Библиографическое описание:

Сенюшкин Н. С., Лоскутников А. А., Султанов Р. Ф., Белобровина М. А. Разработка математической модели газотурбинной энергоустановки // Молодой ученый. — 2012. — №9. — С. 36-39.

В настоящее время общепризнанными являются математические модели как средство исследования, используемое в компьютерных экспериментах. Особенно актуальны такие работы при исследовании технически сложных объектов, в виду высокой стоимости их экспериментальной доводки и стоимости устранения возникших в процессе эксплуатации сложностей.. Основываясь на результатах таких расчетных исследований различных ЭУ, возможно сформировать предложения по их доработке и совершенствованию[1, 3].

В целях практического решения проблемы ресурсосбережения, снижения себестоимости электрической и тепловой энергии, решения вопросов экологической безопасности энергетического производства в ОАО "НПП "Мотор" разработана блочно - модульная энергетическая установка ГТЭ-10/95БМ [2] (рисунок 1) номинальной электрической мощностью 8-10 МВт и тепловой производительностью 17-19 Гкал/час с суммарным коэффициентом использования топлива более 80 %. В состав ГТЭ-10/95БМ входит газотурбинный привод ГТП-10/95, который создан на основе конвертирования авиационного двигателя Р95Ш.

Конструктивная характеристика газотурбинного агрегата ГТА-10/953-002 (состоящего из модуля газогенератора и модуля силовой турбины с электрооборудованием и коммуникациями) для ГТЭ-10/95БМ промышленной поставки составлена на базе компоновки ГТА-10/953-002 “Шакша”.

Отличия компрессора от базового двигателя заключаются в:

  • установке бесконтактных лабиринтных уплотнения масляных полостей опор с латунированными втулками лабиринтов взамен контактных уплотнений с чугунными кольцами;

  • установкой проставки с цельнофрезерованным кольцом перепуска "беличье колесо" и кольца под телескопическое соединение газогенератора с входным устройством;

  • приварке в корпусе I ступени межлопаточных планок, в увеличении проходного сечения каналов суфлирования и откачки масла в направляющих лопатках и корпусе передней опоры,

  • осуществлением наддува предмаслянных полостей воздухом из-за компрессора;

  • установки 7 штуцеров отбора воздуха в опоры СТ на корпусе 2-ой ступени;

  • установке трубы измерения давления воздуха в разгрузочной полости за компрессором;

  • установке неохлаждаемого кронштейна с вибропреобразователем;

  • доработке заднего корпуса, доработанного под новую камеру сгорания, а также доработка трубой подвода масла задней с телескопическим соединением.

Рис. 1. Компоновка ЭУ на базе газотурбинного привода ГТП-10/95 в микрорайоне «Шакша»


Турбина газогенератора отличается от базовой турбины двигателя:

  • кольцом наружным, доработанным установкой ленточных заглушек;

  • сопловым аппаратом ΙΙ ступени с усиленным корпусом и лопатками с сотоблоками;

  • роторами Ι, ΙΙ ступени турбины с дисками с “елочным” замком, с доработанной нанесением покрытия АНБ втулкой лабиринта.

Коробка агрегатов с уменьшенным расходом масла на смазку шестерен, с насосом откачки масла из вынесенной задней опоры турбины газогенератора, имеет возможность запуска от электродвигателя.

На раме модуля газогенератора также устанавливаются электростартер от ~ 380 V и топливные трубопроводы газогенератора.

Силовая турбина 3-х ступенчатая двухопорная, со съемным теплоизоляционным кожухом на корпусе статора.

Принципиальная схема газотурбинной установки ГТЭ-10/95 приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Принципиальная схема ГТЭ-10/95

1- комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ); 2 – КНД; 3 – КВД;

4 – камера сгорания; 5 – ТВД; 6 – ТНД; 7 – СТ; 8 – электрогенератор; 9 – КУ; 10 – насос питательной воды; 11 – бойлер; 12 – насос сетевой воды; 13 – потребитель тепловой энергии; 14 – выхлопное устройство


Воздух из окружающей среды, проходя фильтры воздухопроводов, поступает на вход в КНД. После КНД и КВД сжатый воздух направляется в камеру сгорания. Продукты сгорания после срабатывания на ТВД и ТНД поступают в СТ, которая приводит в движение электрогенератор. После СТ продукты сгорания через диффузор поступают в КУ и далее, проходя выхлопное устройство, выбрасываются в окружающую среду. Вода поступает в питательный насос, который создает требуемый напор, а затем, проходя через подогреватель сетевой воды, передает тепло сетевой воде, которая непосредственно используется для передачи тепла потребителю.


Рис. 3. Структурная схема модели ГТЭ-10/95

1 – ВУ; 2 – КНД; 3 – КВД; 4 – камера сгорания; 5 – ТВД; 6 – ТНД; 7 – смеситель воздуха; 8 – переходный канал; 9 – СТ; 10 – электрогенератор; 11 – охлаждение ТВД;
12 –охлаждение ТНД; 13 – охлаждение СТ; 14 – подача топлива; 15 – насос котловой воды; 16 – КУ; 17 – преобразователь информационного потока вода-пар; 18 – потребитель тепла; 19 – вход сетевой воды; 20 – выход газов из КУ; 21 – выход сетевой воды


В соответствии с методикой Горюнова И. М. (УГАТУ), и условной схемой (рисунок 2) создана математическая модель ГТЭ-10/95 в среде DVIGwT. На структурной схеме модели (рисунок 3), состоящей из элементов (ГТП, КУ), пунктирными линиями указаны рекурсивные связи, обеспечивающие передачу параметров от последующих элементов к предыдущим.

Структурная схема идентична тепловой схеме, что подтверждается данными исследования. Идентификация математической модели газотурбинного привода выполнена в работе, по данным, предоставленным ОАО ”НПП”Мотор” на установившихся режимах нагрузочной характеристики соответствующих электрической мощности . Расчетные параметры полностью соответствуют экспериментальным данным.

Топливом в рассматриваемой ГТЭ, а также при исследовании и расчетах остальных схем КЭУ, принят природный газ с теплотворной способностью 49184,1 кДж/кг, следующим составом по объемным долям: 98,63% – CH4; 1,01% – CО2; 0,12% – C2H6; 0,12% – N2; 0,1% – C4H10; 0,02% – C3H8.

Результаты расчетов ГТЭ-10/95 в программном комплексе DVIGwT в сравнении с экспериментальными данными ОАО “НПП ”Мотор” приведены на рисунках 4.5 – 4.10 в виде зависимостей расхода воздуха, топлива в КС, электрической мощности ГТЭ, температуры в КС, давления в СТ, электрического КПД от приведенной частоты вращения ротора КНД.

Рис. 4. Зависимость общей мощности установки от оборотов газотурбинного привода


Рис. 5. Зависимость расхода топлива в КС ГТЭ от оборотов КНД

Рис. 6. Зависимость давления за свободной турбиной ГТЭ от оборотов КНД


Отклонение значений расчетных параметров от экспериментальных, не превышает 1 %, что подтверждает адекватность созданной модели.


Литература:

  1. Автореферат диссертации на соискание степени к.т.н. Лоскутникова А.А. УГАТУ, 2010

  2. Газотурбинная энергетическая установка ГТЭ-10/95 БМ. Рекламный проспект. – Уфа: ОАО”НПП ”Мотор”, 2010. – 10 с.

  3. Лоскутников А.А., Сенюшкин Н.С. Способы повышения эффективности энергоустановок на базе ГТД // Молодой ученый №7-2011


Основные термины (генерируются автоматически): сетевой воды, сетевой воды, газотурбинного привода, газотурбинного привода, математической модели, математической модели, камеру сгорания, камеру сгорания, СТ продукты сгорания, СТ продукты сгорания, камера сгорания, камера сгорания, опоры СТ, опоры СТ, откачки масла, откачки масла, модуля газогенератора, модуля газогенератора, Принципиальная схема, Принципиальная схема.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle