Эффективность газовых турбин типа НК-16СТ при использовании вакуумирующего агрегата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070

Весь процесс начинается со сжатия в конденсатном насосе сжиженного пропана C3H8, который направляют на нагрев и испарение в конденсатор паровой турбины, куда поступает отработавший в турбине пар при давлении в 12,5 кПа. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования в 2098 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного пропана C3H8 до температуры перегретого газа в 45,24°С. Далее перегретый газ СзН§ расширяется в турбодетандере. Мощность турбодетандера передается соединенному на одном валу электрогенератору. На выходе из турбодетандера газообразный пропан с температурой 37,76°С охлаждают и сжижают в конденсаторе водяного охлаждения, охлаждаемого технической водой при температуре 28°С в летний период времени [5, 6].

Минимально допустимый температурный перепад, обеспечивающий полезную выработку электроэнергии тепловым двигателем в 6,7 кВт с одного кг/с пара, составляет 22°С при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды. В этом случаи максимально возможная эксергетическая эффективность термодинамической системы данной установки может достигать 6,1% при использовании в качестве рабочего тела - сжиженный пропан С3Н8 [7]. Список использованной литературы:

1. Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Новые системы охлаждения конденсаторов паровых турбин ТЭС. // Инновационная наука. - 2016. - № 3-3 (15). - С. 100-101.

2. Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Потребности в водоснабжении и водоотведении на тепловых электрических станциях. // Инновационная наука. - 2016. - № 3-3 (15). - С. 98-100.

3. Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Влияние атомных электростанций на окружающую среду. // Инновационная наука. - 2016. - № 3-3 (15). - С. 95-97.

4. Гафуров А.М. Возможности повышения выработки электроэнергии на Заинской ГРЭС в зимний период времени. Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы технических наук в современных условиях». - 2015. - С. 82-85.

5. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Замещение водяного охлаждения конденсаторов паровых турбин контуром циркуляции на С3Н8. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 25-27.

6. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Замещение воздушного охлаждения конденсаторов паровых турбин контуром циркуляции на С3Н8. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 29-31.

7. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Перспективы утилизации тепловых отходов на тепловых электрических станциях в зимний период. // Инновационная наука. - 2015. - № 10-1 (10). - С. 53-55.

© Гафуров А.М., 2016

УДК 621.438

А.М. Гафуров

инженер кафедры «Котельные установки и парогенераторы» Казанский государственный энергетический университет

Г. Казань, Российская Федерация

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГАЗОВЫХ ТУРБИН ТИПА НК-16СТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

ВАКУУМИРУЮЩЕГО АГРЕГАТА

Аннотация

Рассматривается применение вакуумирующего агрегата для повышения эффективного КПД газотурбинного двигателя типа НК-16СТ.

Ключевые слова

Газотурбинный двигатель, вакуумирующий агрегат, математическая модель

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_

Двигатель НК-16СТ конструкции ОКБ Кузнецова создан на базе авиационного двухконтурного двигателя НК-8-2У семейства двигателей НК. Двигатель НК-16СТ предназначен для работы в составе газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16/76. Конструктивно двигатель состоит из 2-х модулей -газогенератора (ГГ) (базового двигателя) и силовой турбины (СТ). Каждый модуль имеет свою раму для крепления, что позволяет при необходимости заменять двигатель целиком или по модульно ГГ и СТ (рис. 1).

С помощью автоматизированной системы газодинамических расчетов энергетических турбомашин (АС ГРЭТ) была составлена математическая модель (ММ) двигателя типа НК-16СТ и проведены расчеты [1].

Представлены основные результаты расчетов ММ двигателя типа НК-16СТ: расход воздуха через компрессор - 100 кг/с; расход топливного газа - 1,34 кг/с; температура в камере сгорания - 1086 К; расход продуктов сгорания на выхлопе - 100,7 кг/с; температура газа на срезе выхлопного патрубка - 663 К; мощность - 16 МВт; эффективный КПД - 27,72 % [2].

Применение ступенчатого отвода теплоты, который может быть реализован установкой вакуумирующего агрегата различных модификаций, обеспечивающих понижение давления за силовой турбиной практически любого газотурбинного двигателя (рис. 1). Позволит повысить эффективный КПД двигателя типа НК-16СТ до 30 %, без существенного изменения исходных ресурсов и надежности [3].

Рисунок 1 - Схема газотурбинного двигателя типа НК-16СТ с использованием вакуумирующего агрегата, охлаждаемого водой: КВД, КНД - Компрессор высокого и низкого давления; КС - Камера сгорания; ТВД, ТНД - Турбина высокого и низкого давления; СТ - Силовая турбина; ТП - Турбина перерасширения; ДК -Дожимной компрессор; ТО - Теплообменник-охладитель; ЭГ - Электрогенератор; ЦН - циркуляционный

насос.

Поток атмосферного воздуха (95,34 кг/с) через входное устройство поступает последовательно в КНД и КВД, где происходит его сжатие. Из КВД сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где поток сжатого воздуха смешивается в жаровой трубе с топливным газом (1,08 кг/с), подаваемым форсунками. Образовавшаяся смесь сгорает при постоянном давлении, в результате чего образуются продукты сгорания с высокой температурой (1100 К). Кинетическая энергия продуктов сгорания, при расширении на рабочих лопатках турбин высокого и низкого давления, преобразуется в механическую работу вращения роторов высокого и низкого давления. ТВД приводит во вращение ротор КВД, а ТНД - ротор КНД. Смесь продуктов сгорания, имеющая достаточную кинетическую энергию, после ТНД поступает на силовую турбину, которая через выходной вал соединяется с основным электрогенератором (15,84 МВт), или с ротором центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата. В существующем газоходе за силовой турбиной основного двигателя установлен вакуумирующий агрегат, в котором происходит дополнительное расширение продуктов сгорания на рабочих лопатках ТП до давления ниже атмосферного (около 0,05 МПа). Далее происходит охлаждение продуктов сгорания в ТО до 383 К, с использованием охлаждающей воды. Затем

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_

продукты сгорания поступают в ДК, где происходит их дальнейшее сжатие до давления выше атмосферного [4, 5].

Список использованной литературы:

1. Гафуров А.М., Осипов Б.М., Титов А.В., Гафуров Н.М. Программная среда для проведения энергоаудита газотурбинных установок. // Энергетика Татарстана. - 2015. - № 3 (39). - С. 20-25.

2. Гафуров А.М. Газотурбинная установка НК-16СТ с обращенным газогенератором и низкокипящим рабочим контуром. // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2012. - №4-1. - С. 78-83.

3. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Пути повышения эффективности современных газовых турбин в комбинированном цикле. // Энергетика Татарстана. - 2015. - № 1 (37). - С. 36-43.

4. Гафуров А.М. Возможности повышения экономической эффективности газотурбинных двигателей типа АЛ-31СТ. // Энергетика Татарстана. - 2014. - № 1 (33). - С. 17-20.

5. Гафуров А.М. Комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения. // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2013. - №3. - С. 15-19.

© Гафуров А.М., 2016

УДК 621.438

А.М. Гафуров

инженер кафедры «Котельные установки и парогенераторы» Казанский государственный энергетический университет

Г. Казань, Российская Федерация

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГАЗОВЫХ ТУРБИН ТИПА АЛ-31СТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

ВАКУУМИРУЮЩЕГО АГРЕГАТА

Аннотация

Рассматривается применение вакуумирующего агрегата для повышения эффективного КПД газотурбинного двигателя типа АЛ-31СТ.

Ключевые слова

Газотурбинный двигатель, вакуумирующий агрегат, математическая модель

Двигатель АЛ-31СТ используется в качестве привода центробежного газового компрессора в газоперекачивающих агрегатах мощностью 16 МВт (ГПА-16Р). В качестве топлива для двигателя используется природный газ. Конструктивно двигатель выполнен в виде двух модулей: модуля газогенератора и модуля силовой турбины (рис. 1).

С помощью автоматизированной системы газодинамических расчетов энергетических турбомашин (АС ГРЭТ) была составлена математическая модель (ММ) двигателя типа АЛ-31СТ и проведены расчеты [1].

Представлены основные результаты расчетов ММ двигателя типа АЛ-31СТ: расход воздуха в компрессоре - 64,49 кг/с; расход топливного газа - 0,92 кг/с; температура в камере сгорания - 1422 К; расход продуктов сгорания на выхлопе - 71,35 кг/с; температура газа на срезе выхлопного патрубка - 701 К; мощность - 16 МВт; эффективный КПД - 35,52 % [2].

Применение ступенчатого отвода теплоты, который может быть реализован установкой вакуумирующего агрегата различных модификаций, обеспечивающих понижение давления за силовой турбиной практически любого газотурбинного двигателя (рис. 1). Позволит повысить эффективный КПД двигателя типа АЛ-31СТ до 37 %, без существенного изменения исходных ресурсов и надежности [3].