ОРГАНИЗАЦИЯ И СФЕРА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Бойко» является малым предприятием, более 20 лет работающим в области разработки перспективных конструкционных керамических материалов, а также проектирования, изготовления и испытания керамических деталей и узлов для высокоэффективных газотурбинных двигателей (ГТД). За это время коллективом ученых и инженеров ООО "Центр Бойко", включающем 1 профессора, д. т.н., 2 к. т.н. и 9 инженеров-исследователей, были:
- разработаны основы научного проектирования керамических деталей высокотемпературного тракта керамического газотурбинного двигателя КГТД (турбина, камера сгорания, воздухоподогреватель, газоходы и др.);
- созданы не имеющие аналогов конструкционные керамические материалы, обладающие термостойкостью свыше 1350°С, не имеющие усадки при спекании (а значит, допускающие механическую без использования алмазного инструмента), позволяющие применять такие технологические операции, как сварка и электроэрозия;
- проведены исследования по созданию когенерационной установки на основе твердотопливного элемента с керамической газотурбинной установкой и керамической газоразделительной мембраной.
С 2006 г. ООО "Центр Бойко" ведутся работы в области разработки лазерноспекаемых керамических материалов и технологии изготовления из них деталей сложной формы с обеспечением заданных свойств. За это время созданы:
- технологический комплекс, позволяющий изготавливать керамические наноструктурированные порошки с контролем их свойств на каждом технологическом этапе;
- исследовательская лаборатория с оригинальными испытательными установками и стендами имитации натурных условий работы ГТД.
На сегодняшний день создана уникальная алюмоборнитридкремниевая порошковая композиция с легирующими нанодобавками, позволяющая методом лазерного синтеза изготавливать безусадочные керамические детали, с рабочей температурой 1350°.
За последние годы опубликованы более 30 работ, получены 6 патентов в области применения керамических материалов в современных ГТД.
МИКРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР µГТУ
Микродвигатель (микроэлектрогенератор) mГТУ предназначен для применения в качестве конкурентоспособного, высокоэффективного и экологически чистого автономного источника электроэнергии мощностью до 2 кВт.
Конструктивно µГТУ состоит из туннельных компрессора и турбины, встроенного между турбиной и компрессором электрогенератора, камеры сгорания и воздухоподогревателя. В данном исполнении µГТУ реализуется техническое решение (туннельная конструкции турбины и компрессора), обеспечивающее максимальную эффективность установки до 28±1% при электрической мощности 2 кВт, степени регенерации 86 % при суммарных гидравлических потерях давления по воздушному и газовым трактам воздухоподогревателя не более 8%. На режиме пуска электрогенератор выполняет функцию мотора раскрутки.
µГТУ является низкотоксичной установкой из-за отсутствия охлаждения горячего тракта: выбросы NOx ≤ 5 мг/нм3, СОх ≤ 5 мг/нм3.
Материал деталей высокотемпературного тракта – керамика, детали изготовлены методом лазерного синтеза.
Габаритные размеры: длина 400 мм, диаметр – 80 мм, вес – 10 кг.
Основные параметры μГТУ.
Наименование | Размерность | Значение |
Расход воздуха на входе в микрокомпрессор. | г/сек | 16,7 |
Температура рабочего тела на входе в турбину | К/°С | 1623/1350 |
Степень регенерации | % | 86 |
Изоэнтропический КПД турбинной ступени | % | 75 |
Изоэнтропический КПД компрессорной ступени | % | 73 |
Термический КПД цикла mГТУ | % | 28±1% |
Полезная электрическая мощность | Вт | 2000 |
Удельная мощность | Вт×с/г | 120,0 |
Удельный расход топлива | г/кВт×ч | 257,7 |
Степень расширения в турбине | - | 2,179 |
Мощность турбины | Вт | 4213,6 |
Мощность компрессора | Вт | 1983,8 |
Степень повышения давления в компрессоре | - | 2,5 |
Температура воздуха за компрессорной ступенью | К/0С | 406/133 |
Температура рабочего тела за турбинной ступенью | К/0С | 1417/1144 |
Рабочая частота вращения ротора | об/мин | 230000 |
АВТОНОМНАЯ КОГЕНЕРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА (АКУ)
АКУ предназначена для применения в качестве конкурентоспособного и высокоэффективного автономного источника тепла мощностью 5 кВт и электроэнергии мощностью до 2 кВт.
АКУ спроектирована на основе биокотла, в котором сжигаются отходы деревообработки, очистки лесов и т. д., при этом осуществляется интеграция биокотла и газотурбинного двигателя (ГТД), приводящего электрогенератор. Тепловая эффективность АКУ 86%, электрическая - 28±1%.
В этом случае в ГТД роль традиционной камеры сгорания играет воздухонагреватель, размещаемый за зоной горения биокотла, т. е. до входа продуктов сгорания в теплообменную поверхность нагрева воды. При этом в биокотле между топкой и водяным теплообменником, устанавливается воздушный теплообменник, внутрь трубок которого поступает воздух после сжатия в компрессоре. Этот воздух в теплообменнике нагревается за счет отбора тепла от продуктов сгорания, выходящих из топки котла, и поступает в воздушную турбину, приводящую компрессор и электрогенератор переменного тока. После расширения в турбине воздух имеет температуру 1144°С, а давление близкое к атмосферному и с такими параметрами поступает внутрь котельного пространства. В топку котла, частью которой является зона смешения (размещается на входе в горелочное устройство топки котла), воздух поступает двумя потоками. Один из них подводится из вентилятора и из выхлопа турбины через перфорированную стенку в зону смешения. Сюда же через перфорированную стенку предкамеры приходит и второй поток в виде продуктов неполного сгорания древесного топлива.
В процессе горения топлива в топке котла температура газового потока повышается до 1500°С на входе в «горячий» тракт рекуперативного ВП, что позволяет поступающий в «холодный» тракт сжатый воздух из компрессора с температурой 145°С нагреть до 1350°С. Отсюда следует, что надежность работы когенерационной установки может быть обеспечена только при применении для нагрева воздуха керамических теплообменников.
Горячий воздух, имеющий на выходе из керамического рекуператора температуру до 1350°С и давление ~2,5 МПа направляется в турбину, вращающую компрессор и электрогенератор. В тоже время топочный газ, отдавший для выработки электроэнергии часть своего тепла сжатому воздуху и охлажденный к выходу из рекуператора до ~900°С, поступает в теплофикационный контур установки, где передает другую часть своей тепловой энергии циркулирующей по замкнутой схеме воде.
Но на этом путь горячих газов внутри котла не заканчивается. Их поток должен подхватить дымосос и протолкнуть его в выхлопную трубу.
