Предлагаемая установка позволяет увеличить КПД примерно на 15 абсолютных %, только за счет схемного решения при незначительной модификации существующих агрегатов без радикальных технологических инноваций.
К модифицируемым агрегатам, кроме теплообменников, у которых нагружены давлением не только трубки, но и корпус, можно отнести камеру сгорания. В ней соотношение компонентов должно быть близко к стехиометрическому, что предъявляет повышенные требования к охлаждению конструкции и к организации процесса смесеобразования. В ЖРД успешно работают камеры сгорания с температурой свыше 3000К, в ГТУ будет на уровне ≈2200 К. Большой относительный расход топлива может привести к повышенной эмиссии окиси углерода, но повышение КПД уменьшает выброс в атмосферу обладающей парниковым эффектом двуокиси углерода.
В обычных компрессорах и турбинах с одной из сторон давление равно атмосферному, что упрощает уплотнение вращающихся валов. В некоторых агрегатах предлагаемой ГТУ повышенное давление имеет место на обоих концах ротора, что требует определенных конструктивных или схемных решений (например, расположение рядом агрегатов, давление на концах которых одинаково, например, выход ТЦК и вход турбины низкого давления).
На схемах установка условно показана одновальной. Так как значения мощности турбины и компрессора разомкнутого контура близки между собой, возможно "замкнуть" их на один ротор.
Некоторое усложнение конструкции оправдывается получаемыми
термодинамическими преимуществами. Предлагаемая установка сложнее обычной ГТУ, но значительно проще комбинированных парогазовых установок, к которым она приближается по экономичности. При широком внедрении можно ожидать значительного экономического эффекта.
ГТУ рассчитана в первую очередь на газообразное топливо, менее вероятно использование жидкого топлива. Из транспортных средств использование возможно только в судовых двигателях по причине наличия избытка охладителя в виде забортной воды.
Схема имеет большое разнообразие вариантов совершенствования, как по параметрам, так и по комбинации агрегатов и открывает возможность развития нового направления в газотурбостроении и теплоэнергетике в целом.
ВЫВОДЫ
1.В настоящее время термодинамический потенциал регенеративного цикла с малой степенью повышения давления (например, πк ≈ 3…5) не реализован из-за низкой эффективности теплоотдачи от воздуха низкого давления. При пропорциональном повышении как нижнего, так и верхнего давления цикла и одинаковых относительных потерях давления теплоносителей коэффициент теплопередачи повышается примерно пропорционально давлению, а при определенных условиях даже сильнее.
2.Для реализации цикла высокого давления с малым πк целесообразно создать частично замкнутый контур с рециркуляцией продуктов сгорания и их частичным обновлением за счет подвода воздуха из атмосферы через компрессор и удаления из контура через турбину. При нижнем давлении замкнутой части цикла на уровне 0,5 МПа и выше технически возможно создать регенератор с эффективностью до 95% и выше при относительном падении давления 1-3% с приемлемым сроком окупаемости применяемых жаропрочных материалов.
3. При малом πк и высокой степени регенерации можно получить степень рециркуляции (отношение расходов замкнутой и разомкнутой частей цикла) до 3-4.
4. При современных характеристиках входящих агрегатов расчетный КПД установки составляет порядка 55% (для сравнения: при тех же параметрах величина КПД установки простого цикла равна 38,5%). В перспективе возможно повышение КПД до значений, характерных для лучших бинарных циклов. Удельная мощность в расчете на расход воздуха разомкнутой части цикла 1 кг/с составляет 1-1,5 МВт, что в несколько раз превышает аналогичный показатель всех известных установок.
5.Значительный прирост эффективности достигается не за счет форсирования параметров, а только за счет схемного решения. Установку можно создать на базе имеющихся агрегатов с их незначительной модификацией и существующих технологий без существенных доработок.
6. По предварительным расчетным оценкам, оптимальный диапазон верхних давлений замкнутого контура примерно 25-40 бар, нижнего - 4-7 бар.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по физико – техническим основам криогеники. Под ред. . М., Энергоиздат, 1972.
2. , Иванов способ повышения мощности и экономичности стационарных комбинированных энергетических установок с газовыми турбинами. Теплоэнергетика, 2005, №6.
3. , , ГТУ-27ПС – перспективный газотурбинный двигатель сложного цикла. Газотурбинные технологии, 2005, №4.
4. Ольховский газотурбинные установки. М., Энергоатомиздат, 1985.
5. Fukaizumi Jasusha. The future of gas turbine. Power engineering international, 2005, 13, №5.
6. Scholberty Meinhardt. Breakthrough in gas turbine efficiency. Turbomachine international, 2005, 46, №1.
7. Ходус работы газотурбинной установки и газотурбинная установка Ходуса на получение патента. Рег. .
Автор:
Адрес: 394062, г. Воронеж, ул. Южно –Моравская, д.38 кв.233.
Тел: (4732) 70 – 27 – 85 (дом.)
E-mail: *****@***ru
Т, К
|
|
S, кДж/кг×К
Диаграмма термодинамического цикла газотурбинной установки
с рециркуляцией продуктов сгорания при высоком давлении
в координатах «температура – энтропия»
1-2 Сжатие свежего воздуха в компрессоре
2'-3 Охлаждение продуктов сгорания в холодильнике
3-4 Сжатие продуктов сгорания в циркуляционном компрессоре
4-5 Нагрев продуктов сгорания в регенераторе
5-6 Нагрев в камере сгорания
6-7 Расширение в турбине циркуляционного контура
7-2' Охлаждение продуктов сгорания в регенераторе
7-8 Расширение в турбине разомкнутого контура
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
