2 / 12
А.В. Костюков, А.Р. Макаров, В.Г. Мерзликин
130
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 1
двигателей и микротурбин. Микротурбины имеют существенно меньшее техни-
ческое обслуживание. Например, российские ТЭС на базе поршневых ДВС ха-
рактеризуются техническим обслуживанием с интервалом 1000…1500 моточа-
сов (6–8 раз в год). Текущий ремонт американских микротурбин «Capstone»
(одна из ведущих американских фирм по производству микротурбин [5, 6])
осуществляется на месте установки один раз в год и сводится к внешнему
осмотру, замене или чистке воздушного фильтра.
Одним из важнейших элементов микротурбин является теплообменник.
Такой теплообменник обеспечивает современным микротурбинам достаточно
высокую эффективность (электрический КПД микротурбинных энергетических
установок находится в пределах 29…34 %). Установка в микротурбине теплооб-
менника приводит к существенному снижению ее габаритно-массовых показа-
телей. Поэтому вопрос создания высокоэффективного компактного теплооб-
менника является одним из основных при проектировании микротурбин. В
настоящее время на микротурбинах в основном устанавливают неподвижные
теплообменники-рекуператоры [5–8].
Продолжаются также работы по роторным теплообменникам. Связано это
с их результативно реализуемой компактностью и эффективностью. В исследо-
ваниях [9–12] высокотемпературные и высокоэффективные микротурбины раз-
рабатываются на основе керамических роторных теплообменников. Главная
проблема керамических роторных теплообменников — низкая эффективность
их уплотнений, утечки воздуха в уплотнениях достигают 6 %, уплотнения в та-
ких теплообменниках прижимаются к пористой керамической матрице. Для
обеспечения достаточного ресурса уплотнения прижимаются к пористой мат-
рице малым давлением, что приводит к очень высоким (до 6 %) утечкам воздуха
высокого давления.
Охлаждаемые металлические каркасные роторные теплообменники также
могут быть использованы в высокотемпературных микротурбинах (рис. 1) [13].
В таком теплообменнике уплотнения действуют по охлаждаемым, плоским по-
верхностям каркаса. Конструкция обеспечивает незначительные утечки воздуха
в уплотнениях роторного теплообменника до 1…1,5 %.
Одним из вариантов обеспечения охлаждения каркаса роторного теплооб-
менника является выполнение теплопередающих элементов коническими. В
этом случае практически вся поверхность каркаса омывается во время работы
теплообменника только входящим в теплообменник холодным закомпрессор-
ным воздухом с температурой 450…470 K. В обратном направлении проходя-
щий через конический теплопередающий элемент газ охлаждается до темпера-
туры 520…540 K, после чего омывает и охлаждает стенки.
В таких теплообменниках конический теплопередающий элемент образован
смотанной в рулон металлической сеткой [13].
Имеющаяся информация по теплогидравлическим характеристикам таких
сеток весьма ограничена [14], а для сеток некоторых размеров просто отсутст-
вует. В [15] приведены экспериментальные исследования теплогидравлических