МОЛОДЕЖНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК

Рассматривается вопрос использования продуктов газификации в газотурбинных установках для выработки электричества в не электрифицированных районах России. Разрабатывается газогенератор с составом газа, подходящим для использования в ГТУ. Описаны основные типы процессов газификации, их преимущества и недостатки. Представлены данные по международным компаниям, разрабатывающим газификаторы, и данные по выработке генераторного газа за последние 15 лет. Показана схема цикла ГТУ, рассмотрены основные узлы. Подчеркнута актуальность установок данного типа в связи с дефицитом традиционных видов топлива и необходимостью электрифицировать труднодоступные районы России.

Проведен анализ схемы газотурбинной установки с промежуточным охлаждением. Дано обоснование выбора оптимальных степеней повышения давления воздуха для установки с двумя компрессорами. Приведены результаты сравнительного термодинамического анализа газотурбинных установок, работающих по простому циклу и циклу с промежуточным охлаждением в процессе сжатия.

В данной статье рассматривается возможность и пути снижения числа ступеней турбины высокого давления стационарных ГТУ и авиационных ГТД. Уделяется внимание снижению экономической составляющей производства и эксплуатации, которая благоприятно сказывается на конкурентоспособности установки (двигателя). Предлагаются пути снижения потерь, возникающих при переходе к меньшему числу ступеней. Представлены результаты сравнения одноступенчатой турбины высокого давления и двухступенчатой.

В работе рассмотрена перспективная газотурбинная установка (ГТУ) с изменённой очерёдностью процессов, предлагаемая в качестве преобразователя химической энергии топлива в электрическую и тепловую энергию. Топливом служит биогаз, вырабатываемый малой модульной биогазовой станцией (БГС). Приведены результаты теплогидравлического расчёт различных схем ГТУ, рассмотрены термодинамические циклы и получены основные показатели эффективности. По результатам сравнительного анализа полученных показателей была выбрана наиболее эффективная схема ГТУ с изменённой очерёдностью процессов и оптимальные параметры для неё.

Работа посвящена исследованию теплофизических и транспортных свойств бинарных смесей инертных газов. В рамках исследования были рассмотрены бинарные смеси всех инертных газов от He до Xe с различным содержанием составляющих компонентов. С помощью прикладной программы Tetra для этих смесей были рассчитаны зависимости от давления, температуры и составаследующих параметров: скорости звука, удельной изобарной теплоемкости, показателя адиабаты, динамической вязкости, коэффициента теплопроводности, числа Прандтля. Зависимости были найдены в интервале температур от 300 до 1500 К и в интервале давлений от 0.1 до 10 МПа.Проведенподробныйанализ полученных результатов и их исчерпывающее сопоставление со справочными данными.По результатам анализа и сопоставления оценена пригодность использованной прикладной программы Tetra к расчету параметров рассмотренных смесей в широких интервалах давлений, температур и составов.Для демонстрации возможностей программыв данной работе приведены рассчитанные графические зависимости числа Прандтля всех рассмотренных бинарных смесей от молекулярной массы этих смесей для давлений от 0.1 до 7 МПа и температур от 300 до 1200 К, подкрепленные большим количеством экспериментальных и расчетных данных других авторов.

Проведено численное исследование и спрофилировано рабочее колесо с большим коэффициентом теоретического давления, и высоким коэффициентом полезного действия . Для предотвращения отрыва во втулочном сечении колесо было спрофилировано на переменную циркуляцию по радиусу с разгрузкой привтулочных сечений при сохранении суммарного коэффициента теоретического давления. Полученное таким образом рабочее колесо удовлетворяло безотрывному обтеканию элементарных решеток по критерию диффузорности Либляйна. Спрофилированное колесо имеет более высокие параметры по сравнению с вентиляторами имеющими постоянную циркуляцию скорости вдоль радиуса. Трехмерная модель спрофилированного колеса была рассчитана в пакете численного моделирования CFX.

Представлена контурная тепловая труба с плоской поверхностью испарения, что обеспечивает непрерывный равномерный подвод теплоносителя к поверхности испарения и  центральным пароотводом,  обеспечивающим равномерный отвод пара от поверхности испарения, кроме того, стеклянный корпус  испарителя и компенсационной камеры позволяют визуализировать процессы в контурной тепловой трубе.

Анализируется процесс сгорания топлива произвольного элементного состава в камере сгорания газотурбинной установки. Необходимые для расчета процесса расширения в турбине, удельной мощности и экономичности газотурбинной установки теплота сгорания коэффициент избытка воздуха а также, удельная теплоемкость продуктов сгорания, относительный расход топлива, функционально зависимые от состава продуктов сгорания и температуры определяются посредством единой расчетной программы.

Описано создание комплекса на основе инженерного пакета CATIA, позволяющего спроектировать и выполнить предварительную оценку массогабаритных характеристик матрицы, корпуса и патрубков теплообменного аппарата для замкнутой газотурбинной установки. Проведена оптимизация расчета, позволяющего из заданного набора теплообменных поверхностей, выбрать оптимальное сочетание, удовлетворяющее заданным условиям. Создана 3D-модель теплообменного аппарата для дальнейшей разработки с возможностью перестроения модели в автоматическом режиме.

Проанализированы различные гладкотрубные поверхности теплообмена, разработана методика автоматизированного проектирования кожухотрубного теплообменного аппарата и оптимизации его параметров. С технологической и конструктивной точек зрения выполнена проработка модульного принципа создания матрицы теплообменного аппарата, обеспечивающая сохранение теплогидравлических характеристик. Описана методика автоматического расчёта тепловых напряжений в соединениях деталей спроектированного теплообменного аппарата и его массогабаритных характеристик в пакете CATIA.

В работе описывается процесс оптимизации количества ступеней компрессора газогенератора ГТД. Рассматривается три классических варианта проточной части компрессора высокого давления. Для начала был рассчитан компрессор с постоянным наружным диаметром. Получены значения диаметров на входе и выходе и количество ступеней. Далее при фиксированных геометрических размерах выходного сечения были посчитаны компрессор с постоянным средним диаметром и компрессор с постоянным внутренним диаметром. При этом изменялись только геометрические размеры входного сечения. Был проведен анализ полученных результатов. Анализ показал, что наиболее выгодным с точки зрения количества ступеней, является компрессор с постоянным внутренним диаметром. Реализовать такую схему тяжело из-за высоких окружных скоростей лопаток первых ступеней компрессора. Наибольшее число ступеней наблюдается в компрессоре с постоянным наружным диаметром. При постоянном среднем диаметре число ступеней компрессора незначительно больше, чем у компрессора с постоянным внутренним диаметром, а значения окружных скоростей конца лопаток первой ступени находятся в рабочих областях. Наиболее оптимальным будет считаться комбинированная проточная часть, например, сочетание проточной части с постоянным средним диаметром и проточной части с постоянным внутренним диаметром.

Рассмотрены схемы турбоустановок, утилизирующих низкопотенциальное тепло промышленных и энергетических установок. Выбраны варианты установки с конденсацией рабочего тела на органическом теплоносителе и газотурбинный преобразователь на углекислом газе при сверхкритических параметрах. Получены зависимости выходной мощности от параметров греющего газа.

Рассматривается контактная газопаровая установка по схеме «Водолей». Анализируются возможные способы повышения топливной экономичности за счет более глубокой утилизации теплоты уходящих газов (на нужды теплофикации) и снижения отбора воздуха на охлаждение турбины введением парового охлаждения. Принимается во внимание возможность полной конденсации влаги продуктов сгорания в конденсаторе контактного типа.

В работе представлен один из вариантов решения проблемы питания электричеством потребителей группы «А», удаленных от сетей. Сделаны выводы о преимуществах по сравнению с использованием дизель-генераторов, представлена последовательность расчета и проектирования газотурбинной установки, приведены основные исходные данные для расчета и результаты расчета, такие как частота вращения ротора, температуры стенок газоподогревателя, расходы рабочего тела и природного газа. Описаны основные конструкционные решения при проектировании газоподогревателя. Представлены цикл работы установки, графические результаты расчетов и принципиальные схемы установки и газоподогревателя.

Выполнен термодинамический анализ эффективности утилизационной газотурбинной установки открытого цикла, предназначенной для выработки электроэнергии за счет утилизации теплоты выхлопных газов приводного газотурбинного двигателя газоперекачивающей станции. Представлены результаты исследования термодинамического цикла, показаны преимущества и недостатки этой схемы по сравнению с установкой, работающей по циклу Ренкина.

В данной работе рассматривается проектирование проточной части радиальной турбомашины с использованием пакетов инженерного анализа и моделирования. Произведен расчет цикла турбомашины, а также расчет ( в первом приближении) и оптимизация её элементов. Произведен выбор оптимальных поверхностей теплообмена. Созданы твердотельные параметризированные модели и определены зависимости между основными узлами газотурбинной установки, а именно: центростремительной турбины, центробежного компрессора и теплообменных аппаратов. Определены рекомендации, упрощающие процесс моделирования узлов установки.