Шляхи підвищення ефективності енергоустановок на базі авіаційних газотурбінних двигунів
DOI:
https://doi.org/10.18372/2310-5461.45.14581Ключові слова:
газотурбінний двигун, термодинамічні властивості, регенератор теплоти, попереднє підігрівання палива, ефективністьАнотація
Щорічно у світі велика кількість авіаційних двигунів, які були спроектовані і виготовлені десять-двадцять років тому і які вичерпали свій льотний ресурс на повітряних суднах цивільної і військової авіації, знімаються з експлуатації через зниження їхньої експлуатаційної надійності. При цьому більша часина їхніх конструктивних вузлів і деталей ще мають значні запаси міцності і можуть бути використані у складі наземних установок різного призначення. Рівень параметрів робочого процесу, і перш за все, ступеня підвищення тиску повітря в компресорі та температури газу перед турбіною, є відносно малими, і тому коефіцієнти корисної дії таких двигунів відносно низькі, а відповідно до цього, паливна ефективність таких двигунів не відповідає сучасним вимогам.
Проблема підвищення паливної ефективності стаціонарних газотурбінних установок, створюваних на базі авіаційних двигунів, що вичерпали свій ресурс на повітряних суднах, є актуальною з кількох причин. З одного боку, вартість палива становить значну частку в експлуатаційних витратах підприємств, що їх використовують, і негативно впливає на економічні показники цих підприємств. З іншого боку, значні витрати палива обумовлюють утворення великої кількості продуктів згоряння , що викидається в атмосферу, забруднюючи її. Для вирішення цієї проблеми в статті пропонується удосконалення робочого процесу таких силових установок шляхом регенерації тепла, що міститься у вихлопних газах і попередній підігрів палива перед його подаванням в камеру згоряння.
Метою роботи є оцінка рівня спільного впливу регенерації тепла вихідних газів і ступеня попереднього підігрівання палива на паливну ефективність газотурбінних установок.
Як об’єкт дослідження було обрано газотурбінну установку, яка базується на використанні авіаційного турбовального двигуна, що відпрацював свій льотний ресурс , з доданим до нього подвійним теплообмінником для підігрівання стисненого в компресорі повітря перед його надходженням до камери згоряння і для попереднього підігрівання палива. Проведеними розрахунками показано, що спільний ефект від цих двох заходів може суттєво підвищувати внутрішній коефіцієнт корисної дії газотурбінної установки. При цьому розрахунки проводились з урахуванням зміни теплофізичних властивостей повітря в компресорі і продуктів згоряння зі зміною температури як реальних газів.
Посилання
Гриценко Е. А. Данильченко В.П., Лукачев C.B., Резник В.Е., Цыбизов Ю.И. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения. Амира: СНЦ РАН, 2004. 266 c.
Кузнецов Н.Д., Резник В.Е., Данильченко В.П., Горелов Г.М., Орлов В.Н. Проблемы повышения эффективности авиационных двига¬телей, конвертируемых в газотурбинные установки наземного примене¬ния. Изв. вузов. Авиационная техника. 1993. №2. C. 36-44
Royce M.Р., Vyas Y.K., Yrevillion W.L. The external combustion steam injected gas turbine for cogeneration. Proc. В - th Jntersoc. Energy Convers. 1978. V.l. p. 860-865.
Gvozdetskyi I. I., Volianska L.G. Fakhar Mohammad. Gas Turbine Plant on the Basis of the Converted Aero Engine with Regeneration. Наукоємні технології. 2019. №2 (42). C. 270-279. DOI: 10.18372/2310-5461.42.13760
Ходус В. В. Регенеративный цикл ГТУ с рециркуляцией продуктов сгорания при высоком давлении. Теплоэнергегика. 2010. №2. С.7-11.
Аверьков И. С., Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Воронецкий А.В., Гуськов О.В., Прохоров А.Н., Яновский Л.С. Влияние полноты сгорани топлива на характеристики прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Новая енергетика-Теплофизика высоких температур. 2016. Т. 54. Вип. 6. С. 939-940.
Yakimenko V. V., Volyanska L.G., Panin V.V., Gvozdetsky I.I. Thermodynamic and gas-dynamic calculations of aircraft turbine engines: Methodical guide for writing the course paper. Kyiv: NAU, 2003.
Exhaust gas heat exchanger United States Patent 9777680 B2 Filed: 09/26/2016 Published: 10/03/2017.
ISO 6976:1995 International Standard. Natural gas - Calculation of calorific value, density and relative density.
Амброжевич М.В., Шевченко М.А. Аналитическое определение истинной удельной изобарной теплоёмкости компонент воздуха и продуктов сгорания с учётом влияния температуры и давления и эффекта термической диссоциации. Авиационно-космическая техника и технология. 2019. № 1. С. 4–17.
Ривкин Л. Термодинамические свойства воздуха и продуктов сгорания топлив. Справочник. М.: Энергоатомоиздат, 1984. 105 с.
Шигапов А.Б., Силов И.Ю. Термодинамические свойства продуктов сгорания газообразных топлив ГТУ. Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2008. № 7-8. C. 28- 34.
Померанцев В. В., Арефьев К. М. и др. Основы практической теории горения. Л.: Энергия, 1973. 264 с.
