Разработка вихревых газоветроэлектроагрегатов для выхлопных систем конвертируемых авиационных двигателей

• Автор: Красноруцкий, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЕ АГРЕГАТЫ НА ОСНОВЕ КОНВЕРТИРУЕМЫХ АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ВИХРЕВАЯ ГАЗОВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
1.1 Г азоперекачивающие агрегаты на основе конвертируемых авиационных газотурбинных двигателей
1.2 Способы снабжения энергетическими ресурсами удаленных компрессорных станций магистральных газопроводов
1.3 Обзор развития существующих гипотез и теоретического обоснования физических процессов во вращающихся потоках.
1.4 Вихревая газоветроэнергетическая установка для электроснабжения собственных нужд компрессорных станций магистральных газопроводов
2 АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОТЕКАЮЩИХ В ВИХРЕВОЙ ГАЗОВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК ВИХРЕВОЙ ГАЗОВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Физическая модель вихревых процессов протекающих в вихревой газоветроэнергетической установке

2.2 Методика расчета характеристик вихревой газоветроэнергетической установки

3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАБОТЕ УСТАНОВКИ
3.1 Использование средств компьютерного численного моделирования в научно-исследовательской работе. Построение компьютерной модели. Задание граничных условий

3.2 Численный расчет аэродинамической структуры потоков рабочего тела исследуемой вихревой газоветроэнергетической установки.
Выявление зависимостей на различных режимах работы
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Теоретическое обоснование экспериментального исследования
4.2 Экспериментальное исследование газоаэродинамической структуры потоков рабочего тела в вихревой газоветроэнергетической установке
4.3 Сравнительный анализ полученных результатов при проведении компьютерного моделирования и физического модельного
экспериментального исследования
5 ГАЗОВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВИ ДЛЯ ГПА-Ц-
5.1 Численное моделирование аэродинамических процессов статорной части вихревой газоветроэнергетической установки для ГПА-Ц-
5.2 Анализ влияния вихревой газоветроэнергетической установки на работу и параметры газотурбинного привода газоперекачивающего агрегата
5.3 Расчет мощности, развиваемой на валу ротора вихревой газоветроэнергетической установки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. В настоящее время авиационные газотурбинные двигатели, отработавшие свой летный ресурс, находят применение для привода газоперекачивающих агрегатов.
На собственные нужды каждой из сотен компрессорных станций с газоперекачивающими агрегатами с приводами от газотурбинных двигателей затрачивается порядка 2,5 МВт электрической мощности. Актуальным является применение экологически чистых, возобновляемых источников энергии, к которым относится, в том числе, и энергия ветра. В условиях непрерывного роста цен на централизованно поставляемую электроэнергию, целесообразно стремиться к сокращению зависимости потребителей от поставок внешней электроэнергии. Одно из возможных направлений -выработка электроэнергии для обеспечения собственных нужд компрессорных станций магистральных газопроводов с использованием энергии ветра.
Представляет интерес создание новых типов энергетических установок, путём разработки вихревых газоветроэлектроагрегатов с возможностью эффективного использования энергетического потенциала потока отходящих газов газоперекачивающих агрегатов с приводами от газотурбинных двигателей и кинетической энергии ветра.
Оснащение вихревыми газоветроэнергетическими установками компрессорных станций позволит решить проблему электроснабжения собственных нужд компрессорных станций, повысить надежность их работы, отказаться от потребления электроэнергии из внешних высоковольтных сетей. Эта проблема наиболее актуальна для компрессорных станций, находящихся за сотни километров от электростанций.
Степень разработанности темы. Закрученные потоки жидкости и газа начали привлекать внимание исследователей с начала XX века. Тем не менее, до настоящего времени остаются нерешенными многие вопросы, касающиеся теории описания вихревых процессов. Основным недостатком всех

направление движения. Могут возникать осесимметричные локальные течения воздуха (по числу закручивающих каналов статора). Неравномерность скоростей по окружности статора может достигать 20%. При увеличении диаметра ротора выше оптимальной величины между локальными течениями с повышенными скоростями в щели образуются зоны обратного течения воздуха и окружных вихрей, вызывая некоторую парциальность подвода рабочего тела к лопастям ротора.
К основным геометрическим характеристикам ротора относятся следующие:
наружный радиус лопасти колеса:
Г2Л0П = (0,92... 1,02)гс; (2.19)
внутренний радиус лопасти колеса:
Гнюп = (0,092...0,2)гс; (2.20)
высота ротора:
Нр = (0,4...1,5)гс; (2.21)
площадь, ометаемая лопастями:
Р„т = Чг22ж>п-г21ло,.); (2.22)
средний радиус лопасти колеса:
гср.лоп — V (Г1лоп “Р Г2лоп)/2' (2.23)
угол атаки лопасти:
аорг = 1° ... 8°, (2.24)
принимаем аор{ — 8°; угол установки лопасти:
р0р1 агс1^ V//V 0 с/.0р[, (2.25)
хорда лопасти:
Ь = Нр/ят рор,. (2.26)
Коэффициенты подъемной силы и сопротивления профиля принимаем: Су = 1,21; Сх — 0,55. Средний шаг лопастей:
1ср = Ь(0,2...0,3). (2.27)
Число лопастей:
пл==27СГсДр. (2.28)