Preview

Аэрокосмический научный журнал

Расширенный поиск

Конверсия авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя в установку для выработки пиковой электроэнергии

https://doi.org/10.24108/aersp.0217.0000062

Полный текст:

Аннотация

Целью работы является рассмотрение конверсии авиационного двигателя в установку для выработки пиковой или кратковременно используемой электроэнергии, что актуально для поставленной правительством задачи специального освоения северных районов нашей страны. За исследуемый авиационный двигатель принимается трёхвальный ТРДДФ с двенадцатиступенчатым компрессором и четырёхступенчатой турбиной. Из модуля газогенератора удаляется форсажная камера с блоком реактивных сопел и  на выходе из 2-го контура устанавливается камера подогрева для того, чтобы повысить электрическую мощность двигателя и не усложнять конструкцию наличием смесительной камеры. К тому же камера подогрева служит для выравнивания полных давления и температуры потока в сечении перед свободной турбиной и позволяет использовать короткий переходник между модулем газогенератора и свободной турбиной, что снижает потери полного давления. Затем устанавливаются свободная турбина и диффузор с выхлопным устройством. Выходной вал силовой турбины при помощи муфты соединяется с электрогенератором переменного тока или другой специальной нагрузкой.

Для нахождения параметров установки был выполнен расчёт, в котором за исходные данные были приняты: температура газа перед турбиной 1530 К (температура газа перед турбиной снижена на 100 К для продления срока службы двигателя, поэтому изначально температура газа перед турбиной составляла 1630 К); расход воздуха ; степень двухконтурности  (отношение расхода воздуха во втором контуре к расходу воздуха в первом контуре). В результате этого расчёта получено, что двигатель обладает удельным расходом топлива 0,296 кг/(кВт час) (топливо – авиационный керосин) и мощностью 78,5 МВт. Для полученного значения мощности в качестве нагрузки был выбран электрогенератор переменного тока марки ТЗФП-80-2У3. В итоге энергетическая установка, укомплектованная из конверсированного двигателя и электрогенератора, обладает электрической мощностью 77,3 МВт и КПД 27,8 %.

Для оценки влияния введения камеры подогрева на параметры ГТД произведён расчёт без камеры подогрева и получено, что введение камеры подогрева во втором контуре,  для подогрева потока воздуха второго контура с 402 К до 967 К, снижает КПД двигателя на 2 %, но увеличивает его мощность на 79 % – с 43,8 МВт до 78,5 МВт.

Из-за достаточно высокой температуры газа перед конверсированный двигатель обладает относительно малым сроком службы. Напротив, свободная турбина обладает бо́льшим сроком службы и поэтому отсутствует необходимость в изготовлении по свободной турбине для каждого конверсированного двигателя (одной модели). Для примерной оценки ресурса  свободной турбины до переборки горячей части было посчитано максимальное напряжение в корне рабочей лопатки. Для значений температуры 1000 K и напряжения 242 МПа возможно создать турбину со сроком службы свыше 30000 часов.

Об авторах

Г. А. Шафиков
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

кафедра "Газотурбинные и нетрадиционные энергоустановки"



В. Д. Моляков
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия
кафедра "Газотурбинные и нетрадиционные энергоустановки"


Список литературы

1. Арбеков А.Н. Автономная долгоресурсная малообслуживаемая замкнутая газотурбинная установка, работающая на органическом топливе // Вестник Самарского ун-та. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2012. № 3-2(34). Спец. вып. С. 307-312.

2. Арбеков А.Н., Бурцев С.А. Исследование цикла замкнутой газотурбинной тригенерационной установки последовательной схемы // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 3. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/359008.html (дата обращения 20.12.2016).

3. Арбеков А.Н., Бурцев С.А. Исследование цикла замкнутой газотурбинной тригенерационной установки параллельной схемы // Тепловые процессы в технике. 2012. Т. 4. № 7. С. 326–331.

4. Моляков В.Д., Осипов М.И., Сыромятникова Л.И., Тумашев Р.З. Метод расчета и анализ режимов работы многовальных газотурбинных двигателей усовершенствованных циклов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2008. № 4(73). С. 3-24.

5. Арбеков А.Н., Вараксин А.Ю., Иноземцев А.А. Влияние степени двухконтурности базового турбореактивного двигателя на возможность создания конверсионных тригенерационных двухконтурных энергетических установок // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53. № 6. С. 928-933. DOI: 10.7868/S0040364415050026

6. Манушин Э.А., Бирюков В.В. Паротурбинная установка геотермальной электростанции бинарного цикла для геотермальных месторождений Камчатского края // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2011. № 9. С. 1-8. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/220323.html (дата обращения 30.01.2017).

7. Моляков В.Д., Тумашев Р.З. Обоснование схем и параметров высокоэффективных газотурбинных установок для малой энергетики // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2012. №. 10. С. 52-58. DOI: 10.18698/0536-1044-2012-10

8. Тумашев Р.З., Моляков В.Д., Лаврентьев Ю.Л. Повышение эффективности компрессорных станций магистральных газопроводов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2014. №. 1(94). С. 68-79.

9. Шпилевой В.А., Закирзаков А.Г. Сопоставление электрического и газотурбинного типов привода насосных станций магистральных нефтепроводов // Успехи современного естествознания. 2016. № 6. С. 202-206.

10. Shpilevoy V.A., Chekardovsky S.M., Zakirazkov A.G. A mathematical model of gas-turbine pump complex // Intern. Scientific-Practical Conf. of students, graduate students and young scientists “Transport and storage of hydrocarbons” (Tyumen, Russia, 20-25 May 2016): Proc. Bristol: IoP, 2016. P. 012009. DOI: 10.1088/1757-899X/154/1/012009

11. Abbas H.F., Wan Daud W.M.A. Hydrogen production by methane decomposition: A review // Intern. J. of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. Iss. 3. Pp. 1160-1190. DOI:10.1016/j.ijhydene.2009.11.036

12. Чернова Н.И., Киселева С.В., Попель О.С. Эффективность производства биодизеля из микроводорослей // Теплоэнергетика. 2014. № 6. С. 14-21. DOI: 10.1134/S0040363614060010

13. Михальцев В.Е., Моляков В.Д., Тумашев Р.З. Полузамкнутая газотурбинная установка на твёрдых горючих // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 1999. № 1 (34). С. 75-84.

14. Иванов В.Л. Газотурбинный энергопреобразователь для установки утилизации твердых бытовых и промышленных отходов методом газификации // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2012. Спец. вып. № 7. С. 134-144.

15. Данилова С.К., Тумашев Р.З. Энерготехнологическая установка на базе газотурбинного двигателя с использованием продуктов газификации древесных отходов // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2016. № 4. С. 1-13. DOI: 10.7463/aplts.0416.0846815

16. Михальцев В.Е., Моляков В.Д. Расчёт параметров цикла при проектировании газотурбинных двигателей и комбинированных установок: учеб. пособие / под ред. И.Г. Суровцева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 60 с.

17. Зрелов В.А. Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктивные схемы: учеб. пособие. М.: Машиностроение, 2005. 336 с.

18. Моляков В.Д., Куникеев Б.А. Особенности проектирования эффективных турбин с учетом влияния радиального зазора // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 9 (654). С. 9-18. DOI: 10.18698/0536-1044-2014-9-9-18

19. Тумашев Р.З., Михеев С.С., Куникеев Б.А. Производство электроэнергии на компрессорных станциях утилизационными газотурбинными установками // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. №. 1 (106). С. 44-53. DOI: 10.18698/0236-3941-2016-1-44-53

20. Шафиков Г.А. Интенсификация теплоотдачи при помощи лунок и накатки на поверхности теплообмена // Молодёжный научно-технический вестник. 2015. № 4. С. 14.

21. Клименко А.В., Агабабов В.С., Ильина И.П., Рожнатовский В.Д., Бурмакина А.В. Схемы тригенерационных установок для централизованного энергоснабжения // Теплоэнергетика. 2016. № 6. С. 36-43. DOI: 10.1134/S0040363616060047

22. Шафиков Г. А. Влияние состава рабочего тела на объём теплообменных аппаратов замкнутой газотурбинной установки // Машины и установки: проектирование, разработка, эксплуатация. 2016. № 2. С. 25-37. DOI: 10.7463/aplts.0216.0837906

23. Манушин Э.А., Суровцев И.Г. Конструирование и расчёт на прочность турбомашин газотурбинных и комбинированных установок. М.: Машиностроение, 1990. 399 с.

24. Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок / Иванов В.Л., Леонтьев А.И., Манушин Э.А., Осипов М.И. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 591 с.

25. Сулима А.М., Носков А.А., Серебренников Г.З. Основы технологии производства газотурбинных двигателей. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1996. 480 с.

26. Справочник по конструкционным материалам / Арзамасов Б.Н., Соловьева Т.В., Герасимов С.А. и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 636 с.

27. Клауч Д.Н., Овсеенко А.Н., Овумян Г.Г., Кущева М.Е., Щегольков Н.Н., Кудинов А.А. Технологические методы повышения качества изготовления и ресурса работы турбинных лопаток // Вестник Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. 2008. №. 4. С. 49-53.


Для цитирования:


Шафиков Г.А., Моляков В.Д. Конверсия авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя в установку для выработки пиковой электроэнергии. Аэрокосмический научный журнал. 2017;3(2):1-16. https://doi.org/10.24108/aersp.0217.0000062

For citation:


Shafikov G.A., Molyakov V.D. Conversion of Aircraft Dual-flow Turbojet into Peak Power Plant. Aerospace Scientific Journal. 2017;3(2):1-16. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/aersp.0217.0000062

Просмотров: 119


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2413-0982 (Online)