Исследования эффективности газотурбинной установки с перерасширением рабочего процесса на примере гтн-16

Объект исследования: газотурбинная установка с перерасширением.

Результаты, полученные лично автором: расчетные исследования эффективности ГТУ с перерасширением рабочего процесса.

Одним из способов повышения эффективности ГТД является дополнительное расширение выпускных газов ниже атмосферного давления во вспомогательной турбине перерасширения, устанавливаемой после основной (силовой) турбины. Мощность, развиваемая турбиной перерасширения, расходуется частично на привод компрессора для поджатия отработавших газов до атмосферного давления, а остаток мощности используется для привода электрогенератора. Значительное понижение давления за турбиной перерасширения обеспечивается резким охлаждением выпускных газов. При этом уменьшается и работа сжатия в дожимном компрессоре. На рис.1 представлены схема и цикл ГТУ с перерасширением. К комплексу позиций 1, 2, 3 часто применяют термин обращенный газогенератор (он же вакуумирующий агрегат).

Рис. 1. ГТУ с перерасширением рабочего тела за силовой турбиной:

1 – турбина перерасширения, 2 – холодильник, 3 – дожимающий компрессор

Применение ступенчатого отвода тепла в схеме с обращенным газогенератором (см. рис. 2) обеспечивает значительное повышение КПД установки. В качестве теплоносителя в теплообменниках-охладителях применяют низкокипящие рабочие тела (НРТ), в частности, метанол (темп. кипения 337,63 К).

Этапы процесса в низкокипящих контурах охлаждения: – сжатие в конденсатном насосе жидкого метанола; – охлаждение выхлопных газов/испарение и перегрев метанола в теплообменниках-охладителях; – расширение в турбодетандере-приводе генератора; – конденсация метанола в конденсаторе.

Рис.2. Схема ГТУ типа НК-16СТ с обращенным газогенератором и низкокипящим контуром охлаждения: ТП – турбина перерасширения; ДК – дожимной компрессор; ТО1, ТО2 – теплообменник-охладитель; ТД1, ТД2 – турбодетандер; АВО1, АВО2 – аппарат воздушного охла0ждения; КН1, КН2 – конденсатный насос; ЭГ1, ЭГ2, ЭГ3 – электрогенератор

С помощью автоматизированной системы газодинамических расчетов энергетических турбомашин (АС ГРЭТ) была составлена математическая модель (ММ) двигателя типа НК-16СТ и проведены расчеты. Результаты расчетов трех вариантов представлены в таблице.

Таблица 1

Параметр, размерность	Простая схема	с ВА	с ВА, охлаждение НРТ (метанол)
Расход воздуха в компрессор, кг/с	107,166	107,166	107,166
Температура перед ТВД, К	1100	1100	1100
Расход топливного газа, кг/с	1,361	1,361	1,361
Темп-ра газа за силовой турбиной, К	676	676	676
Темп-ра газа за турбиной перерасширения, К	−	583	583
Давление газа за −//−//−//−//−//−//−, МПа	−	0,053	0,053
Темп-ра газа перед дожимающим компрессором, К	−	383	383
Давление газа перед −//−//−//−//−//−//−, МПа	−	0,0508	0,0508
Темп-ра газа за дожимающим компрессором, К	−	472	472
Температура выхлопных газов, К	676	472	378,15
Мощность, МВт	16	16,916	22,775
Эффективный КПД, %	27,9	29,5	40

Материал поступил в редколлегию 4.05.2017

УДК622.7:621.3

И.А. Бобров, Д.В. Курочкин Научный руководитель : доцент кафедры «тепловые двигатели», к.т.н.

В.Т. Перевезенцев

Duckx2@yandex.ru