CC BY
101
Вибір спільних режимів роботи газотурбінного приводу і відцентрового компресора визначає ефективність і надійність функціонування системи турбомашин, що підлягає аналізу в складі газоперекачувального агрегату згідно вимог експлуатації
Ключові слова: газотурбінний двигун, відцентровий компресор, газоперекачувальний агрегат, характеристика, коефіцієнт корисної дії
Выбор совместных режимов работы газотурбинного привода и центробежного компрессора предопределяет эффективность и надежность функционирования анализируемой системы турбомашин в составе газоперекачивающего агрегата в соответствии с требованиями эксплуатации
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, центробежный компрессор, газоперекачивающий агрегат, характеристика, коэффициент полезного действия
Selection ofshared modes ofoperationfor gas turbine engine and centrifugal compressor pre-determi-nes efficiency and reliability of operation of analyzed system of turbo-machines as a part of turbo-compre -ssor package according to operation requirements Key words: gas turbine engine, centrifugal compressor, turbo-compressor package. characteristics, efficiency
УДК 62-15
СОГЛАСОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ГТД-ЦК И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО
АГРЕГАТА
В . В . Р о м а н о в
Кандидат технических наук, доцент, генеральный директор*
Ю . С . Б у х о л д и н
Кандидат технических наук, технический директор*
В.П. Парафейник
Доктор технических наук, ведущий научный сотрудник* *ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» ул. Горького, 58, г. Сумы, 40004 Контактный тел./факс (542) 78-68-20; 78-68-21 E-mail: [email protected]
В . Е . С п и ц ы н
Кандидат технических наук, главный конструктор*
В . Н . Ч о б е н к о
Начальник отдела* *ГП НПКГ «Зоря» - «Машпроект» пр-т Октябрьский, 42А, г. Николаев, Украина, 54018 Контактный тел.: (0512) 49-76-76
Особенностью рабочего процесса газоперекачивающего агрегата (ГПА) компрессорной станции (КС) магистрального газопровода, как энергетической системы, является то, что в ней осуществляется двойное преобразование энергии: химической энергии топлива в механическую энергию газотурбинного привода (ГТП) и механической энергии в потенциальную энергию давления газа в компрессоре агрегата. Следовательно, изменение эффективности ГПА в соответствующем диапазоне режимов его работы зависит от уровня и характера изменения коэффициента полезного действия (КПД) как привода, так и компрессора. Например, в случае ГПА с электроприводом, КПД которого имеет практически линейный характер зависимости Пэл = /(Р2 / Р2ном) в области рабочих нагрузок (рис. 1), изменение эффективности агрегата, т.е. характер зависимости Пегпа = /(N0) будет определяться, в основном, характером изменения КПД центробежного компрессора (ЦК) в расчетном диапазоне его производительности (мощности ГПА) (рис. 2).
Рис. 1. Зависимость КПД асинхронного нерегулируемого электродвигателя от нагрузки [1]
Для ГТП является свойственным иной характер изменения зависимости КПД от производимой мощности (N0). В частности, на рис. 3 представлена зависимость пе = /(N0) для установки с регенеративным рабочим циклом ГТУ-16Р мощностью 16 МВт, разрабатываемой ГП НПКГ «Зоря»-«Машпрооект» [2]. Анализ особенностей характеристик пе = /(N0) для ГТП и ЦК, а также требований к режимам работы ГПА позво-
Е
ляют сделать взвод о том, что оценка эффективности и выбор наиболее целесообразных режимов работы агрегата с газотурбинным двигателем (ГТД) должны осуществляться на основе решения следующих задач:
- согласование характеристик системы ГТД-ЦК с целью выбора наиболее эффективных конструктивных параметров турбомашин в составе ГПА;
- обоснование методики определения Пегпа и выявления режима (Пегпа) мах при наличии определенных конструктивных и технологических ограничений, возникающих при создании ЦК и ГТД;
- оценка эффективности ГПА по величине расхода топливного газа и выявление наиболее целесообразного режима работы агрегата по этому показателю.
Рис. 2. Размерные характеристики компрессора агрегата ГПА-Ц-16СР/76-1,44 (РК=7,45 МПа; ТН=288 К; R=506,8 Дж/(кгК)
ч,н
40
5200 сб/мин
ЯС1=
“ Псі=б50С об/мнн
г
/
/
Рис. 3. Зависимость КПД ГТУ-16Р от мощности на выходном валу силовой турбины при различных вариантах ее исполнения
В настоящей публикации на примере анализа характеристик ЦК и ГТП агрегата типа ГПА-Ц-16СР для линейной КС представлены результаты решения указанных задач.
В связи с тем, что характеристики ЦК выбираются, исходя из требуемых режимов работы КС магистрального газопровода, одним из важнейших требований к приводу ГПА в общем случае является возможность обеспечения им наиболее целесообразных режимов эксплуатации агрегата. Это означает, что на предпро-ектной стадии работ следует анализировать влияние как ЦК, так и ГТП на изменение его эффективности. Следует отметить также, что на сегодняшний день в нормативных документах понятие КПД агрегата, как одной из его важных характеристик, отсутствует. Как правило, он подменяется понятиями КПД газотурбинного привода или расход топливного газа, которые и используются в качестве интегрального показателя эффективности агрегата. При таком подходе к оценке эффективности ГПА вопрос о влиянии особенностей характеристики ЦК на эффективность агрегата по расходу топливного газа из анализа выпадает.
В работе [3] сформулирована идея о том, что согласование характеристик турбомашин различного типа в составе энергосистемы следует осуществлять с использованием коэффициента удельной быстроходности (коэффициента формы). В работах [4, 5] и других публикациях на примере анализа эффективности системы «силовая турбина (СТ)-ЦК» агрегата ГПА-Ц-16/76-1,44 с двигателем НК-16СТ и агрегатов другого типа с промышленными ГТД номенклатуры АО «УТМЗ» и АО «Невский завод» обосновывалась возможность достижения оптимального режима работы ГПА с использованием условия
К пст-цк = Кпст = Кпцк, (1)
где Кпст-цк, Кпцк, Кпст - коэффициенты удельной быстроходности системы СТ-ЦК, ЦК, СТ, соответственно.
При этом Пст-цк = П*иПцкп, где П*и - окружной (мощ-ностной) КПД СТ по заторможенным параметрам. Возможность соблюдения условия (1) при создании привода и ЦК обосновывалась возможностью выбора наиболее целесообразной геометрии проточной части (ПЧ) СТ и ЦК, а также их кинематических параметров. Условие (1) в работе [4] использовалось, исходя из того, что Кпцк и Кпст определяются следующим образом [3-5]:
- коэффициент удельной быстроходности (безразмерной частоты вращения) СТ:
Кпст = Фо°,5/ц°,75, (2)
где Ф0 - условный коэффициент расхода газа по параметрам на входе в ступень;
ц = Ни/иср2 - коэффициент нагрузки ступени;
Ни - удельная работа расширения, Дж/кг; иср - окружная скорость рабочего колеса, м/с;
- коэффициент удельной быстроходности ЦК:
Кпцк = з!' ^5/Нд0,75, (3)
где V! - объемный расход газа на входе в компрессор, м3/с;
Нд - внутренний напор компрессора, Дж/кг.
С использование подходов, изложенных в [3-5] и других публикациях, на предпроектной стадии работ по созданию установки ГТУ-16Р была предпринята попытка оптимизации характеристик СТ и ЦК с целью достижения максимального значения КПД агрегата ГПА-Ц-16СР/76-1,44, который может быть создан на
3
основе газотурбинного привода новой конструкции. Анализировались варианты ЦК с различной геометрией ПЧ и расчетной частотой вращения 5100 и 6500 об/мин.
Основные геометрические характеристики ПЧ компрессоров, первоначально выбранных для анализа, представлены в табл. 1. Исходные зависимости Ппцк = ДКпцк), Пе(Пест)= (Кпст) для анализа характеристик становки ГТУ-16Р в составе ГПА представлены на рис. 4.
Зависимости построены при условии пст=пцк=тш^
Крайние левые точки на линиях КПД турбины и ГТУ соответствуют расчетному режиму работы при ^ом=16 МВт и Кп=0,29 (для СТ с частотой вращения 5200 об/мин) и Кп=0,37 (для СТ с частотой вращения 6500 об/мин).
II 1 '
КПД СТ 5100 об/мин
у л
/
N
■ч •V Ч
I- п д г т 5 б IV И ч
4 ч
\ Ч ч
ч / Ч і
/ / ч ч
/ \ \ т У 5 X /ь и н -
\ ч К11Д1
/ / \ N
у
V, 1 1 1 1 1
КПД ЦК
0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 Кп
Рис. 4. Зависимость КПД ГТУ, СТ и ЦК от коэффициента удельной быстроходности
Таблица 1
Основные геометрические характеристики проточных частей ЦК
Как видно из рис. 4, оптимальные значения коэффициентов удельной быстроходности для указанных ЦК составляют 0,24 и 0,30 при значениях Кпст соответственно 0,3 и 0,4. При этом КПД установки при п = 6500 об/мин меньше почти на 1 % (абс.) по сравнению с вариантом ГТУ с расчетным значением частоты вращения 5100 об/мин. Таким образом, расчетный анализ характеристик ЦК и СТ показывает, что невозможно совмещение зависимостей ппцк = /(Кп) и Пест = ДКп) для обеспечения оптимальных значений по КПД.
Углубленный анализ методики оптимизации параметров СТ и ЦК, изложенный в работе [4], показывает, что для согласования Кпст и Кпцк необходимо специально проектировать не только СТ и ЦК, но и газогенератор ГТД.
С целью проверки согласованности параметров СТ и ЦК в различных агрегатах выполнен анализ показателей удельной быстроходности для агрегатов типа ГПА-Ц-16С, оснащенных серийным компрессором НЦ-16/76-1,44 и различными ГТД.
Значения коэффициентов удельной быстроходности СТ и ЦК представлены в табл. 2.
Таблица 2
Значения коэффициентов удельной быстроходности СТ и ЦК в составе агрегатов типа ГПА-Ц-16С для расчетного режима работы
Тип агрегата Тип ГТД Мощ- ность, кВт КПД ГТД, % Частота вращения СТ, об/мин КПД СТ, % Кпст Кпцк
ГПУ-16 ДЖ59 16000 30 5100 92,0 0,327 0,235
ГПА-Ц- 16С ДГ90 16000 33,5 5100 92,5 0,21 0,235
ГПА-Ц- 16СР ГТУ- 16Р 16000 40,3 5100 92,3 0,232 0,235
Параметр Серийный компрессор п =5200 об/мин Новый компрессор п = 6500 об/мин
1 ступ. 2 ступ. 1 ступ. 2 ступ. 3 ступ.
D0, мм 490 490 432 423 423
D2, мм 835 835 765 765 765
D3, мм 955 955 771.8 771.8 771.8
D4, мм 1209 1209 1320 1320 1320
м 2 са 57 51 55.9 51 46.4
РЛ2, град. 32 32 32 32 32
Х1-2, шт. 15 15 11 11 11
0, град 2 2 7° 56’ 8° 27’ 8° 27’
Режимы работы, соответственно, с Кп < 0,29 и Кп < 0,37 (левые ветви зависимости пест = /(Кп)) нереализуемы, т.к. температуры рабочего тела по проточной части турбины ГТУ на этих режимах превышают их номинальные значения. Точки (г|п)мах для ЦК также соответствуют номинальному режиму. Однако характеристики г|пцк = /(Кп) для ЦК условно представлены во всем диапазоне значений Кп для данных ПЧ без учета наличия помпажных режимов ЦК, что ограничивает, как известно, работу компрессора на левой ветви характеристики.
В каждом из приведенных выше вариантов силовые турбины ГТД спроектированы на параметры близкие к оптимальному значению характеристического коэффициента х = иср/Сад с учетом обеспечения приемлемых напряжений в лопатках СТ. Силовые турбины рассматриваемых ГТД имеют достаточно высокий уровень КПД (пест = 0,92^0,925), что не позволяет обеспечить их существенное улучшение.
Коэффициент удельной быстроходности СТ может быть определен по зависимости [4]:
V0’5
к ст = .п •—— (4)
Кп 30 Пст Н075 , (4)
где V, - объемный расход газа на входе в сопловой аппарат ступени СТ.
Анализ зависимости (4) показывает, что коэффициент удельной быстроходности СТ зависит от ее частоты вращения и параметров, которые определяются параметрами цикла ГТД: объемного расхода газа на входе в турбину (V,) и удельной работы (Ни). Таким образом, величина Кпст согласно (4) для данного газогенератора зависит только от частоты вращения СТ, которая в свою очередь определяется частотой вращения ЦК. Следовательно, значение коэффициента удельной быстроходности турбины при заданной частоте ее вращения не может быть существенно изменено путем изменения ее геометрических характеристик.
€
Метод согласования характеристик ЦК и СТ газотурбинного привода в составе ГПА, изложенный в работе [3] и развитый применительно к приводам авиационного (НК-СТ) и промышленного (ГТ-10-4, ГТН-25) типов в работах [4, 5], представляет интерес в научном плане и, возможно, может быть использован в случае разработки ГТД, но при отсутствии каких-либо ограничений с точки зрения необходимости применения реально существующих систем близких по параметрам к вновь разрабатываемым (компрессоры - газовый ЦК и воздушные компрессоры ГТД, СТ и т.д.). В связи с тем, что установка ГТУ-16Р создается с использованием компрессора низкого давления ГТД ДМ80, ниже будет рассмотрен другой подход к согласованию характеристик ЦК и СТ с целью достижения максимальной эффективности агрегата типа ГПА-Ц-16СР.
Функционально газовый ЦК является основной системой ГПА, так как от него зависят энерготехнологические показатели агрегата и КС. Однако ГТД, являясь также как и ЦК, наукоемким, но более сложным изделием в первую очередь предопределяет возможность создания высокоэффективного агрегата. В связи с этим был выбран следующий подход для согласования характеристик ЦК и ГТД в составе агрегата:
- проектирование высокоэффективной проточной части ЦК;
- расчетный анализ характеристик ГТУ мощностью 16 МВт с регене-ративным рабочим циклом во всем диапазоне режимов работы ЦК;
- определение интегрального КПД агрегата, исходя из энергетического и и механического баланса привода и ЦК.
Газодинамические и мощностные характеристики ЦК, выбранного для комплектации агрегата типа ГПА-Ц-16СР, представлены выше на рис. 2. ПЧ компрессора состоит из 3-х ступеней с безлопаточными диффузорами и обеспечивает на номинальном режиме политроп-ный КПД 0,87. Применение такой ПЧ обеспечивает достаточно пологую газодинамическую характеристику ЦК и достижение высоких КПД агрегата во всем диапазоне его режимов эксплуатации ЦК при сохранении автомодельных режимов по числам Яе^, что, как правило, соблюдается в натурных условиях эксплуатации при значении критерия Ми2 =0,52 для данной ПЧ.
Рис. 5. Зависимость КПД ГТУ-16Р от мощности при различной частоте вращения силовой турбины
ГТУ-16Р создается на базе двухвального ГТД регенеративного цикла со свободной силовой турбиной. За основу компрессора принят девятиступенчатый КНД
двигателя ДМ80 с лопатками, спроектированными по методике S-образного профилирования. С целью обеспечения необходимой степени повышения давления на выходе из компрессора добавлены две осевые ступени. Турбина компрессора - одноступенчатая, охлаждаемая, силовая турбина - одноступенчатая неохлаждаемая консольного типа. Умеренные параметры цикла позволяют обеспечить большой ресурс и высокую надежность двигателя. При работе ГТУ-16Р в качестве привода ЦК эффективный КПД установки при частоте вращения пст = 3640 -^5460 об/мин изменяется в диапазоне значений Пе = 0,322^0,403.
На внешней характе-ристике ГТД (рис. 6) показана зона совместных режимов (AВCD) работы ЦК и СТ. Линия EF отображает точки оптимального режима работы ГТД с максимальным КПД. Режимы работы ЦК с максимальным пцк прибли-жаются к границе АВ. Характеристика ГТД по мощности и КПД в зоне совместных режимов работы двигателя и компрессора достаточно пологая, а их оптимальные режимы работы близки. При приближении рабочей точки ЦК к линии CD КПД компрессора снижается, но на этих режимах ГТД работает вблизи оптимума и обеспечивает максимально возможный КПД. Таким образом, с точки зрения повышения эффективности системы СТ-ЦК за счет подбора СТ с более оптимальной характеристикой резервы практически отсутствуют, но увеличение КПД ЦК позволит повысить эффективность системы и снизить расход топливного газа при эксплуатации агрегата.
Ыотн = 1,0 у/*' />• >в. 1
__— “I 1
Ыотя = 0 8 —^ 1
\ 4
кг эти = 0,6 ^ - _ ^ - Iе
- ^ 1 ■— ' 1
А .. *-* 1 1
г 1
1 Б 1 1
3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200 пет, об/мин
Рис. 6. Зависимость мощности ГТУ-16Р от частоты вращения силовой турбины при различных относительных режимах работы
Вопрос оптимизации характеристик системы СТ-ЦК по коэффициенту удельной быстроходности имеет теоретический интерес, но на практике для оценки эффективности ГПА, а именно это в конечном итоге интересует разработчиков нового оборудования, целесообразно использовать критерий эффективности системы ГТД (ГТУ)-ЦК. Такой подход позволяет выполнять сравнение эффективности ГПА с различными ГТД. При этом независимо от типа ГТД нормально спроектированные СТ будут иметь приблизительно равные КПД, т.е. показатели эффективности системы СТ-ЦК при достаточно произвольном соотношении коэффициентов удельной быстроходности СТ и ЦК также будут примерно одинаковы. Подтверждением этому является сравнение показателей ГТД ДЖ59, ДГ90 и ГТУ-16Р, которые имеют различные коэффициенты удельной быстроходности СТ (табл. 2), но
близкие показатели эффективности системы СТ-ЦК при существенно отличающихся показателях эффективности системы ГТД-ЦК.
Определение интегральной эффективности ГПА при наличии зависимостей ппцк = /(N0) и пе = /(N0) и других расчетных данных осуществлялось на основе Первого закона термодинамики. Для компрессорной установки природного газа с ГТД регенеративного цикла (также как и для двигателя простого рабочего цикла) энергетический баланс соблюдается по условию [6]:
Gxл,■Qн■nе = Gгцк■НдЦК /Ппцк-Пмехцк, (5)
где Gx.г - расход топливного газа в ГТД, кг/с;
- низшая теплотворная способность топлива,
Дж/кг;
Пе, Ппцк - эффективный КПД двигателя и политроп-ный КПД компрессора;
Пмехцк - механический КПД ЦК;
Gгцк - массовый расход газа в ЦК.
Интегральный КПД при анализе эффективности агрегата может быть определен по известной зависимости:
Пегпа = Пе-Ппцк (6)
Следует подчеркнуть, что показатель (6) является в значительной мере условным. Это связано с тем, что он принят без учета особенностей рабочих процессов, осуществляемых в ЦК и ГТУ и в этом смысле не имеет корректного обоснования, так как он не соответствует основам термодинамического анализа энергетических превращений, осуществляемых в рассматриваемой системе. Тем не менее, с его использованием можно выполнять сравнительный анализ эффективности различных вариантов ГПА, создаваемых, например, на базе одной и той же конструкции ГТД с различными модификациями ЦК.
Результаты расчета эффективности агрегата типа ГПА-Ц-16СР с выбранной ПЧ компрессора с КПД 87% в виде зависимостей Пегпа = /(^) и Gx.г = /(^) представлены на рис. 7.
На основе анализа полученных данных можно сделать вывод о том, что величина Пегпа для расчетного режима изменяется в диапазоне 27^35 %, а расход топливного газа в ГТД составляет 0,564^0,78 кг/с для режимов работы по частоте вращения СТ в диапазоне 3640-^5100 об/мин. Следует отметить, что для серийного агрегата типа ГПА-Ц-16С, созданного на основе ГТД типа ДГ90, расход топливного газа для аналогичных режимов работы изменяется в диапазоне 0,71^0,96 кг/с [8].
расчетная (_____- п=5100 об/мин) и
минимальная (_____- п=3640 об/мин)
частота вращения СТ ГТУ-16Р
Рис. 7. Эффективность газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16СР/76-1,44
Судя по характеру полученных данных, наблюдается линейная зависимость анализируемых параметров в диапазоне мощностей 5 -^8 и 11^16 МВт (рис. 7). Недостатоком методики анализа эффективности ГПА с использованием условия (6) является то, что она не позволяет выявить особенности влияния параметров ГТД и ЦК на интегральную характеристику ГПА. Как известно, это может быть выполнено на основе углубленного термодинамического анализа характеристик ГПА или компрессорной установки в целом с привлечением Второго закона термодинамики [7]. Ограниченные рамки статьи не позволили выполнить такой анализ в данной работе применительно к агрегату ГПА-Ц-16СР/76-1,44.
Результаты расчета основных параметров исследованных вариантов установки ГТУ-16Р на номинальном режиме работы представленны в табл. 3. Вариант 1 - с использованием в качестве нагрузки серийного компрессора НЦ-16/76-1,44; вариант 2 - с использованием нового ЦК с номинальной частотой вращения 6500 об/ мин; вариант 3 - с использованием ЦК с новой высокоэффективной ПЧ, обеспечивающей КПД до 87%.
Таблица 3
Варианты ГПА на базе ГТУ-16Р с различными ЦК
Вариант 1 2 3
Мощность ГТД, кВт 16000
Частота вращения СТ, об/мин 5200 6500 5200
КПД ГТД, % 40,3 39,1 40,3
КПД* СТ, % 92,3 91,1 92,3
КПД компрессора,% 84 85,05 87
КПД агрегата, % 33,85 33,25 35,06
Примечание: * - эффективный КПД СТ по полным параметрам
Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что вариант 2 с частотой вращения СТ 6500 об/ мин имеет наименьшие значение КПД ГТД и КПД агрегата. Следует обратить внимание на то, что эффективный КПД турбины по полным параметрам в этом варианте меньше на 1,2% (абс.), а уменьшение КПД ГТД составляет 3% (отн.). Такое различие вызвано увеличением скорости потока на выходе из быстроходной турбины примерно в 1,7 раза по сравнению с турбиной с номинальной частотой вращения 5200 об/мин, что приводит к увеличению потерь с выходной скоростью и в газоотводе ГТД. Специальное проектирование выхлопного патрубка турбины позволит уменьшить эти потери, но приведет к удлинению затурбинного диффузора и, соответственно, удлинению рессоры, что, возможно, потребует дополнительных конструктивных мероприятий по обеспечению работоспособности такой конструкции. При блочно-контейнерной компоновке ГПА такое решение повлечет за собой увеличение массогабаритных характеристик агрегата. Вариант 3 является более предпочтительным, т.к. позволяет использовать ГТД с максимальной эффективностью. Повышение общей эффективности составляет около 3,5% (отн.) на режиме номинальной мощности и примерно 1 % (отн.) на расчетном режиме.
В целом работа по согласованию характеристик системы ГТД-ЦК в составе ГПА позволила получить следующие результаты:
1. На основе ступеней ЦК, отработанных в ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе», выполнено проектирование ПЧ высокоэффективного компрессора с КПД 87% на номинальном режиме, газодинамические характеристики которого использовались в качестве исходных данных для анализа параметров ГТП мощностью 16 МВт для ГПА нового поколения.
2. На стадии выполнения технического проекта газотурбинной установки с регенеративным рабочим циклом ГТУ-16Р в ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» осуществлены расчетно-исследовательские работы по выбору наиболее целесообразных параметров системы ГТД-ЦК в составе ГПА, что при эффективном КПД привода 40,3% обеспечивает интегральный КПД агрегата 35% и снижение расхода топливного газа на 20% по сравнению с серийным образцом агрегата типа ГПА-Ц-16С с приводом ДГ90.
3. Обоснована нецелесообразность выбора характеристик привода и компрессора ГПА на основе анализа системы СТ-ЦК по коэффициенту удельной быстроходности турбины и компрессора ввиду невозможности совмещения характеристик пе = ^(К^) и пЦК = f(КЦК) при заданных параметрах газогенератора ГТД.
4. Получены методические материалы, которые в дальнейшем могут быть использованы для сравнительного анализа эффективности ГПА с ЦК и приводами различного типа.
Выводы
Результаты, полученные в настоящей работе, позволяют сделать следующие выводы:
1. При создании высокоэффективных ГПА с газотурбинным приводом для компрессорных станций магистральных газопроводов необходимым этапом предпроектных работ является тщательный анализ и согласование характеристик ЦК и ГТД с целью достижения наибольшей эффективности агрегата по расходу топливного газа.
2. Согласование характеристик ЦК и привода при разработке агрегата заданной мощности может быть обеспечено на основе его энергетического баланса за счет совмещения наиболее эффективных режимов привода и компрессора по величине их КПД. Метод согласования характеристик СТ и ЦК с использованием коэффициентов их удельной быстроходности является неприемлемым, так как для его реализации требуется разработка нового ГТД под заданную характеристику ЦК. Учитывая разнообразие требований к проточным частям ЦК для компрессорных станций различного назначения, стоимость и сроки создания нового двигателя, такой подход на практике реализовать невозможно.
3. На основе установки ГТУ-16Р мощностью 16 МВт с эффективным КПД 40,3% и ЦК с применением проточной части с безлопаточными диффузорами ступеней, политропный КПД которого будет достигать 87%, может быть создан высокоэффективный агрегат для линейных компрессорных станций магистральных газопроводов ГПА-Ц-16СР/76-1,44 с интегральным КПД 27^35% на различных режимах по мощности и частоте вращения роторной системы СТ-ЦК. Величина расхода топливного газа при такой эффективности ГПА для мощности 11^16 МВт будет составлять 0,56 -^0,78 кг/с, что меньше на 20% по сравнению с серийным агрегатом типа ГПА-Ц-16С, оснащенным ГТД типа ДГ90.
Литература
1. Кравчик А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А. / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин // Справочник.
- М.: Энергоиздат, 1982. - 503 с.
2. Романов В.В. Особенности создания газотурбинной установки регенеративного цикла для ГПА / В.В. Романов, В.Е. Спицын, А.Л. Боцула, С.Н. Мовчан, В.Н. Чобенко// Восточно-европейский журнал передовых технологий.- № 4 /4 (40), 2009. - С. 16-19.
3. Хорлокк Дж.Х. Осевые турбины (газовая динамика и термодинамика). Перевод с английского Б.Н. Чумачен-ко. - М.: Машиностроение, 1972. -208 с.
4. Тарасов А.В. Разработка и исследование системы выбора расчетных параметров блока «силовая турбина - центробежный нагнетатель» турбоустановки для транспорта газа. Дис канд.техн.наук - 05.04.12. Турбомашины и комбинированные турбоустановки. - Екатеринбург: УГТИ, 1999.- 185 с.
5. Тарасов А.В. К вопросу оптимального согласования центробежного нагнетателя природного газа с приводящей его свободной силовой турбиной/ А.В. Тарасов, Б.С. Ревзин, О.Е. Васин// Тяжелое машиностроение. - № 2, 2002. - С. 51-52.
6. Парафейник В.П. Методические основы анализа термодинамической эффективности турбокомпрессорных агрегатов с газотурбинным приводом. /В.П. Парафей-ник// Компрессорная техника и пневматика. -1998. -Выпуск №№ 18-19. -С. 12-22.
7. Парафейник В.П. Повышение эффективности турбокомпрессорной установки газовой промышленности на основе системного анализа режимов ее работы /В.П. Парафейник, И.И. Петухов, Ю.В. Шахов // Проблемы машиностроения. - Т.9, № 4. - 2006. - С.11-18.
8. Двигатели газотурбинные ДГ90. Технические условия.
(ТУ У19.1-31821381-018:2009). - Николаев: «Зоря»-«Маш-
проект». - 2009. - 43 с.
