CC BY
80
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
И - 5Ф
8Ф
3 —
1 з;
е 8
М-■
18
^Ф
е 8ф
£--2 4
е2 8Ф*
^--, К - М + 3 .
3М
Для удобства относительные характерные толщины для градиентного закона распределения профиля скорости при различных значениях т сведены в таблицу.
Значения характерных относительных толщин для градиентного закона распределения скорости по толщине III 1С
т И 3 М Ь К
1 3 0,8 1,25 0,66(6) 0,66(6) 2,05
2 2,5 0,7229 1,5807 0,7054 0,6173 2,3036
7 2,1429 0,6416 1,9187 0,7081 0,5752 2,5603
9 2,11(1) 0,6329 1,9545 0,7065 0,5711 2,5874
11 2,09(09) 0,6272 1,9779 0,7053 0,5685 2,6051
Далее записываем уравнение импульсов пространственного пограничного слоя в проекциях на естественную систему координат ф и у.
Для решения уравнения необходимо знать закон трения. Все предшествующие расчетные методики основывались на решении уравнения импульсов при подстановке закона трения для турбулентного течения. Турбулентное течение в пространственном пограничном слое возникают лишь в направлении переносных скоростей, в то время как в относительном направлении течения скорости невелики и имеет место ламинарное течение.
Приняв во внимание этот факт, появляется необходимость создания новой методики, учитывающей сложное поведение потоков в проточных частях энергосиловых установок.
После подстановки получается новая система уравнений, после интегрирования которой могут быть получены достоверные параметры сложных течений в различных элементах проточных частей энергосиловых установок, в частности - в межлопаточных каналах турбомашин.
© Горошко В. С., Черненко Е. В., Кишкин А. А., 2010
УДК 621.436
А. В. Делков Научный руководитель - М. Г. Мелкозеров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ УСТАНОВОК РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА БАЗЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Обозначены перспективы развития децентрализованной системы электроснабжения с использованием в качестве источников энергии генераторов с газотурбинными двигателями.
Производственный потенциал энергетики России в настоящее время составляет более 700 электростанций общей мощностью 215 млн. кВт. Согласно оценкам экспертов, 37 % мощностей электростанций выработали свой ресурс и требуют замены. Износ линий электропередач всех классов превышает 25 %, подстанций - 45 % [1]. Все это свидетельствует о нарастающей вероятности аварий в системе централизованного электроснабжения.
Возможным выходом из сложившейся ситуации можно считать частичный переход к децентрализованной системе электроснабжения. В развитых странах мира 10...25 % электроэнергии производится средствами малой энергетики. В России всего 0,5 % [1]. Развитие этого направления тормозится из-за высоких финансовых вложений и длинного (до 3 лет) срока окупаемости установки.
Актуальность использования установок резервного электроснабжения в частном хозяйстве (мощностью до 150.200 кВт) с каждым годом возрастает. Наиболее распространенные варианты таких автономных энергоустановок:
- дизель-генераторные;
- газопоршневые;
- газотурбинные.
Дизель-генератроные установки - самый распространенный вариант. Они давно применяются в качестве аварийных и автономных источников электроэнергии. Существуют дизельные электростанции мощностью от 10 кВт. Такие установки позволяют автономно получать электроэнергию, однако требуют до 0,37 л топлива на один выработанный кВт энергии. Кроме того, эти источники энергии не всегда обладают необходимыми свойствами по соображениям выбросов вредных веществ в атмосферу, шуму, вибрации, массе и другим характеристикам.
Газопоршневые установки могут выдавать от 88 до 1000 кВт электроэнергии. Они созданы на базе поршневого двигателя, могут работать на природном газе, попутных нефтяных газах, коксовом, пи-ролизном, шахтном газе.
Газотурбинные установки (ГТУ) - работают по принципу газотурбинного двигателя. Существуют установки с мощностью от 30 кВт (так называемые
Секция «Моделирование физико-механических и тепловьх процессов в машинах и аппаратах»
микротурбины) до 25 МВт. В последнее время для автономного электроснабжения газовых, нефтяных и других месторождений широкое распространение получили газотурбинные электростанции мощностью 2,5...25 МВт [2].
Относительно низкая стоимость природного газа позволяет минимизировать затраты на производство электроэнергии с использованием газовых установок. Из-за особенностей работы КПД по электричеству у газотурбинных установок (25.34 %) ниже, чем у газопоршневых (36.45 %). При использовании системы утилизации тепла и охлаждающих жидкостей в обоих случаях КПД выравнивается и становится 80.85 %. Кроме того, с повышением мощности установок растет и КПД.
Особую актуальность в аспекте электроснабжения частного хозяйства приобретают микротурбинные установки мощностью 30.200 кВт (см. таблицу), производящие энергию высокого и стабильного качества из различных видов топлива. Одно из преимуществ микротурбинных установок - высокая плотность мощности (с учетом занимаемой площади и веса).
Сравнительные характеристики микротурбинных установок Сар«1опе
Преимущества газотурбинных установок: - нагрузка не циклическая, возникающие инерционные центробежные силы малы по сравнению с инерционными силами в газопоршневых установках. Соответственно у ГТУ большая надежность по прочности продолжительнее периоды между техническими обслуживаниями (2000 ч. по сравнению с 1000 ч. для газопоршневых установок);
- минимальные вредные выбросы (выбросы окислов азота у газовых турбин в 2,5 - 3 раза меньше, чем выбросы поршневых двигателей);
- слабые низкочастотные вибрации;
- работа на частичных нагрузках (менее 50%) не влияет на состояние турбины;
- несколько ГТУ можно объединять в кластеры.
Проблемы использования газотурбинных электростанций:
- низкий КПД по электричеству;
- высокая чувствительность к останову и последующему пуску турбины;
- такие установки сложнее в эксплуатации и ремонте;
- нужен подвод газа высокого давления.
Несмотря на существующие проблемы, процент
применения микротурбинных установок в России растет. Они используются для электроснабжения административных зданий, складских помещений, торговых центров. В таких установках чаще используются микротурбины Capstone, General Electric, Kawasaki и др.
Необходимость повышения надежности и качества электроснабжения обуславливает переход к децентрализированной схеме с использованием установок малой энергетики. Тенденции в ценах на энергоносители, экологическая политика делают использование газовых установок самым приемлемым вариантом. Развитие малой энергетики России на базе газотурбинных двигателей весьма актуально и перспективно.
Библиографические ссылки
1. Терехин А. Н., Слесаренко И. В., Горланов А. В. [и др.]. Перспективы развития автономных источников энергоснабжения на базе газопоршневых и газотурбинных двигателей // Двигателестроение. 2007. № 1 (227). С. 30-33.
2. Быстрицкий Г. Ф. Установки автономного и резервного электроснабжения // Промышленная энергетика. 2008. № 2. С. 13-23.
© Делков А. В., Мелкозеров М. Г., 2010
Модель Мощность, кВт КПД по электричеству, % Расход топлива, м3/ч Температура выхлопных газов,С Вес турбины, кг
С30 30 26 12 275 578
С65 65 29 23 309 1121
С200 200 33 65 280 3180
УДК 629.7.05
В. А. Лапшина, П. А. Чертыковцев Научный руководитель - Д. А. Угланов Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва, Самара
ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОВЕРШЕНСТВА СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ БОРТОВОГО ЛАЗЕРНОГО КОМПЛЕКСА
Рассматриваются различные системы охлаждения лазерного бортового комплекса, служащие для отвода тепла от лазерной установки в ходе его работы, проводится эксергетический анализ совершенства таких систем и на основе полученных данных делается вывод о наиболее оптимальной системе охлаждения лазерного бортового комплекса.
Для разработки научной аппаратуры для мониторинга атмосферы, лазерной локации и связи на борту летательного аппарата используются борто-
вые лазерные комплексы [1]. Характеристики и возможности таких лазерных комплексов обусловлены параметрами, свойствами и мощностью излучения.
