Разработка экспериментального стенда паротурбинной установки на низкокипящем рабочем теле Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Двигатели, энергетические установку и системы жизнеобеспечения летательныхi аппаратов

рукции трехмерной структуры объекта исследования, будь то объемная структура твердотопливного заряда или факел в результате его горения. Установка состоит из двух систем регистрации, смонтированных на вращающемся вокруг корпуса РД основании под углом 90° друг к другу для исключения взаимного влияния. Основание, в свою очередь, может перемещаться по направляющим вдоль корпуса РД. Рентгеновская система состоит из источника коллимирован-ного, «монохроматизированного» рентгеновского излучения 50...150 кэВ, оптического преобразователя на основе стекловолоконных планшайб с напыленным люминофором типа 2и8, CdS, системы линз и высокоскоростной фотокамеры. Оптическая система регистрации состоит из оптической системы и высокоскоростного спектрографа. Предполагается одновременная работа обеих систем сбора информации. Во время испытаний система производит сбор данных для заданного числа сечений корпуса РД, перемещаясь вдоль него, вращаясь вокруг корпуса, регистрирует необходимое для обработки количество двумерных проекций для каждого сечения, 5.7 обычно вполне достаточно для восстановления форм. Дальнейшее увеличение числа собираемых проекций значительно

повышает требования к системам сбора и обработки информации. Дальнейшая восстановительная обработка информации происходит в вычислительном комплексе.

Для решения обратных задач по реконструкции конфигурации формы поверхности зон сублимации, восстановления пространственного распределения локальных значений интенсивностей, температур, концентраций компонент, авторами разработана совокупность методов, основанная на сферотангенци-альной геометрии регистрации и реконструкции. Это дает возможность с помощью унифицированных алгоритмов Фурье-преобразований, свертки и т. д. производить восстановление искомых параметров в задаваемых элементах объема исследуемых образцов. Отличительной особенностью математического обеспечения является то обстоятельство, что вычислительные средства в основном работают с одномерными массивами проекционных данных их Фурье-образов, это дает возможность значительно разгрузить вычислительный комплекс. Как показала практика, в качестве последнего удобно использовать кластеры и компактные супер-ЭВМ высокой производительности.

O. V. Philonin

Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolev (National Research University), Russia, Samara

S. S. Valitskii

FSUI SRRSRC «TsSKB-PROGRESS», Russia, Samara

3D METHOD OF FEW-VIEW TOMOGRAPHIC RESEARCH OF THE COMBUSTION PROCESS OF THE SOLID FUEL IN SOLID-FUEL ROCKET ENGINE

The method offew-view 3D tomographic reconstruction is offererd to be used for the study of the physical processes running in solid-fuel rocket engine. The research of solid fuel charge and engine construction elements as well as gas dynamic processes in the combustion chamber is possible with the help of combined x-ray and optical method.

© OHTOHHH O. B., BanmEHH C. C., 2010

УДК 658.26; 621.165.1

А. А. Ходенков, А. В. Делков, М. Г. Мелкозеров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

НА НИЗКОКИПЯЩЕМ РАБОЧЕМ ТЕЛЕ

Оценены перспективы использования паротурбинных установок на низкокипящем рабочем теле в качестве потребителей возобновляемых и низкопотенциальных источников энергии. Построен цикл установки и произведен его термодинамический анализ. Разработаны методика испытания и алгоритм расчета подобных установок.

Из года в год все большую силу набирает энергетический кризис. Особенно актуальна тема кризиса для России и стран СНГ. Причин этому несколько, и если одна из них, по подсчетам ученых, наступит в отдаленном будущем, то другая назревает в настоящее время.

Кроме того, по оценкам ученых [1], вследствие адекватных законов развития спад добычи энергоемких полезных ископаемых, главным образом нефти, наступит в ближайшие десятилетия.

Между тем, энергозависимость прогрессивного человечества с развитием технологий возрастает. Вы-

Решетневские чтения

ходом из сложившейся ситуации можно считать внедрение альтернативной энергетики или более эффективное использование существующей.

Техническая сторона вопроса обусловливает использование возобновляемых источников (энергии солнца, термальных вод) или утилизацию выбросов ТЭС. В этом случае встает проблема низкопотенци-альности используемого тепла: на выходе паровой турбины температура отработавшего пара колеблется около 100 °С, эффективный тепловой поток солнечной энергии меньше. Здесь актуальность приобретают тепловые двигатели на низкокипящем рабочем теле (НРТ). Затраты на парообразование таких рабочих тел значительно меньше, чем, например, для воды. В качестве теплового двигателя ввиду низких уровней энергии тела целесообразно использовать паровую турбину.

Таким образом, возникает задача разработки теоретических моделей протекающих процессов экспериментальных установок и методов исследования ПТУ НРТ. В ходе исследований авторы предприняли попытку решить эту задачу.

Термодинамический анализ цикла показал КПД порядка 16 %, т. е. при затрате 30 кВт тепловой мощности бросового источника эффективная мощность турбины составит 4,8 кВт. Следует отметить, что особенность автономных турбин в том, что важно получить не максимальное значение КПД, а высокую удельную работу.

На основе цикла была спроектирована установка ПТУ НРТ (см. рисунок).

Принцип работы установки следующий. Хладагент получает тепло от источника (горячая вода) в испарителе (И), за счет чего он испаряется и нагревается. После этого хладагент поступает на экспериментальный участок, где расширяется с отводом энергии в турбине (Т). Давление и температура хладагента при этом снижаются. Далее хладагент поступает в конденсатор (К), где конденсируется за счет взаимодействия с источником холода (холодная вода). Жидкий хладагент сливается в ресивер, откуда отбирается циркуляционным насосом Н и подается в конденсатор.

Принципиальная схема установки

Измерение эффективной мощности турбины производится пневмотермометрическим методом на потребителе - гидротормозе. В качестве него используется центробежный насос, перекачивающий воду. Для оценки мощности турбины требуются параметры сообщенного воде количества энергии, что оценивается посредством данных о давлении и температуре воды на входе и на выходе из насоса.

Для анализа экспериментальных данных был разработан алгоритм. Особенность планируемых экспериментальных исследований в том, что коэффициенты потерь в сопловом аппарате и рабочем колесе определяются экспериментально, исходя из измеренных полных и статических давлений.

Результаты теоретических исследований показали актуальность теоретических и экспериментальных исследований ПТУ НРТ. Проведенный термодинамический анализ выявил КПД установки около 16 %, что является высоким показателем для подобного рода установок. Разработаны расчетно-конструкторские методики и алгоритмы анализа эффективности подобных установок.

Разработка таких установок - актуальное и перспективное направление малой энергетики.

Библиографическая ссылка

1. Макаров О. Когда настанет «пик-ойл» // Популярная механика. 2010. № 5 (91). С. 32-40.

A. A. Hodenkov, A. V. Delkov, M. G. Melkozerov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

ENGINEERING OF EXPERIMENTAL STAND OF STEAM TURBINES INSTALLATION AT LOW-BOILING WORKING MEDIUM

The prospects of the use of steam turbines installations at low-boiling working medium as consumers of reproduced and low-grade sources of energy are estimated. The cycle of installation is constructed and its thermodynamic analysis is carried out. Methodology for testing and algorithm of similar installations calculation is developed.

© XogeHKOB A. A., fleiKOB A. B., MeiK03ep0B M. T., 2010