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


Обсуждение

Социальные комментарии Cackle