геометрии камеры сгорания на экологические и экономические показатели газового двигателя: Обзорная информация / А.И. Гайворонский, Д А. Савченков / М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2006. - 80 с.

72. Lefebvre, A.H. Fuel Effects on Gas Turbine Combustion - Liner Temperature,Pattern Factor and Pollutant Emissions / A.H. Lefebvre // AIAA/SAE/ASME 20th Joint Propulsion Conference. Journal of Aircraft, ed. AIAA, New York, NY, USA, Cincinnati, OH,1984. - Vol 21. - № 11. -P. 887-898.

73. Соболев, А.Г. Микротурбины FlexEnergy для электростанций и мини-ТЭС / А.Г. Соболев, С.А. Фоменко // Турбины и дизели. 2011. - № (36). - С. 36-40.

74. Нугуманов, А.Д. Методика экспериментальной доводки низкоперепадных камер сгорания газотурбинных установок по экологическим нормам: дис. канд. техн. наук (специальность 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов) / А.Д. Нугуманов. Пермь, 2022. - 132 с.

75. Расчетные исследования внутрикамерного процесса при утилизации нефтяного газа / О.А. Бетинская, Н.Л. Бачев, О.О. Матюнин, Р.В. Бульбович, Н.Ю. Бачева // Нефтяное хозяйство, 2017. - №7. - С. 86-89.

76. Разработка газотурбинной установки для утилизации нефтяного газа с выработкой электрической и тепловой энергии на малодебитных месторождениях / О.А. Зуева, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович, А.М. Клещевников // Нефтяное хозяйство, 2014. - вып. 1084. - С.98-101.

77. ГОСТ 12.1.039-82. Пожарная безопасность. Методы расчета концентрационных пределов воспламенения газов и паров / М.: Издательство стандартов, 1983. - 17 с.

78. Шилова, A.A. Определение коэффициентов избытка воздуха на верхнем и нижнем пределах горения забалластированных нефтяных газов / A.A. Шилова, Н.Ю. Бачева // Вестник ПНИПУ. Aэрокосмическая техника. 2018. - № 53. - С. 77-85.

79. Расчетно-экспериментальные исследования концентрационных пределов горения попутных нефтяных газов / Н.Л. Бачев, О.О. Mатюнин, Р.В. Бульбович, ОА. Бетинская,

A.A. Шилова // Проблемы региональной энергетики. 2019. - № 2 (43). - С. 39-47.

80. Ермаков, В.И. Геология и геохимия природных горючих газов: справочник /

B.И. Ермаков, ЛМ. Зорькин, ВА. Скоробогатов, В.И. Старосельский // M.: Недра, 1990. - 315 с.

81. Добровольский M^. Жидкостные ракетные двигатели / M^. Добровольский // M.: Изд-во MF^ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 488 с.

82. Бакластов, A.M. Проектирование, монтаж и эксплуатации теплообменных установок: Учеб. пособие для вузов / A.M. Бакластов, ВА. Горбенко, П.Г. Удыма / /M.: Энергоиздат, 1981.

- 336 с.

83. Иноземцев, A.A. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. / A.A. Иноземцев, M.A. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий // M.: Mашиностроение, 2008. - Т. 2. - 368 с.

84. Гриценко, ЕА. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения / ЕА. Гриценко, В.П. Данильченко, С.В. Лукачев // Самара: Изд-во Самарский научный центр РAH, 2004. - 2б7 с.

85. Бетинская, ОА. Организация рабочего процесса в универсальной камере сгорания газотурбинной установки для утилизации попутного нефтяного газа: дис. ...канд. тех. наук (специальность: 05.04.12 - Турбомашины и комбинированные турбоустановки) / ОА. Бетинская.

- Пермь, 2017. - 146 с.

86. Aнализ геометрических и тепловых характеристик высокоресурсной утилизационной камеры сгорания / О.О. Mатюнин, A.A. Шилова, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович // Вестник ПНИПУ. Aэрокосмическая техника, 2018. - № 52. - С. 85-9б.

87. Подавление процессов неустойчивости горения бедных топливовоздушных смесей в камерах сгорания ГТУ пассивными способами / AX. Тумановский, В.Д. Васильев, ЛА. Булысова, A^. Лебедев, ВА. Aликин // Электрические станции. - 2025. - № 1(1122). -

C. 10-1б.

88. James C. Massey. Lean Flame Root Dynamics in a Gas Turbine Model Combustor / James C. Massey, Zhi X. Chen, Nedunchezhian Swaminathan // Combustion Science and Technology, 2019.

- vol. 191. - P. 1019-1042.

89. Нугуманов, A^. Aнализ мирового опыта регулирования газотурбинных двигателей с низкоэмиссионной камерой сгорания по режимам мощности и в климатическом диапазоне /

Нугуманов А.Д., Сипатов А.М., Назукин В.А. // X Международная научно-техническая конференция «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей»: сб. трудов. Самара: Изд-во Самарский университет, 2017. - С.81-84.

90. Inanc, E. Studying transient jet flames by high-resolution LES using premixed flamelet chemistry / E. Inanc, F. Proch, A.M. Kempf // Direct and Large-Eddy Simulation XI. ERCOFTAC Series, 2019. - vol. 25. - P. 237-243

91. Высокотемпературные экологически чистые камеры сгорания энергетических газотурбинных установок с изменяемым составом топливного газа / Л.А. Булысова,

B.Д. Васильев, М.М. Гутник, К.С. Пугач // Физика горения и взрыва. - 2024. - Т. 60, № 4. -

C. 87-95.

92. Bulysova, L.A. Experimental studies of nox emissions in sequential fuel combustion with a diffusion second zone / L.A. Bulysova, V.D. Vasilev, M.N. Gutnik, A.L. Berne // Thermal Engineering, 2019. - V. 66. - № 6. -P. 402-408.

93. Булысова, Л.А. Обеспечение малоэмиссионной работы камеры сгорания в широком диапазоне климатических условий применительно к авиапроизводным ГТУ / Л.А. Булысова, А.Г. Тумановский, М.Н. Гутник, В.Д. Васильев, А.М. Сипатов, А.Д. Нугуманов // Электрические станции, 2019. - № 12 (1061). - С. 20-22.

94. Булысова, Л.А. Научные проблемы и достижения в разработке и исследовании камер сгорания ГТУ / Л.А. Булысова, В.Д. Васильев // Электрические станции, 2023. - № 2(1099). -С. 2-6.

95. Шаймарданов, Т.В. Влияние режимных параметров ГТУ на уровень эмиссии вредных веществ / Т В. Шаймарданов, Н.С. Сенюшкин // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации, 2019. - Т. 1. - С. 160-163.

96. Цыбизов, Ю.И. Технология мало эмиссионного сжигания топлива и конструктивный облик камеры сгорания газотурбинной установки / Ю.И. Цыбизов, Д.Д. Тюлькин, И.Е. Воротынцев // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2020. - Т. 19, - № 2. - С. 107-120.

97. Комова, О.В. Экспериментальное исследование эмиссионных характеристик и границ устойчивого горения многокомпонентного водородсодержащего топлива в противоточном закрученном течении / О.В. Комова, А.И. Гурьянов, О.А. Евдокимов // Физика горения и взрыва. - 2024. - Т. 60, № 4. - С. 38-43.

98. The Effect of Bidirectional Vortex Combustor Geometry on the Acoustical Emission of the Flame / S. Veretennikov, O. A. Evdokimov, A. I. Guryanov, I. A. Blagushin // International Journal of Energy for a Clean Environment. - Volume 26. - Issue 7 - 2025. - pp. 95-111.

99. Челебян, О.Г. Новый метод обедненного сжигания предварительно подготовленной равномерной смеси жидкого топлива с воздухом для малоэмиссионных камер сгорания ГТД / О.Г. Челебян // Гагаринские чтения 2017: Тезисы докладов, Москва, 05-19 апреля 2017 года. -Москва: Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2017. - С. 555-556.

100. Левин, В М. Методы повышения и оценка эффективности камеры сгорания ПВРД в условиях присоединенной подачи воздуха с измерителем осевой тяги / В.М. Левин, Л.Л. Картовицкий, А.А. Яковлев // Физика горения и взрыва. - 2023. - Т. 59, № 1. - С. 92-102.

101. Агульник, А.Б. Процесс смешения и неравномерность поля температур газа на выходе из камеры сгорания ГТД / А.Б. Агульник, И.И. Онищик, А.Д. Ярмаш // Насосы. Турбины. Системы. - 2017. - № 2(23). - С. 30-38.

102. Реализация двухрежимного горения за счет изменения геометрии проточной части модельной камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя / В.Н. Аврашков, А.Б. Агульник, Е.М. Гнесин, Д.В. Мещеряков, Н.В. Митрохов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2021. - № 4. - С. 96-102.

103. Расширение пределов горения в пористой горелке с помощью внешнего подогрева /

A.А. Берлин, А.С. Штейнберг, С.М. Фролов, А.А. Беляев, В.С. Посвянский, В.Я. Басевич// Доклады Академии наук, 2006. - Т. 406. - № 6. - С. 1-6.

104. Экспериментальное исследование расширения бедного предела горения метана с помощью внешних воздействий на физико-химические процессы в зоне прогрева пламени / П.А. Гусев, С.М. Фролов, О.Г. Скрипник, А.С. Штейнберг, А.А. Берлин // Горение и взрыв, 2009. - вып. 2. - С. 7-11.

105. Фролов, С.М. Наука о горении и проблемы современной энергетики / С.М. Фролов // Российский химический журнал, 2008. - Т. 52. - № 6. - С. 129-133.

106. Новый тип малоэмиссионных камер сгорания для газотурбинных установок на основе объемных проницаемых матриц / А.Н. Рахметов, В.М. Шмелев, А.А. Захаров,

B.С. Арутюнов // Горение и взрыв, 2013. - № 6. - С. 61-64.

107. Моделирование поверхностного горения на плоской пористой матрице / В.С. Арутюнов, А.А. Беляев, Б.В. Лидский, А.В. Никитин, В.С. Посвянский, В.М. Шмелев // Горение и взрыв, 2018. - Т. 11. - № 3. - С. 12-20.

108.Николаев, В.М. Поверхностное горение в объемной матрице из пенометалла с керамическим покрытием / В.М. Николаев, В.М. Шмелев // Горение и взрыв, 2015. - Т. 8. - № 1. - С. 50-56.

109. Рахметов, А.Н. Низкоэмиссионные камеры сгорания ГТУ на основе проницаемых объемных матриц / А.Н. Рахметов, В.М. Шмелев, В.С. Арутюнов // Горение и плазмохимия, 2013. - Т. 11. - № 2. - С. 83-91.

110. Andrés, Z.M. Method for determination of flammability limits of gaseous compounds diluted with N2 and CO2 in air / Z.M. Andrés, A. de C. Jr. Joäo, R.C. Christian // Fuel, 2018. - V. 226. - P. 65-80.

111. Организация низкотемпературного бедного горения утилизируемого газа / Н.Л. Бачев, А.А. Шилова, О.О. Матюнин, Р.В. Бульбович// Проблемы региональной энергетики, 2020. - № 3 (47). - С. 56-68.

112. Алемасов, В.Е. Теория ракетных двигателей / В.Е. Алемасов [и др.] / М.: Машиностроение, 1980. - 533 с.

113. Хаблус Ахмед Абдулмагид Махди. Исследование турбулентного горения применительно к камерам сгорания ГТД: дис.канд.техн.наук (специальность: 05.07.05 -Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов) / Хаблус Ахмед Абдулмагид Махди. - Казань, 2006. - 119 с.

114. Гилязов, М.Ш. Стабилизация пламени в газодинамических предкамерах / М.Ш. Гилязов, В.А. Костерин, Ф.К. Смородин // Сб. Горение в потоке, КАИ, Казань, 1970. -С.133-141.

115. Дунский, В.Ф. Исследование стабилизации пламени в следе за плохообтекаемым телом / В.Ф. Дунский // Труды ЦИАМ, № 208, - 1951. - С. 9.

116. Тунаков, А.П. Методы оптимизации при доводке и проектировании газотурбинных двигателей / А.П. Тунаков // М.: Машиностроение, 1979. - 184 с.

117. Диденко, А.А. Теория и расчет камер сгорания ВРД. Часть II. Оценка экологических показателей камер сгорания ГТД: учеб. пособие для курсового и дипломного проектирования / А.А. Диденко // Самара: Изд-во СГАУ. 2012. - 54 с.

118. Диденко, А.А. Теория и расчет камер сгорания ВРД. Часть III. Тепловой и гидравлический расчеты камеры сгорания ГТД: учеб. пособие для курсового и дипломного проектирования / А.А. Диденко // Самара: Изд-во СГАУ. 2012. - 62 с.

119. Пчелкин, Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей / Ю.М. Пчелкин // М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

120. Лобода, Е.Л. Оценка масштабов турбулентности в пламени при диффузионном горении дизельного топлива / Е.Л. Лобода, О.В. Матвиенко, М.В. Агафонцев, В.В. Рейно // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2016. - № 4(42). -С. 100-114.

121. Стайич, О. Исследование горения различных топлив в камерах сгорания газотурбинных двигателей / О. Стайич, Б. Г. Мингазов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2022. - № 71. -С.33-42.

122. Особов, В.И. Способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка / В.И. Особов // Патент на изобретение РФ № 2095636 C1 от 27.10.1997.

123. Белокон, А.А. Система газотурбинного двигателя с рекуперацией и способ с применением каталитического горения / А.А. Белокон, Дж. Л. III Тачтон // Патент на изобретение РФ №2347143 C2. Бюлл. № 5 от 20.02.2009.

124. Чепель, В.М. Сжигание газов в топках котлов и печей и обслуживание газового хозяйства предприятий / В.М. Чепель, И.А. Шур / Ленинград: Недра. Ленингр. отд-ние, 1969. -478 с.

125. Влияние состава и параметров подачи нефтяного газа на пределы горения в утилизационной камере сгорания. / А.А. Шилова, Р.В. Бульбович, Н.Л. Бачев, О.О. Матюнин // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2020. - № 60. - С. 64-71.

126. Потапов, В.И. Газотурбинная установка / В.И. Потапов, Т.Г. Мироненко, Г.Н. Зайченко, А.А. Русак // Патент на изобретение РФ №2051285 C2 от 27.12.1995.

127. Исследование характеристик низкотемпературного бедного горения в энергоустановках с внешним подогревом компонентов / Н.Л. Бачев, А.А. Шилова, О.О. Матюнин, О.А. Бетинская // Проблемы региональной энергетики, 2021. - № 2 (50). -С. 127-140.

128. Ефимова, А.И. Общий физический практикум физического факультета МГУ. Погрешности эксперимента: Учебно-методическое пособие / А.И. Ефимова, А.В. Зотеев, А.А. Склянкин / М.: МГУ, Физический факультет, 2012. - 39 с.

129. Постников, А.М. Способ регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель / А.М. Постников, В.Г. Ярославцев // Патент на изобретение РФ № 2665602 C1 от 10.02.2001.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт о внедрении результатов

АКТ

о внедрении результатов в учебный процесс диссертационной работы Шиловой А.А. «Организация низкотемпературного горения обедненной смеси в камерах сгорания газотурбинных энергоустановок малой мощности»

Результаты диссертационной работы старшего преподавателя кафедры РКТЭС ФГАОУ ВО «ПНИПУ» Шиловой Алены Алексеевны, полученные в рамках решения проблемы организации устойчивого низкотемпературного горения обедненных смесей в камерах сгорания газотурбинных энергоустановок малой мощности, внедрены в учебный процесс. Модернизированный метод расчета пределов горения, влияние состава топлива на характеристики горения, влияние подогрева компонентов на газодинамические и эмиссионные характеристики горении, полученные экспериментальные данные используются на кафедре «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» при проведении занятий со студентами бакалавриата по направлению 13.03.03 «Энергетическое машиностроение» (дисциплины «Конструкция и проектирование систем газоперекачивающих агрегатов и энергетических установок», «Научно-исследовательская работа» и «Конструкция и проектирование турбомашин») н специалитета по направлению 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» (дисциплины «Моделирование рабочих процессов в ракетных двигателях» и «Основы теории тепловых двигателей»).

Чл.- корр. РАН, профессор,

Д.Т.И., заведующий кафедрой --.

«Ракетно-космическая

М.И. Соколовский

техника и энергетические системы»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Справка об использовании результатов

М ПРОТОН-ПМ

vHTtrniecoMoiMt ОЛХТУРА нпо ЭМСРГОМЛШ

Госкорпорация «Роскосмос» Акционерное общество «Протон-Пермские моторы» (АО «Протон-ПМ»)

Комсомольский проспект, д 93. г. Пермь. 614010 Тел : [phone]

Е-тай. gd_secret@protonpm ru; http //www protonpmro ОКПО 24050764. ОГРН 1025900893622 ИНН/КПП 5904006044/590401001

Справка

об использовании результатов диссертационной работы Шиловой A.A.

Результаты диссертационной работы Шиловой Алены Алексеевны по теме «Организация низкотемпературного горения обедненной смеси в камерах сгорания газотурбинных энергоустановок малой мощности» получены в процессе выполнения совместных работ между Пермским национальным исследовательским политехническим университетом (ПНИПУ) и АО «Протон-ПМ» по гранту РФФИ № 16-48-590072/16 «Разработка энергоустановки для утилизации нефтяных газов на малодебитных месторождениях с выработкой электрической энергии» от 16.04.2016 г.

АО «Протон-ПМ» подтверждает факт использования результатов диссертационной работы Шиловой A.A. в разработке перспективных камер сгорания для малодебитных месторождений. Рекомендованные Шиловой A.A. режимные параметры для обеспечения устойчивого низкотемпературного горения были использованы при совместной разработке камер сгорания энергетической установки в замен существующих для зарубежных установок Capstone.

Руководитель проектного офиса АО «Протон-ПМ»

«27» марта 2023 г.|

A.M. Клещевников