Повышение параметров газотурбинных установок путём впрыска воды в проточную часть и оптимизации рабочего процесса в компрессоре
Рассчитать эксплуатационные характеристики серийного двигателя с помощью математической модели ГТД в целях исследования влияния впрыска воды в различных сечениях вдоль тракта компрессора. Методологические основы диссертационной работы состоят в том, что на основании проведенных экспериментальных исследований плоских компрессорных решеток получены новые данные, позволяющие уточнить методику… Читать ещё >
Содержание
- ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
- 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГТУ, В ТОМ ЧИСЛЕ ЗА СЧЁТ ВПРЫСКА ВОДЫ
- 1. 1. Испарительное охлаждение воздуха при впрыске воды в проточную часть ГТУ
- 1. 2. Повышение КПД процесса сжатия в ГТУ за счёт оптимизации обтекания лопаточных венцов и использования надроторных устройств.21 .1.3 Выводы и постановка задач исследования
- 2. РАЗРАБОТКА И МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСЧЁТА ПРОЦЕССА ВПРЫСКА ВОДЫ В ТРАКТ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
- 2. 1. Расчеты процессов движения и испарения воды в проточной части компрессора при впрыске в различных сечениях по тракту компрессора
- 2. 1. 1. Впрыск воды перед компрессором
- 2. 1. 2. Впрыск воды на входе в третью ступень
- 2. 1. 3. Впрыск воды на вход в 6 ступень
- 2. 1. 4. Впрыск воды на вход в 8 ступень
- 2. 1. 5. Впрыск воды на вход в 10 ступень
- 2. 1. 6. Влияние температуры перед компрессором на процессы движения и испарения воды в его проточной части
- 2. 1. 7. Методика расчета параметров работы компрессора и установки ГТ
- 2. 2. Экспериментальные исследования плоских решеток профилей и обобщение результатов исследований поворота потока
- 2. 2. 1. Влияние геометрических параметров профиля и решетки на поправку к углу отставания потока
- 2. 2. 2. Оптимизация компрессорных решеток на критических режимах
- 2. 1. Расчеты процессов движения и испарения воды в проточной части компрессора при впрыске в различных сечениях по тракту компрессора
- 3. 1. Расчеты параметров работы компрессора и установки ГТ-009 с впрыском воды
- 3. 1. 1. Анализ результатов расчетов параметров ГТУ при впрыске воды
- 3. 1. 2. Впрыск воды за компрессором (перед регенератором)
- 3. 2. Влияние впрыска воды на экологические параметры ГТ
- 3. 3. Оценка эрозионной и вибрационной опасности для лопаток компрессора установки ГТ
- 3. 4. Определение требований к качеству впрыскиваемой воды в компрессор
- 4. 1. Выбор оптимального режима работы установки ГТ-009 с вводом воды в проточную часть компрессора
4.2 Разработка математической модели количественной оценки постановки надроторных устройств с целью увеличения КПД ступени .85 .4.3 Моделирование течения в меридиональной плоскости осевого компрессора. Усовершенствование инженерного метода 2-D расчета параметров потока.
4.4 Анализ результатов моделирования течения вдоль линий тока с помощью усовершенствованного метода расчета.
4.4.1 Результаты тестирования модели на вентиляторной ступени С
4.4.2 Результаты тестирования модели на ступенях компрессоров СД и ВД двигателя ДЭМ-518.
Список литературы
- Середа С.О., Гельмедов Ф. Ш., Мунтянов И. Г. Экспериментальное исследование влияния впрыска воды во входной канал многоступенчатого осевого компрессора на его характеристики. Теплоэнергетика № 5 2004, с. 66−71.
- Середа С.О., Гельмедов Ф. Ш., Мунтянов Г. Л., Мунтянов И. Г. Экспериментальное исследование влияния выбора места впрыска охлаждающей воды в проточную часть компрессора АЛ-21ФЗ на его характеристики. Труды ЦИАМ № 1331, 2004. 14 с.
- Середа С.О., Гельмедов Ф.Ш, Сачкова Н. Г. Расчётные оценки изменения характеристик многоступенчатого осевого компрессора под влиянием испарения воды в его проточной части. Теплоэнергетика № 11, 2004, с. 60−65.
- Середа С.О., Беляев В. Е., Гельмедов Ф. Ш., Мунтянов И. Г., Мунтянов Г. Л. Результаты испытаний компрессора установки МЭС-60 с впрыском воды впроточную часть. Газотурбинные технологии, май-июнь/2005, № 4 (39), с. 16−20.
- Конорев М.М., Нестеренко Г. Ф. Исследование рабочих характеристик и рациональных режимов эксплуатации турбовинтовых двигателей (ТВД) карьерных вентиляторов. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 6, июнь, 2000, с.209−211.
- Gas-turbine upgrades boost capacity, cut heat rate//POWER Magazine, July2002.
- Inspection confirms value of wet compression at Cogen facility // http: www, energy central.com/sections/news/nwartcle.cfinid=3 985 299.
- More Efficient Gas Plants and Improved Gas Alternatives Needed // Power Engineering October, 2003.
- New Protocol Will Enable Comparison of Different Fogging Systems // Power Engineering January, 2004
- Evap cooling and wet compression boost steam injected Fr6B output // Gas TURBINE WORLD, Summer Issue 2003.
- Wet compression extended to V-series machines // Modern Power Systems -September 2001.
- Hot Times for Turbine Cooling // Diesel & Gas Turbine Worldwide, April2002.
- Robb D. Customized Gas Turbine Upgrade Program Boosts Cogen Power Output // Power Engineering, September 2002 (Есть только перевод в 3.).
- New Protocol Will Enable Comparison of Different Fogging Systems // Power Engineering January, 2004 (перевод ?).
- Vogt Power International and Optiguide sign aggrement for gas turbine air-inlet cooling system // http: // pei.pennwellnet.com, Web Exclusive, Janure 02, 2004 (распечатать не полностью в 4).
- Van Liere J., Laagland G.H.M. Hot water for power augmentation // Diesel & Gas Turbine Worldwide, June 2001.
- Nicolson A. Proper drainage on fogging systems improves GT reliability, performance // POWER Magazine, July 2002, Vol.146, Issue 4.147
- Advanced Gas Turbines: Fogging dynamics solved // Power Engineering International May, 2003.
- Экспериментальное исследование устройства охлаждения входного воздуха компрессора. / Lin Weishun, Xiao Dongmin, Wen Xueyou // Reneng dongle gongcheng = J.Eng. Therm. Energy and Power. 2000. — 3. — C.256−259, 327. — Кит.- рез.англ.
- Fogging Improvements for Inlet Cooling Systems // Disel & Gas Turbine Worldwide, June 2002, (перевод? (распечатать в 2)).
- Texas GT24s: High Availability and Flexibility // Turbomachinery International, January February 2003.32. 510-MW low-emissions peaking station in Florida // GAS TURBINE WORLD: March-April 2001.
- New Protocol Will Enable Comparison of Different Fogging Systems // Power Engineering January, 2004.
- Андреев К.Д., Беркович A.JI., Полщиук В. Г., Рассохин В. А. Улучшение параметров работы ГТУ впрыском воды в проточную часть компрессора. Вестник двигателестроения. № 2/2004. С. 18−20.
- Андреев К.Д., Беркович A.JL, Полшцук В. Г., Рассохин В. А. Повышение параметров работы компрессоров впрыском воды в проточную часть. Компрессорная техника и пневматика в XXI веке. XIII МНТК покомпрессоростроению, г. Сумы-2004, Том I, с.155−161.
- Фролов С.Д., Синявин А. В., Шахов Ю. В. Пути улучшения энергетических и массогаборитных показателей обслуживающих систем турбоустановок сложных циклов // Авиационно-космическая техника и технология. -X.: Нац. Аэрокосм. Ун-т «ХАИ» -2000.-Вып.19.-с.51−53.
- Довжик С.А. Исследование по аэродинамике осевого компрессора // Тр. Ин-та / ЦАГИ им. Проф. Н. Е. Жуковского. 1968. — Вып. 1099. — 277 с.
- Комаров А.П. Исследование плоских компрессорных решеток//Лопаточные машины и струйные аппараты.- М.: Машиностроение, 1967.-№ 2.-С.67−110.
- Гидродинамические характеристики компрессорных решеток. Технический отчет компании «Энергомаш (ЮК Лимитед», № 28.050.0030 PP. Скворцов А. В. Санкт-Петербург, 2007.- 79с.
- Расчет характеристик компрессорных решеток. Технический отчет компании «Энергомаш (ЮК) Лимитед», № 28.050.0031 PP. Скворцов А. В. Санкт-Петербург, 2007 46с.
- Основы проектирования газотурбинных двигателей и установок/Б.П.Васильев, В. А. Коваль, В. В. Канаков и др.-Х.: Контраст, 2005.-373 Холщевников К. В.,
- Емин О.Н., Митрохин В. Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. М.: Машиностроение, 1986. — 432 с.
- Кампсти Н. Аэродинамика компрессоров: Пер. с англ. М.: Мир, 2000.-688 с.
- Таката, Цукуда. Механизм и эффективность повышения запаса по срыву с помощью перфорирования поверхности корпуса//Энергетические машины и установки.-1977.-№ 1. С.134— 137.
- Smith, Cumpsty. Flow phenomena in compressor casing treat149meut//Trans. ASME. Journal of ingenering gas turbins and power. — 1984. — Vol. 106. № 3. — P.532 — 544.
- Грейцер. Критерий применимости специальной обработки корпуса компрессора//Теоретические основы инженерных расчетов. — 1979. № 2. — С. 157- 165.
- Лакшминараяна, Пуагар, Давино. Трехмерное поле течения в периферийной области рабочего колеса и пограничный слой на стенке корпуса//Энергетические машины и установки. — 1986. № 1. — С.6 — 14.
- Хантер, Кампсти. Развитие простеночного пограничного слоя на корпусе при переходе через изолированное рабочее колесо компрессора // Энергетические машины и установки. — 1982. — № 4. — С. 88 — 103.
- Бетнер, Элрод. Влияние радиального зазора, нагрузки ступени и шероховатости стенки на развитие пограничного слоя на корпусе компрессора// Энергетические машины и установки. — 1983. — № 2. — С. 44 — 52.
- Иноуэ, Куромару. Трехмерная структура затухания вихрей за осевой вращающейся решеткой лопаток// Энергетические машины и установки. — 1984. -№ 3.-С. 21−39.
- Иноуэ, Куромару, Фукухара. Экспериментальное исследование перетекания газа через радиальный зазор в осевом компрессоре// Энергетические машины и установки. — 1986. № 1. — С. 6 — 14
- М. Fujuta, Н. Takata. A study on Configurations of Casing Treatment for Axial Flow Compressors// Bulletin of ASME, vol.27. № 230, 1984, p.p.1675−1681.
- Незым В.Ю., Никишов А. А., Коркишко С. В. Оценка КПД осевого вентилятора с использованием статистической модели/Авиационно-космическая техника и технология. Тр. Харьковского авиационного ин-та.-Харьков, 1997.-С.196−199.
- А.с. № 3 913 086 (СССР) МКИ F 04D 10/00. Осевой многоступенчатый компрессор/ В. А. Коваль, Г. В. Павленко, Н. М. Савин и др.
- Коваль В.А., Скворцов А. В. Улучшение характеристик осевого компрессора ГТД// Компрессорная техника и пневматика. — 2007. — № 3. — С.22−28.
- Петросов К.В., Скворцов А. В. Применение трехмерного пакета STAR-CD для доводки многоступенчатых компрессоров на стадии проектирования // Компрессорная техника и пневматика. — 2004. № 5. -С. 23 — 26.
- Some Aero-Thermo-Fluid Aspects Air breathing Propulsion// Central Institute of Aviation Motors, University of Tokyo. — 2001. — 463 p.
- Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. Авторы: Раушенбах и др. М., <Машиностроение>, 1964., 526.
- А.В.Скворцов, Л. Н. Ширкина, «Результаты испытаний прямых решёток с переменным углом установки профиля по высоте лопатки» сб. «Проектирование и доводка газотурбинных двигателей», Куйбышев, КуАИ, 1984 г.
- Ключников В.В., Комаров А. П. Определение величины угла отставания потока в плоских решетках при малых скоростях набегающего потока// Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей: Сб. КуАИ.- Куйбышев, 1976.- С. З 15.
- А.В.Скворцов, И. В. Антоничева, «Определение угла отставания потока в плоских решётках осевых компрессоров на докритических скоростях в вязком потоке» сб. «Проектирование и доводка газотурбинных двигателей», Куйбышев, КуАИ, 1988 г.
- Комаров А.П. Аэродинамика решеток профилей//КуГУ.- Куйбышев, 1984.- 80 с.
- Борисенко А.И. Газовая динамика двигателей. — М.: Оборонгиз, 1962. —793 с.
- Дейч М.Е., Самойлович Г. С. Основы аэродинамики осевых152турбомашин. — М.: Машиностроение, 1959. — 427 с.
- Бунимович А.И., Святогоров А. А. Аэродинамические характеристики плоских компрессорных решеток при большой дозвуковой скорости // Лопаточные машины и струйные аппараты. М.: Машиностроение, 1967.-№ 2.-С.5−66.
- А.П. Комаров, А. В. Скворцов, Н. Н. Фёдоровых, «Оптимизация работы компрессорной решётки на критических режимах» сб. «Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей», КуАИ, 1987 г.
- А.П.Комаров, А. В. Скворцов, «К вопросу оптимизации компрессорных решёток осевых лопаточных машин на критических режимах». Известия высших учебных заведений, № 2, 1988 г.
- Ю.М.Ануров, А. Ю. Пеганов, А. В. Скворцов, А. Л. Беркович, В. Г. Полищук. Расчетные исследования впрыска воды в компрессор газотурбинной установки ГТ-009//Теплоэнергетика- 2006- № 12 — С.
- А. Лефевр. Процессы в камерах сгорания ГТУ. Издат. «Мир», М., 1986 г., 566 с.
- Р. Г. Перельман, В. В. Пряхин. Эрозия элементов паровых турбин. М., Энергоатомиздат, 1986 г., 183 с.
- Поддубенко В. В. Отчет ЦКТИ № 114 004/10−286. Определение эрозионной стойкости лопаточных сталей., 1980 г.
- Яблоник Р. М., Поддубенко В. В. Экспериментальные исследования эрозионной стойкости лопаточных материалов. Энергомашиностроение, 1975 г.№ 11, с.23−25.
- Отчёт ПО ТМЗ и СевЗапВнипиэнергопром «Исследование впрыскаво ды в компрессор ГТЭ 25У для повышения параметров работы и153экологических характеристик. Этап 2.» Екатеринбург, Санкт-Петербург, 1992 г.
- Опыт эксплуатации головной парогазовой установки с ВПГ-50 и ГТУ-15ПГ. Авторы: Шебалов В. К. и др.-<�Теплоэнергетика>, 1966, № 12.
- Ольховский Г. Г. Энергетические газотурбинные установки. Энергоатомиздат, Москва, 1985, 304 с.
- Luthra К. L., Spacil H.S. Impurity Deposits in Gas Turbines from Fuels Containing Sodium and Vanadium. J. Elektrochem. Soc., 1982, v. 129, № 3, p. 649 -656.
- Urbas T.A., Tomlinson L.H. Formation and removal of residual fuel ash deposits in gas turbines formed at firing temperatures below and above 982 0 C. Ash and Corros. Impur. Combust. Gases. Proc. Int/ Conf., Henniker, 1977. Washington -London, 1978.
- Foster A.D., Doering H. von E., Hickey J. W. Fuel Flexibility in GE Gas Turbines. Gen. Elec. Gas Turbine Reference Library, 1978, GER — 2222L, p. 53.
- Felex P.C. Korrosion und Korrosionschutz in modernen Gasturbinen. -Brown Boveri Mitt., 1977, Bd. 64, № 1, S. 40 46. Редин И. И., Угрюмов М. Л. Оценка эффективности надроторных устройств// Изв. вузов. Машиностроение.1984.-№ 9.-С.78−82.
- Cyrus В. Meher-Homji and Thomas R. Мее. «Gas Turbine Power Augmentation By Foogging of Inlet Air». Proceedings of the 28th Turbomachinery Simposium. S. 93−113.
- Performance and Reallabillity improvements for MS5001 Gas Turbines. Paul C. Daiber, GE Power Systems? Atlanta
- By Mark McNeely. «Intercooling for LM6000 Gas Turbines». Diesel & Gas Turbine Worldwide. Juli/August 1998. S.42−44.95. «Water mist intercooler increases LM6000 hot day output 20%».154
- GAS TURBINE WORLD: September-October 1998.
- Доброхотов В.Д., Клубничикин A.K., Оксенгорн B.C. Эффективность водоиспарительного охлаждения в центробежных воздушных компрессорах К — 905.// Химическое и нефтяное машиностроение. 1983. № 12. С. 25 — 27.+
- Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. — М.: Наука, 1987.-430 с.
- Редин И.И., Угрюмов M.JI. Оценка эффективности надроторных устройств// Изв. вузов. Машиностроение. 1984. — № 9. — С.78 — 82.
- Ершов В.Н., Редин Н. Н., Угрюмов M.JI. Модель течения в периферийной зоне рабочего колеса// Тр. Респуб. Конф."Математические модели процессов и конструкций энергетических турбомашин в САПР". — Часть 1. Харьков: НАН Украины. — 1982. — С. 143 — 144.
- ЮО.Бам-Зеликович Г. М. О потерях полного давления в дозвуковом потоке в криволинейных каналах при наличии смешения//Пограничный слой. — М. — 1985.-С.80−110.
- Коваль В.А., Романов В. В., Скворцов А. В. Улучшение характеристик осевого компрессора газотурбинного двигателя путем пассивного управления течением у концов рабочих лопаток// Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2007. № 6. — 35−43.
- Аэродинамический расчет и оптимальное проектирование проточной части турбомашин /А.В. Бойко, Ю. Н. Говорущенко, С. В. Ершов, А. В. Русанов, С. Д. Северин: Монография. — Харьков, НТУ «ХПИ», 2002. — 356 с.
- Елисеев Ю.С., Беляев В. Е., Середа С. О. «Высокие технологии» для создания двигателей // Двигатель. 2001. — № 2. — С. 18−21.
- Русанов А.В. Математичне моделювання нестацюнарних в’язких просторових течш у проточних частинах турбомашин: Автореф. Дис. Д-ра 155ехн. Наук: 05.05.16 / ИПМаш. Им. А. Н. Подгорного НАНУ. -Харюв, 2005. 35 с.
- Ю5.0лыптейн JI.E., Ножницкий Ю. А. Центральный институт авиационного двигателестроения им. П. И. Баранова // Компрессорная техника и пневматика. 1992. — № 1. — С. 38−48.
- Yershov S.V., Rusanov A.V., Yakovlev V.A. Optimisation of155jLturbomashinery blade shape using 3D flow computation// Mat. 7 ETC Fluid dynamics and thermodynamics. Greece, 5−9 March, 2007. — 11 pp.
- Чурсанов Г. Н. «Программа газодинамического квазитрёхмерного расчёта осесимметричного течения в кольцевых каналах и в осевых компрессорах Версия D2002», Технический отчёт инв. 001.13 284, 2002 г.
- Сальников B.C. Расчет течения газа в двухконтурном компрессоре//Лопаточные машины и струйные аппараты. М.: Машиностроение, 1971 .-№ 5.-С.45−54.
- Ю.Егоров И. Н., Талызина B.C. Фомин В. Н. Комплект программ по расчету характеристик осевых компрессоров//Научно- методические материалы по процессам и характеристикам авиационных двигателей. — М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковского. 1989. — С. 231−238.
- Ш. Дринг, Джослин. Моделирование течения в меридиональной плоскости осевых турбомашин // Энергетические машины и установки. -1986. -№ 2. С. 7 — 16.
- Дженнионс, Стоу. Важность учета эффектов окружной неравномерности в системе расчета осредненного по каналу квазитрехмерного потока в турбомашинах // Энергетические машины и установки. 1986. — № 2. -С. 1 — 6.
- З.Жуковский М. И. Аэродинамический расчет потока в осевых турбомашинах. Л.: Машиностроение, 1967.-327 с.
- В.А.Коваль, А. В. Скворцов. Улучшение характеристик осевого компрессора ГТД// Компрессорная техника и пневматика = Compressor and pneumatics: научно-технический и информационный журнал № 3 —2007 — С. 22.
- Koval V.A., Romanov V.V., Skvortsov A.V. Singularities aerodynamic finishing axial compressors of a gas-turbine engine // Eastern-European Journal of
- Enterprise Technologies.2007.-№ 5/4.- p.63−66.156
- Диксон С.JI. Механика жидкости и газа. Термодинамика турбомашин: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1981. — 212с.
- Анютин А.Н. Влияние углов натекания на поток в межвенцовых зазорах осевого компрессора // Газовая динамика двигателей и их элементов. -1983.-Вып. 2.-С. 8- 12.
- Новиков А.С., Шебакпольский Ф. Я. Расчет коэффициента вторичных потерь в ступени осевого компрессора // Ученые записки ЦАГИ. 1982. — Т. 9. -№ 5.-С. 14−18.
- Применение высоких технологий проектирования компрессоров1. ГТД.
- В.А. Коваль, А. Ю. Пеганов, А. В. Скворцов, Б. П. Васильев и др. // Высокие технологии в машиностроении. Тр. Междунар. научн. сем. «Интерпартнер 2005» «ХПИ», Алушта, 2005. — С. 120 — 124.
- К.В.Петросов, А. В. Скворцов. Газодинамический расчет осевого трансзвукового пятиступенчатого компрессора в STAR-CD//CBOPHHK ТРУДОВ четвертой конференции пользователей программного обеспеченияСАО-FEM GMBH 21−22 апреля 2004 г., с. 237−241.
- К.В.Петросов, А. В. Скворцов. Определение предпомпажных явлений в дозвуковом компрессоре на базе трехмерных расчетов в STAR-CD//CBOPtMK ТРУДОВ четвертой конференции пользователей программного обеспеченияСАБ-РЕМ GMBH 21−22 апреля 2004 г., с. 242−246.
- Motoaki Utamura, Ph.D., Takaaki Kuwachara, Hidetaro Murato and
- Mobuyuki Horii. Hitachi Works. «Effects of intensive evaporative157cooling on performance characteristics of land-based gas turbine». Hitachi Ltd. Saiwai-cho 3−1-1 Hitachi city 317−8511 Japan. Hitachi Review, 1998.
- Беркович A. JL, Немировский В. И., Розеноер E.E. и др.. Влияние впрыска воды на параметры работы компрессора. Экологические проблемы в энергетике. Тр. ВНИПИЭнергопрома.-1990.-с.107−116.