Повышение параметров газотурбинных установок путём впрыска воды в проточную часть и оптимизации рабочего процесса в компрессоре

• Автор: Скворцов, Александр Всеволодович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 173 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
( СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
1 ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГТУ, В ТОМ ЧИСЛЕ ЗА СЧЁТ ВПРЫСКА ВОДЫ
...1.1 Испарительное охлаждение воздуха при впрыске воды в проточную
часть ГТУ
...1.2 Повышение КПД процесса сжатия в ГТУ за счёт оптимизации обтекания лопаточных венцов и использования надроторных устройств.21 ...1.3 Выводы и постановка задач исследования
2 РАЗРАБОТКА И МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСЧЁТА ПРОЦЕССА ВПРЫСКА ВОДЫ В ТРАКТ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
...2.1 Расчеты процессов движения и испарения воды в проточной части компрессора при впрыске в различных сечениях по тракту компрессора
...2.1.1 Впрыск воды перед компрессором
...2.1.2 Впрыск воды на входе в третью ступень
...2.1.3 Впрыск воды на вход в 6 ступень
...2.1.4 Впрыск воды на вход в 8 ступень
...2.1.5 Впрыск воды на вход в 10 ступень
...2.1.6 Влияние температуры перед компрессором на процессы
движения и испарения воды в его проточной части
...2.1.7 Методика расчета параметров работы компрессора и установки ГТ
...2.2 Экспериментальные исследования плоских решеток профилей и
обобщение результатов исследований поворота потока
...2.2.1 Влияние геометрических параметров профиля и решетки на
поправку к углу отставания потока
...2.2.2 Оптимизация компрессорных решеток на критических режимах
3 РАСЧЁТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВПРЫСКА ВОДЫ В ТРАКТ КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ГТ
...3.1 Расчеты параметров работы компрессора и установки ГТ-009 с
впрыском воды
...3.1.1 Анализ результатов расчетов параметров ГТУ при впрыске воды
...3.1.2 Впрыск воды за компрессором (перед регенератором)
...3.2 Влияние впрыска воды на экологические параметры ГТ
...3.3 Оценка эрозионной и вибрационной опасности для лопаток компрессора установки ГТ

...3.4 Определение требований к качеству впрыскиваемой воды в компрессор
4 ОПТИМИЗАЦИЯ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВПРЫСКА ВОДЫ В ПРОТОЧНУЮ ЧАСТЬ УСТАНОВКИ ГТ
...4.1 Выбор оптимального режима работы установки ГТ-009 с вводом
воды в проточную часть компрессора
...4.2 Разработка математической модели количественной оценки постановки надроторных устройств с целью увеличения КПД ступени ...85 ...4.3 Моделирование течения в меридиональной плоскости осевого компрессора. Усовершенствование инженерного метода 2-0 расчета
параметров потока
...4.4 Анализ результатов моделирования течения вдоль линий тока с
помощью усовершенствованного метода расчета
...4.4.1 Результаты тестирования модели на вентиляторной ступени С
...4.4.2 Результаты тестирования модели на ступенях компрессоров СД
и ВД двигателя ДЭМ
...4.5 Практические рекомендации по применению надроторных устройств
в осевом компрессоре газотурбинного двигателя ДЭМ
...4.6 Результаты численного эксперимента их анализ
5 ОПЫТНОЕ ИССЛ ЕДОВАН И Е ВП РЫСКА ВОДЫ В КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ГТ
...5.1 Методика выбора конструкции устройств для впрыска воды
...5.2 Разработка конструкции устройств и схемы подвода для впрыска воды
...5.2.1 Конструкция устройств для впрыска воды перед ВНА
компрессора газотурбинной установки ГТ
...5.2.2 Конструкция устройств для впрыска воды в промежуточную
ступень компрессора
...5.2.3 Разработка схемы подвода воды к впрыскивающим устройствам
...5.3 Испытание модели компрессора ГТЭ-150 с впрыском воды в лопатки
9 НА, апробация предлагаемой методики расчёта впрыска
...5.4 Впрыск воды на вход в двигатель перед входным направляющим
аппаратом и через лопатки 5 направляющего аппарата
...5.4.1 Впрыск воды перед входным направляющим аппаратом
...5.4.2 Впрыск воды в компрессор через лопатки 5 направляющего
аппарата
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В промышленной теплоэнергетике широко применяются энергетические ГТУ для выработки электроэнергии и тепла. Перспективным является использование теплоэнергетической надстройки в приводных ГТД простого термодинамического цикла, применяемых для магистральной транспортировки газа в составе ГПА. В некоторых случаях промышленных ГТУ служат источником сжатого воздуха, используемого в технологических целях.
В настоящее время производственный потенциал электроэнергетики России включает в себя более 700 электростанций общей мощностью свыше 215 млн. кВт. Из них почти 70% - тепловые конденсационные энергоблоки и ТЭЦ с 2,5 млн. км линий электропередачи всех классов назначения. При этом значительное число станций работает в критическом, предаварийном режиме, т.е. в зоне критического риска. Приведенные в специальной литературе данные свидетельствуют о том, что 40% основного генерирующего оборудования отрасли уже выработало свой ресурс, а в первой половине текущего века уровень предельной нормативной выработки будет составлять 70% установленных мощностей.
В новых экономических условиях, когда невозможно использовать централизованные средства для восстановления уже отработавших свой ресурс и требующих замены генерирующих мощностей, ориентация на традиционное централизованное теплоэнергоснабжение от крупных источников становится проблематичной. Такие источники не обеспечивают расчетной экономии топлива и общей эффективности. Это связано с большими потерями тепла при транспортировке горячей воды на большие расстояния (20 — 25%) и высокой стоимости протяженных ЛЭП. В связи с этим наметилась тенденция на строительство децентрализованных (локальных) комбинированных источников электро- и теплоснабжения с использованием энергетических ГТУ.
Проблема морального и физического старения парка приводных ГТУ достаточно актуальна и в газовой промышленности. По данным РАО «Газпром» здесь примерно 11 % мощностей имеет наработку более 100 тыс. часов, 49%

2 РАЗРАБОТКА И МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСЧЁТА ПРОЦЕССА ВПРЫСКА ВОДЫ В ТРАКТ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
В настоящее время в мировой в мировой практике влияние впрыска в воздушный тракт компрессоров современных газотурбинных установок малой и средней мощности, как показано в обзоре, практически не исследованы. Указанные установки характеризуются наличием регенератора в тепловой схеме и значительными параметрами газа перед турбиной. Требуемые исследования автором для установок такого класса установок выполнены автором на примере широко распространенной стационарной газотурбинной установки ГТ-009, производимой «Энергомаш Limited (UK) корпорацией». Подобные исследования требуют, прежде всего, рассмотрения и анализа процессов движения и испарения воды в проточной части компрессора.
...2.1 Расчеты процессов движения и испарения воды в
проточной части компрессора при впрыске в различных сечениях по тракту компрессора
Исследование указанных процессов автором производилось с использованием программам расчетов, изложенных в [66]. Расчеты выполнялись для следующих случаев впрыска воды:
• различных количеств воды GBnp (в процентах от массового расхода воздуха через компрессор);
• впрыск перед различными ступенями NCT компрессора;
® впрыск размерами капель впрыскиваемой воды от 5 мкм и выше;
« впрыск при разной относительной высоте смоченной части лопаток Нш = 0,5...0,9 в месте ввода воды.
Отсчет этой высоты ведется от корневых сечений лопаток (по втулке ротора).
Минимальный диаметр капель 5 мкм был выбран из условия впрыска горячей воды, позволяющей по рекомендациям [67] получать