Анализ возможностей использования двигателей семейства АЛ-31 для создания автономных наземных энергоустановок с комплексной выработкой тепла и электрической энергии

• Автор: Вовк, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 185 с.

Оглавление

Перечень условных обозначений Введение

Глава I Обзор литературы

1.1 Области применения авиационных двигателей в народном хозяйстве

1.2 Методы повышения топливной экономичности газотурбинных установок (ГТУ)

1.3 Потребности современной народнохозяйственной энергетики

1.4 Разработки отечественных производителей ГТУ и некоторые примеры их использование

Глава II Требования, предъявляемые к автономным энергоустановкам

2.1 Классификация наземных газотурбинных установок

2.2 Оценка эффективности энергоустановок

2.3 Классификация и характеристика потребителей
2.4 Выбор схемы и мощности энергоустановки исходя из потребного потребления тепловой и электрической энергии
Глава III Автономные энергоустановки на базе авиационного двигателя АЛ-31 и энергопривода АЛ-31 СТ. Схемы и математические модели.
3.1 Описание двигателя АЛ-31Ф и стационарного привода АЛ-31СТ
3.2 Описание теплофикационных энергоустановок
3.2.1 Энергоустановка с демонтированным КНД и турбиной ТНД в качестве силовой
3.2.2 Энергоустановка, состоящая из двух газогенераторов двигателя АЛ-
3.2.3 Установка с демонтированным КНД, камерой подогрева и специально проектируемой СТ
3.2.4 Установка на базе стационарного привода АЛ-31 СТ
3.2.5 Установка на базе "полного" двигателя АЛ-31 Ф
3.3 Обеспечение требуемой частоты вращения ротора СТ
энергоустановки с дополнительной камерой подогрева
3.3.1 Описание изобретения

3.3.2 Формула изобретения
3.4 Алгоритм и структура программ для расчета энергоустановок
3.5 Математические модели отдельных элементов ГТУ , д
3.5.1 Входное устройство ГТУ
3.5.2 Модель осевых компрессоров ^д
3.5.3 Модель камеры сгорания
3.5.4 Модель осевых турбин
3.5.5 Камера смешения ^д
3.5.6 Камера подогрева ^ ^ д
3.5.7 Утилизирующий водогрейный котел ^
3.5.8 Учет изменения режима работы газогенератора ^
3.6 Отладка и уточнение модели расчета энергоустановок на базе ^
авиационных двигателей Глава IV
Параметрический анализ энергоустановок на базе двигателя АЛ-
4.1 Установка с демонтированным КНД и турбиной ТНД в качестве
силовой
4.2 Установка, состоящая из двух газогенераторов двигателя АЛ-31 ^ дд
4.3 Установка с демонтированным КНД, камерой подогрева и специально проектируемой СТ
4.4 Установка на базе стационарного привода АЛ-31 СТ ^дд
4.5 Установка на базе "полного" двигателя АЛ-31 Ф
4.5.1 Энергоустановка с температурой в камере сгорания Т*г = 1670 К ^д
4.5.2 Энергоустановка с температурой в камере сгорания Т*г = 1440 К
4.6 Сравнение энергоустановок на базе двухконтурного и ^д
одноконтурного двигателя
4.7 Изменение параметров энергоустановок в зависимости от наружной температуры
Заключение и выводы ^д
Список использованной литературы

Перечень условных обозначений
в-расход рабочего тела, кг/с; к-показатель изоэнтропы;
Ьудельная работа газа, кДж/кг;
Ы-мощность, кВт; п-частота вращения, об/мин;
Р-давление, кПа;
Р-газовая постоянная, Дж/кг*К;
Т-температура, К;
т|- коэффициент полезного действия (КПД);
л*в -степень повышения давления в вентиляторе;
л*к -степень повышения давления в компрессоре;
тс*т -степень понижения давления рабочего тела в турбине;
т)е - эффективный КПД;
г|и- полный КПД (коэффициент использования топлива); Верхние индексы *-полные параметры потока;
' - внутренний контур;
"- внешний контур;
Нижние индексы
исх-исходный;
р-расчетный;
мех - механический
тепл - тепловой
Сокращения
ГГ-газогенератор;
ГТ-газовая турбина;
ГТД-газотурбинный двигатель;
ГТУ-газотурбинная установка;
ГПА - газоперекачивающий агрегат; ГПТД-газопаротурбинный двигатель; ГПТУ-газопаротурбинная установка;
ГТТ - газотурбинная техника;

назначения. Одним из основных направлений деятельности ГУП «Завод имени В.Я. Климова» является создание, изготовление для поставки и сопровождение в эксплуатации турбовальных и турбовинтовых газотурбинных двигателей мощностью от 100 до 4000 л.с., которые и были применены в составе газотурбинных приводов. В таблице № 5 представлены эти разработки.
Стационарные двигатели ГУП «Завод имени В.Я. Климова»
Таблица № 5.
Мощность, кВт Эффективный кпд, % Расход воздуха кг/с
ГТД-1250 650 24 4,
ТВ2-117 850 20 7,
Спарка ТВ2-117 1 700 20
ТВЗ-117 1 100 25 8,
Спарка ТВЗ-117 2 200 25 16,
ТВ7-117 1 200 26 7,
В начале 90-х годов разработкой конвертированных двигателей для газовой промышленности стали заниматься АО «Авиадвигатель» (г. Пермь) и АО «А.Люлька-Сатурн» (ныне НТЦ им. А.Люльки, г. Москва). Пермское предприятие разработало двигатель ГТУ-12П (Ые= 12 МВт, г|е=34 %) и двигатель ГТУ-16П (N6= 16 МВт, де=36,5 %) на основе газогенератора авиационного двигателя ПС-90, устанавливаемого на самолетах Ил-96, Ту-204 [23,24,25].
Стационарные двигатели ОАО «Авиадвигатель»
Таблица №
Технические характеристики ГТУ
ГТУ- 2,5П ГТУ- 4П ГТУ- 10П ГТУ- 12П ГТУ- 16П ГТУ- 6П ГТУ- 25П ГТУ- 65П
Номинальная мощность на валу турбины, МВт 2,7 4,34 10 12,4 16,5 6,5 25,6 68,
КПД на валу турбины 0,216 0,25 0,34 0,345 0,37 0,272 0,4 0,
Температура газа перед турбиной, С0 683 790 977 1080 1147 912 1247 1
Температура газа на выхлопе, С° 383 421 410 467 466 478 455
Степень повышения давления 5,8 7,3 15,0 15,8 19,6 8,9 28,5