Научная статья на тему 'Энергоустановка в комплексе по утилизации коммунально-бытовых отходов'

Энергоустановка в комплексе по утилизации коммунально-бытовых отходов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
302
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВЛАЖНО-ПАРОВЫЕ МИКРОТУРБИНЫ / КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ / УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ / ПИРОЛИЗНАЯ УСТАНОВКА / ГИДРОТЕРМАЛЬНАЯ ДЕСТРУКЦИЯ / КОГЕНЕРАЦИЯ / ТРИГЕНЕРАЦИЯ / WET-STEAM MICROTURBINES / MUNICIPAL WASTE / RECYCLING / PYROLYSIS INSTALLATION / HYDROTHERMAL DESTRUCTION / COGENERATION / TRIGENERATION

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Ефимов Николай Николаевич, Скубиенко Сергей Витальевич, Копица Вадим Валерьевич, Балтян Василий Николаевич, Чистяков Александр Евгеньевич

Анализируется возможность применения различных схем утилизации коммунально-бытовых отходов и использование для энергоснабжения собственных нужд таких комплексов микротурбин электрической мощностью 30 200 кВт. При утилизации отходов используется: сжигание их в котельных установках с улавливанием и удалением образующихся вредных выбросов; газификация органических отходов с образованием и дальнейшим использованием биогаза; гидротермальная деструкция отходов; пиролизная переработка отходов. На выходе этих утилизационных установок появляются отработавшая среда, обладающая определенным энергетическим ресурсом, которую следует использовать для выработки энергии на собственные нужды. В комплексе с утилизационными установками рекомендуется применять микротурбины для производства энергии электрической мощностью 30 200 кВт. Проводится анализ различных конструктивных схем одноступенчатых микротурбин: центростремительных и осевых; однои двухпоточных; горизонтальных и вертикальных. С целью уменьшения габаритных размеров микротурбин, они должны выполняться быстроходными с частотой вращения до 20000 об/мин на подшипниках качения и до 100000 об/мин на газодинамических подшипниках. В результате проведенного анализа дается рекомендация о применении центростремительной одноступенчатой двухпоточной микротурбины горизонтального исполнения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Ефимов Николай Николаевич, Скубиенко Сергей Витальевич, Копица Вадим Валерьевич, Балтян Василий Николаевич, Чистяков Александр Евгеньевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ENERGO INSTALLATION IN THE COMPLEX OF MUNICIPAL-MUNICIPAL WASTE-PROCESSING

The paper analyzes the possibility of using various schemes for the utilization of municipal waste and the use of such microturbine complexes with an electric power of 30 200 kW for power supply for their own needs. Waste recycling uses: burning in boiler plants along with the capture and removal of generated harmful emissions; gasification of organic waste with the formation and further use of biogas; hydrothermal destruction of wastes; pyrolysis waste treatment.At the output of these recycles systems, a waste milieu appears that has a certain energy resource, which should be used to generate energy for own needs. In combination with the recycles facilities are recommended to use microturbines for power generation with an electric power of 30 200 kW. The analysis of various design schemes of single-stage microturbines: centripetal and axial; singleand double-flow; horizontal and verticalhave been performed. In order to reduce the overall dimensions of microturbines, they should be performed with high-speed rotational speeds up to 20000 rpm on rolling bearings and up to 100000 rpm on gas-dynamic bearings. Recommendation of usage to apply a centripetal single-stage, double-flow microturbine of horizontal designas a result of the performed analysis.Keywords : pump; roller; elastic shell; flow; rotor; roller.

Текст научной работы на тему «Энергоустановка в комплексе по утилизации коммунально-бытовых отходов»

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 2

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2

УДК 620.92 (67.02) DOI: 10.17213/0321-2653-2018-2-54-59

ЭНЕРГОУСТАНОВКА В КОМПЛЕКСЕ ПО УТИЛИЗАЦИИ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

© 2018 г. Н.Н. Ефимов1, С.В. Скубиенко1, В.В. Копица1, В.Н. Балтян1, А.Е. Чистяков2, А.В. Никитина2

1Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия,

2ООО СКТБ «Инверсия», г. Ростов-на-Дону, Россия

ENERGO INSTALLATION IN THE COMPLEX OF MUNICIPAL-MUNICIPAL

WASTE-PROCESSING

N.N. Efimov1, S.V. Skubienko1, V.V. Kopitsa1, V.N. Baltyan1, A.E. Chistyakov2, A.V. Nikitina2

1Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia 2LLC SKTB «Inversion», Rostov-on-Don, Russia

Ефимов Николай Николаевич - д-р. техн. наук, профессор, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: efimov@novoch.ru

Скубиенко Сергей Витальевич - канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия.

Копица Вадим Валерьевич - магистр, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: vadimnpi@mail.ru

Балтян Василий Николаевич - д-р. техн. наук, профессор, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия.

Чистяков Александр Евгеньевич - д-р физ.-мат. наук, ведущ. научный сотрудник ООО СКТБ «Инверсия», г. Ростов-на-Дону, Россия.

Никитина Алла Валерьевна - д-р техн. наук, ведущ. научный сотрудник ООО СКТБ «Инверсия», г. Ростов-на-Дону, Россия.

Efimov Nikolay Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Thermal Power Stations and Heat Transfer Engineering», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: efimov@novoch.ru

Skubienko Sergey Vitalevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, chief of department «Thermal Power Stations and Heat Transfer Engineering», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.

Kopitsa Vadim Valerievich - graduate student, department «Thermal Power Stations and Heat Transfer Engineering», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: vadimnpi@mail.ru

Baltyan Vasiliy Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Thermal Power Stations and Heat Transfer Engineering», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.

Chistyakov Alexandr Evgenievich - Doctor of Physical and Mathematical Sciences, leading researcher of LLC SKTB «Inversion», Rostov-on-Don, Russia.

Nikitina Alla Valeryevna - Doctor of Technical Sciences, leading researcher of LLC SKTB «Inversion», Rostov-on-Don, Russia.

Анализируется возможность применения различных схем утилизации коммунально-бытовых отходов и использование для энергоснабжения собственных нужд таких комплексов микротурбин электрической мощностью 30 - 200 кВт. При утилизации отходов используется: сжигание их в котельных установках с улавливанием и удалением образующихся вредных выбросов; газификация органических отходов с образованием и дальнейшим использованием биогаза; гидротермальная деструкция отходов;

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIIREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2

пиролизная переработка отходов. На выходе этих утилизационных установок появляются отработавшая среда, обладающая определенным энергетическим ресурсом, которую следует использовать для выработки энергии на собственные нужды. В комплексе с утилизационными установками рекомендуется применять микротурбины для производства энергии электрической мощностью 30 - 200 кВт. Проводится анализ различных конструктивных схем одноступенчатых микротурбин: центростремительных и осевых; одно- и двухпоточных; горизонтальных и вертикальных. С целью уменьшения габаритных размеров микротурбин, они должны выполняться быстроходными с частотой вращения до 20000 об/мин на подшипниках качения и до 100000 об/мин на газодинамических подшипниках. В результате проведенного анализа дается рекомендация о применении центростремительной одноступенчатой двухпоточной микротурбины горизонтального исполнения.

Ключевые слова: влажно-паровые микротурбины; коммунально-бытовые отходы; утилизация отходов; пиролизная установка; гидротермальная деструкция; когенерация; тригенерация.

The paper analyzes the possibility of using various schemes for the utilization of municipal waste and the use of such microturbine complexes with an electric power of30 - 200 kWfor power supply for their own needs. Waste recycling uses: burning in boiler plants along with the capture and removal of generated harmful emissions; gasification of organic waste with the formation and further use of biogas; hydrothermal destruction of wastes; pyrolysis waste treatment.At the output of these recycles systems, a waste milieu appears that has a certain energy resource, which should be used to generate energy for own needs. In combination with the recycles facilities are recommended to use microturbines for power generation with an electric power of 30 - 200 kW. The analysis of various design schemes of single-stage microturbines: centripetal and axial; single- and double-flow; horizontal and verticalhave been performed. In order to reduce the overall dimensions of microturbines, they should be performed with high-speed rotational speeds up to 20000 rpm on rolling bearings and up to 100000 rpm on gas-dynamic bearings. Recommendation of usage to apply a centripetal single-stage, double-flow microturbine of horizontal designas a result of the performed analysis.Keywords: pump; roller; elastic shell; flow; rotor; roller.

Keywords: wet-steam microturbines; municipal waste; recycling; pyrolysis installation; hydrothermal destruction; co-generation; trigeneration.

В настоящее время основной задачей является обеспечение экологической безопасности существования человека на планете в условиях дальнейшего развития общества. Такая задача решается в двух направлениях: создание и освоение безотходных технологий и утилизация образующихся отходов. Переработка или утилизация отходов может происходить несколькими способами в зависимости от вида отходов. Основные из них: простое сжигание в котельных установках с улавливанием и удалением образующихся вредных выбросов, газификация на полигонах с образованием и дальнейшим использованием биогаза, гидротермальная деструкция и пиролизная переработка отходов. На выходе из этих утилизационных установок образуется отработавшая среда, обладающая определенным энергетическим ресурсом, которую можно использовать для выработки энергии на собственные нужды.

Анализ существующих утилизационных установок показывает, что они могут выполняться в следующих вариантах:

- установка гидротермальной деструкции вырабатывает парогазовую смесь сверхвысоких параметров (давление до 25 МПа и температура до 500 °С);

- после пиролизной установки получается, в основном, негорючий газ с температурой 600 -1200 °С при давлении, близком к окружающему;

- газификация способна на выходе создать генераторный газ, обладающий теплотворной калорийностью в 10 - 15 МДж/м3.

Таким образом, на выходе из утилизационных реакторов создается рабочая среда, которую можно использовать для получения энергии.

Отработавшая среда после гидротермальной установки может использоваться напрямую в паровой турбине для производства тепловой и электрической энергии. После пиролизной установки уходящая рабочая среда должна направляться в котел-утилизатор для производства пара, который необходим для получения электрической энергии в турбине по регенеративному циклу Ренкина. Генераторный газ после газификации может сжигаться в котлах для получения тепловой энергии на теплофикацию и на тот же регенеративный цикл Ренкина для производства электроэнергии.

На выходе из гидротермальных установок появляется парогазовая смесь с 90 %-м содержанием водяного пара, который рекомендуется использоваться в паровой турбине для производ-

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 2

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2

ства электроэнергии. Такой энергетической комплекс, работающий от переработки отходов, электрической мощностью до 250 кВт, был разработан при выполнении Госконтракта Минобр-науки №14.579.21.0123 от 27 октября 2015 г.

С другой стороны, для переработки отходов требуются определенные затраты электрической и тепловой энергии для работы вспомогательного оборудования всего комплекса. Утилизационные комплексы могут быть разной производительности по количеству перерабатываемых отходов: крупные, постоянно действующие перерабатывающие комплексы-заводы, получающие электроэнергию от центральных сетей; средние, которые также являются постоянно действующими и находятся в определенном месте; малые, которые должны быть мобильными и автономными по энергоснабжению.

Для мобильных утилизационных установок наиболее востребованными мощностями электрической энергии являются 30 - 200 кВт. Для этих целей большее значение приобретают энергоустановки малой распределенной энергетики на основе газовых и влажно-паровых турбин.

Применение автономных микроэнерго-агрегатов в комплексе с утилизационной установкой позволяет избегать дополнительных финансовых затрат, а эксплуатационные расходы становится возможным переложить на оперативный персонал комплекса по переработке отходов [1]. Эффективность энергоснабжения можно добиться не только за счет приближения производителя энергии к потреблению (к установке по переработке отходов), но и за счет комплексного энергоснабжения потребителя электрической и тепловой энергией, т.е. за счет когенерации и три-генерации. В этом случае можно повысить экономичность энергоустановок до 90 % и даже более.

При использовании когенерации и триге-нерации разные энергетические турбомашины способны создавать вполне определенные соотношения по производству электроэнергии и тепла. Например, газопоршневые агрегаты обычно производят на 1 кВт электрической энергии 1,2 -1,5 тепловой; газовые турбины имеют возможность увеличить это соотношение (на 1 кВт электрической энергии 1,5 - 2,0 тепловой); большего соотношения можно добиться при использовании паросиловых установок - на 1 кВт электрической энергии 12,0 - 13,0 кВт тепловой [1 - 3].

На возможность применения микротурбин большое влияние оказывают климатические условия. Как показывает анализ, только южные

регионы европейской части России и Приморский край по климатическим условиям сравнимы с условиями энергообеспечения Западной Европы. Все остальные северные регионы России по энергообеспечению находятся в более жестких условиях как по сезонным температурным изменениям, так и по продолжительности отопительного периода [4, 5]. Для большинства регионов России, в отличие от Европы, отопление более значимо, чем кондиционирование воздуха в помещениях.

Паросиловая энергетическая установка более приспособлена для комбинированного производства электроэнергии и тепла при автономном энергообеспечении индивидуального децентрализованного потребителя, чем газопоршневые и газотурбинные агрегаты. Влажно-паросиловая установка более эффективна для комплексного производства электроэнергии и тепла зимой, и для абсорбционного кондиционирования и горячего водоснабжения летом. Влажно-паровая турбинная установка удобна для индивидуального потребителя еще и тем, что в отличие от когене-рационных газовой турбины и газопоршневого агрегата, она способна раздельно регулировать производство электроэнергии и тепла.

Одним из решений по распределенным системам автономного, децентрализованного энергоснабжения может стать микроэнергокомплекс на базе влажно-паровой микротурбинной установки электрической мощностью от 5 до 50 кВт и тепловой от 70 до 500 кВт.

При утилизации отходов методом пиролиза появляется горючий газ с давлением 0,06 - 0,1 МПа и температурой 600 - 1200 °С. Это дает возможность использовать влажно-паровую турбину малой мощности через котел-утилизатор. Такая схема реализуется при выполнении Госконтракта Минобрнауки № 14.577.21.0260 от 26.09.2017 г.

Конструктивная схема влажно-паровой микротурбины при давлении пара не более 1,5 МПа и температуре до 200 °С может выполнятся в следующих вариантах [2, 3]:

- одноступенчатая осевая микротурбина горизонтального исполнения;

- одноступенчатая центростремительная однопоточная микротурбина горизонтального исполнения;

- одноступенчатая центростремительная двухпоточная микротурбина горизонтального исполнения;

- одноступенчатая центростремительная однопоточная микротурбина вертикального исполнения.

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2

На рис. 1 представлены конструктивные схемы одноступенчатой центростремительной двухпоточной микротурбины горизонтального исполнения (а) и одноступенчатой центростремительной однопоточной микротурбина вертикального исполнения (б) электрической мощностью 30 кВт. Рабочие параметры влажного пара: давление 0,6 МПа и температура 160 °С.

б

Рис. 1. Конструктивные схемы микротурбин мощностью 30 кВт: 1 - рабочее колесо; 2 -сопловой аппарат; 3 - корпус; 4 - подшипники (2 шт.); 5 - уплотнения /

Fig. 1. Constructive schemes of microturbines with a capacity of 30 kW: 1 - the impeller; 2 - nozzle apparatus;

3 - housing; 4 - bearings (2 pcs); 5 - seals

Одной из важных требований к микротурбине - это компактность энергоустановки, которая достигается повышением частоты вращения ротора турбины, что, в свою очередь, регламентируется надежностью работы подшипниковых опор и размерами рабочего колеса.

На микротурбинных установках в настоящее время применяются подшипники качения и скольжения. Из конструктивных схем подшипников скольжения наиболее привлекательными являются газодинамические, поскольку они способны работать при скоростях вращения ротора турбомашины до 100000 об/мин и более [6]. Работая на воздушной подушке, они создают малые потери на трение. Однако они требуют индивидуального подхода при установке и нет возможности сделать их универсальными.

Подшипники качения рассчитаны на работу с более низкими скоростями вращения ротора турбины, в зависимости от диаметра вала и грузоподъемности [7]. Для энергоустановок 30 - 50 кВт применяемым диаметром вала является размер 20 - 40 мм, поэтому скорость вращения вала для таких подшипников до 20000 об/мин. В табл. 1 приводится анализ работы подшипников при различной конструктивной схеме влажно-паровой турбины.

Варианты 1 и 4 исполнения микротурбин (см. табл. 1) предполагают консольное выполнение ротора. При этом подшипниковые опоры, находящиеся со стороны консольной части ротора, будут нагружаться в большей степени, чем на другом конце вала. Однако при вертикальном исполнении (вариант 4) консоль будет оказывать меньшее влияние на работоспособность микротурбины. Варианты микротурбин со значительными осевыми нагрузками должны иметь ради-ально-упорную конструкцию подшипниковых опор, которые также должны располагаться со стороны консольной части ротора, что приводит к снижению работоспособности этих конструктивных схем. Неодинаковые нагрузки на подшипниковые опоры наблюдаются и в первом варианте микротурбин при осевой проточной части. Наиболее предпочтительным вариантом является третий вариант микротурбины (двухпо-точная центростремительная ступень), у которой нагрузки на подшипниковых опорах будут симметрично одинаковыми.

На работоспособность влажно-паровых турбин большое влияние оказывает перенос тепла в объеме металла и рабочей среды. Наибольшая температура теплоносителя наблюдается в камере при входе в сопловой аппарат. Наименьшая температура - на выходе рабочей решетки. Тепло от теплоносителя (влажного пара) передается металлической части корпуса и ротору турбины и оказывает влияние на тепловые расширения этих элементов микротурбины.

2

а

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2

Таблица 1 / Table 1

Условия работы подшипников для различных модификаций микротурбины / Bearing conditions for various

microturbine modifications

Наименование Тип одноступенчатой влажно-паровой микротурбины

Осевая горизонтальная Центростремительная однопоточная горизонтальная Центростремительная двухпоточная горизонтальная Центростремительная однопоточная вертикальная

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4

Осевые нагрузки Есть Есть Нет Есть

Радиальные нагрузки на подшипниках Одинаковые Не одинаковые Одинаковые Не одинаковые

Необходимость установки упорного подшипника Да Да При подшипнике качения - нет Да

Температурные условия металла на опорах подшипников Температура со стороны входа пара выше Температура 1 -го подшипника со стороны рабочего колеса выше Температура на подшипниках одинаковая Температура 1 -го подшипника со стороны рабочего колеса выше

Чтобы эти расширения не оказывали вредного воздействия, тепловые поля должны быть симметрично одинаковыми вокруг оси вращения и не создавать высоких температур в металле подшипниковых опор. При работе турбины подшипники сами разогреваются и таким образом повышают температуру металла относительно температуры, транспортируемой от теплоносителя, находящегося в ближайшей к подшипнику камере.

Некоторые рабочие характеристики одноступенчатых микротурбин приведены в табл. 2: теплоперепад 360 - 380 кДж/кг; скорость пара на выходе из соплового аппарата 760 - 780 м/с (число Маха 1,9 - 1,92); высота сопловых каналов на выходе 10 мм; различная парциальность подачи пара на рабочие лопатки от 0,104 до 0,753.

Как видно из табл. 2, изменение диаметра рабочего колеса прямо пропорционально изменению скорости вращения ротора микротурбины. Частоту вращения ротора необходимо выбирать из условий надежной работы подшипниковых опор, т.е. не более 20000 об/мин для подшипников качения.

При температурном анализе конструктивных схем микротурбин следует отметить следующее:

- вариант 1 - в камере перед лабиринтовыми уплотнениями, прикрывающими подшипник со стороны подвода пара, температура не выше 110 °С; в выходной камере температура пара равна примерно 104 °С. Отсюда на подшипниковых опорах температура металла, хоть и не одинаковая, но не будет превышать предельно допустимую 120 °С;

- варианты 2, 4 - имеют одинаковые температурные условия. Температура на подшипнике со стороны рабочего колеса будет не выше 110 °С, если судить по температурным условиям теплоносителя. На температуру второй подшипниковой опоры оказывает влияние окружающая среда, дальний транспорт тепла от первого подшипника и нагрев электрогенератора;

- подшипниковые опоры варианта 3 находятся в абсолютно одинаковых условиях: в камерах перед уплотнениями температура влажного пара равна 104 °С (см. табл. 2). Чтобы уменьшить транспорт тепла по металлу от входной камеры, где температура 180 °С, необходимо в кольцевых разъёмных соединениях использовать теплоизолирующие прокладки.

Все варианты требуют соблюдения точных допусков и посадок при сборке как подшипниковых узлов, так и проточной части. Высокооборотные роторы микротурбин необходимо проверять на статическую и динамическую балансировку. Для конструктивных схем (см. табл. 2) вариантов 1 и 3 ротор после балансировки не разбирается при окончательной сборке. Во втором и четвертом вариантах роторы приходится разбирать перед окончательной установкой в корпус. Особого внимания заслуживает установка зазоров между торцевыми поверхностями лопаток и проточной части корпуса, которые при несимметричных температурных расширениях металла в процессе работы могут изменяться. Из табл. 2 видно, что менее экономичный вариант третий. Величина относительного внутреннего КПД в этом варианте меньше в связи с тем, что два ряда рабочих и сопловых решеток,

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

расположенных симметрично, снижают вдвое лопаточные потери в проточной части.

Таким образом, для энергоснабжения собственных нужд утилизационных комплексов должны применяться энергетические установки малой электрической мощности 30 - 200 кВт, как газовые, так и паросиловые микротурбины, выполненные по различной конструктивной схеме.

Таблица 2 / Table 2 Характеристики анализируемых микротурбин различной модификации / Characteristics of analyzable microturbines of various modifications

Тип одноступенчатой влажно-паровой микротурбины

Центростремительная

Наименование Осевая горизон- 1- поточная 2- поточная 1-поточная вертикальная

тальная горизон- горизон-

тальная тальная

Вариант1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4

Скорость вращения ротора, об/мин 12000 12000 12000 35000

Диаметр рабочего колеса, м 0,483 0,44 0,44/0,3 0,163

Электрическая мощность, кВт 47 50 30 30

Отношение скоростей, u/clu 0,4 0,36 0,36/0,246 0,4

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Расход пара, кг/с 0,225 0,252 0,21/0,19 0,136

Относительный внутренний КПД 0,595 0,61 0,437/0,48 4 0,643

Начальное давление, МПа 1,0 1,0 1,0 0,6

Начальная температура, °С 180 180 180 160

Конечное давление, МПа 0,12 0,12 0,12 0,06

Конечная температура, °С 104 104 104 86

Температура перед рабочим колесом, °С < 110 < 110 < 110 < 110

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2

Каждая из конструкций микротурбин имеет право на применение. Недостатки и преимуществ их должны учитываться при анализе рабочих процессов. Для быстроходных микротурбин безаварийность работы обеспечивается надежной работой подшипниковых узлов и равномерным транспортом тепла в металлической части турбины, поэтому следует рекомендовать для использования двухпоточную конструктивную схему одноступенчатой микротурбины горизонтального исполнения, несмотря на сниженную экономичность этой конструкции.

Литература

1. Кузнецова О.Р. Экономическая эффективность систем децентрализованного энергоснабжения: на примере Хабаровского края: дис.... канд. экон. наук: 08.00.05. Комсомольск-на-Амуре, 2002. 180 с.

2. Ефимов Н.Н. Микроэнергокомплекс на базе влажно-паровой турбины // Энергосбережение. Специализированный журнал. 2013. № 6. С. 54 - 55.

3. Ефимов Н.Н., Паршуков В.И. [и др.]. Микротурбинная установка для эффективного энергоснабжения автономных индивидуальных потребителей // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2013. № 1. С. 51 - 55.

4. СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология.

5. Климатические данные для возобновляемой энергетики (база климатических данных): учеб. пособие / О.С. Попель, С.Е. Фрид, С.В. Киселева, Ю.Г. Коломиец, Н.В. Лисицкая. М.: ОИВТРАН. 2010. 56 с.

6. Ильина Т.Е. О задаче проектирования и управления колебаниями высокооборотного газостатического подшипника // Наука - XXI век: сб. материалов Междунар. науч. конф. / под ред. И.П. Лотовой, Ф.П. Тарасенко, В.А. Дра-гавцева, В.К. Спирина. - М, 2015. М.: из-во: Общество с ограниченной ответственностью «Русальянс «Сова»» (Москва). 2015.

7. Филипковский С.В., Аврамов К.В. Свободные нелинейные колебания многодисковых роторов на шарикоподшипниках / Проблемы прочности. 2013. № 3. С. 86 - 96.

References

1. Kuznetsova O.R. Ekonomicheskaya effektivnost' sistem detsentralizovannogo energosnabzheniya: na primere Khabarovskogo kraya. Diss. kand. ekon. nauk [Economic efficiency of decentralized energy supply systems: the example of the Khabarovsk Territory. Cand. econ. Sciences dis.]. Komsomol'sk-na-Amure, 2002. 180 p.

2. Efimov N.N. Mikroenergokompleks na baze vlazhno-parovoi turbiny [Microenergy complex based on wet-steam turbine]. Ener-gosberezhenie. Spetsializirovannyi zhurnal, no. 6, 2013, pp. 54 - 55. (In Russ.)

3. Efimov N.N., Parshukov V.I. et al. Mikroturbinnaya ustanovka dlya effektivnogo energosnabzheniya avtonomnykh individu-al'nykh potrebitelei [A microturbine plant for efficient power supply of autonomous individual consumers]. Izv. vuzov Sev.-Kavk. region. Tekhn. nauki, 2013, no. 1, pp. 51 - 55. (In Russ.)

4. SNIP 2.01.01-82 Stroitel'naya klimatologiya.

5. Popel' O.S., Frid S.E., Kiseleva S.V., Kolomiets Yu.G., Lisitskaya N.V. Klimaticheskie dannye dlya vozobnovlyaemoi energetiki

(baza klimaticheskikh dannykh) [Climatic data for renewable energy (climate data base)]. Moscow: OIVTRAN, 2010, 56 p.

6. Il'ina T.E. [On the problem of designing and controlling the oscillations of a high-speed gas-static bearing]. Sbornik materialov mezhdu-narodnoi nauchnoi konferentsii [Collection of materials of an international scientific conference]. Moscow, 2015. (In Russ. )

7. Filipkovskii S.V. Svobodnye nelineinye kolebaniya mnogodiskovykh rotorov na sharikopodshipnikakh [Free nonlinear oscillations of multi-disk rotors on ball bearings]. Problemyprochnosti, 2013, no. 3, pp. 86 - 96. (In Russ.)

Поступила в редакцию /Receive 29 мая 2018 г. /May 29, 2018

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.