Способ повышения эффективности газотурбинных двигателей для наземного применения за счет регенерации тепла

Авторы

Кузьмичёв В. С.^*, Омар Х. Х.^**, Ткаченко А. Ю.^***

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: kuzm@ssau.ru
**e-mail: dr.hewa.omar@gmail.com
***e-mail: tau@ssau.ru

Аннотация

Одним из направлений совершенствования цикла газотурбинных установок (ГТУ), позволяющим повысить их эффективность, является регенерация тепла выхлопных газов путем установки теплообменника на выходе из турбины, в котором часть тепла передается воздуху за компрессором. Комплексная оптимизация параметров термодинамического цикла ГТУ, таких, как температура газа перед турбиной T_г* , степень повышения давления в компрессоре π*_κΣ, а также параметров, определяющих рабочий процесс дополнительных узлов (регенератов тепла, паровой турбины и др.) комбинированной установки, играет важную роль в повышении ее эффективности. Разработанные в САЕ-системе АСТРА компьютерные модели ГТУ с комбинированными термодинамическими циклами позволили реализовать решение задач нелинейной многокритериальной оптимизации параметров их рабочего процесса, определить наиболее рациональные схемы в зависимости от целевого назначения и условий эксплуатации ГТУ. В качестве критерия оптимизации принят эффективный КПД. В статье приведены результаты исследования влияния на эффективный КПД ГТУ параметров рабочего процесса и степени регенерации тепла выхлопных газов, а также влияние степени регенерации на области оптимальных по эффективному КПД значений T_г*_и^.

Ключевые слова

газотурбинная установка, регенерация тепла, параметры рабочего процесса, схема, эффективный КПД, термодинамический цикл, оптимизация

Библиографический список

1. Агульник А.Б., Гусаров С.А., Омар Х.Х. Выбор основных параметров циклов газопаротурбинной установки для газоперекачивающего агрегата // Труды МАИ. 2017. № 2. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=77084

2. Щуровский В.А., Зайцев Ю.А. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. – М.: Недра, 1994. – 191 с.

3. Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. – М.: Нефть и газ, 1999. – 463 с.

4. Елисеев Ю.С., Манушин Э.А., Михальцев В.Е. и др. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 640 с.

5. Кулагин В.В., Кузьмичев В.С. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок: учебник в 2 кн. Книга 1. Основы теории ГТД. Рабочий процесс и термогазодинамический анализ. – 4-е изд., испр. – М.: Инновационное машиностроение, 2017. – 332 с.

6. Кулагин В.В., Бочкарев С.К., Горюнов И.М. и др. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок: Учебник. Книга 3. Основные проблемы: Начальный уровень проектирования, газодинамическая доводка, специальные характеристики и конверсия авиационных ГТД. – М.: Машиностроение, 2005. – 464 с.

7. Емин О.Н. Использование авиационных ГТД для создания наземных транспортных и стационарных энергетических установок: Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ, 1998. – 80 с.

8. Кузьмичев В.С., Кулагин В.В., Крупенич И.Н., Ткаченко А.Ю., Рыбаков В.Н. Формирование виртуальной модели рабочего процесса газотурбинного двигателя в CAE системе «АСТРА» // Труды МАИ. 2013. № 67.URL : http://trudymai.ru/published.php?ID=41518

9. Ратников С.П. Применение вихревой трубы для повышения эффективности работы ГТУ // Вестник Московского авиационного института. 2008. Т. 15. № 3. С. 63-68.

10. Бакланов А.В. Малоэмиссионная камера сгорания диффузионного типа с микропламенным горением для конвертированного авиационного газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 57-68.

11. Окорокова Н.С., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковская А.А. Оптимальный модульный типоразмерный ряд энергоустановок с алюминием в качестве энергоносителя // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 5. С. 73-79.

12. Rahman M.M., Ibrahim T.K., Kadirgama K., Mamat R., Bakar R.A. Influence of Operation Conditions and Ambient Temperature on Performance of Gas Turbine Power Plant // Advanced Materials Research. 2011. Vols. 189-193, pp. 3007-3013. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.189-193.3007

13. Naradasu R.K., Konijeti R.K., Alluru V.R. Thermodynamic analysis of heat recovery steam generator in combined cycle power plant // Thermal Science. 2007. Vol. 11. No. 4, pp. 143-156. DOI: 10.2298/TSCI0704143R

14. Ibrahim T.K., Rahman M.M. Thermal Impact of Operating Conditions on the Performance of a Combined Cycle Gas Turbine // Journal of Applied Research and Technology. 2012. Vol. 10. No. 4, pp. 567-577.

15. Kaviri A.G., Jaafar M.N.M., Lazim T.M. Modeling and multi-objective exergy based optimization of a combined cycle power plant using a genetic algorithm // Energy Conversion and Management. 2012. Vol. 58, pp. 94-103. DOI: 10.1016/j.enconman.2012.01.002

16. Khaliq A., Kaushik S.C. Thermodynamic performance evaluation of combustion gas turbine cogeneration system with reheat // Applied Thermal Engineering. 2004. Vol. 24. No. 13, pp. 1785-1795. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2003.12.013

17. Mitre J.F., Lacerda A.I., Lacerda R.F. Modeling and simulation of thermoelectric plant of combined cycles and its environmental impact // Thermal Engineering. 2005. Vol. 4. No. 1, pp. 83-88. DOI: 10.5380/ret.v4i1.3554

18. Kurzke J., Halliwell I. Propulsion and Power: An Exploration of Gas Turbine Performance Modeling. Springer International Publishing, Cham, Switzerland, 2018. – 755 p. ISBN: 978-3-319-75977-7

19. Meherwan P. Boyce. Gas Turbine Engineering Handbook – 4th Edition – Butterworth-Heinemann, Elsevier, 2012. – 956 p. ISBN: 978-0-12-383842-1

20. Kakac S.A., Liu H., Pramuanjaroenkij A. Heat Exchangers: Selection, Rating, and Thermal Design. – 3rd edition – New York: CRC Press, 2012. – 631 p.

21. Kuppan T. Heat Exchanger Design Handbook. – New York: Marcel Dekker Inc., 2000. – 1119 p. DOI: 10.1080/07373930008917833

Скачать статью