Численное моделирование и обобщение характеристик судовых газотурбинных установок на переменном режиме

• Автор: Зо Вин Тхайк
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА Е ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И БАЗЫ ДАННЫХ

1.1. Современные судовые ГТД и работа на переменном режиме

1.1.1. База данных современных судовых ГТУ

1.1.2. Работа судовых ГТД на переменном режиме

1.2. Методы повышения эффективности ГТД на режимах частичных нагрузок

1.2.1. Комбинированный цикл и работа судовых КГПТУ на переменном режиме

1.2.2. Сложный цикл и работа судовых ГТД на переменном режиме
1.2.3. Использование регулируемого соплового аппарата (РСА) в силовой турбине
1.3. База данных по характеристикам элементов газотурбинного двигателя и комбинированной установки
1.3.1. Универсальные характеристики осевых компрессоров
1.3.2. Эффективность системы охлаждения лопаток турбины ГТД
1.3.3. Характеристики котла-утилизатора и конденсатора
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГТД И КГПТУ НА ПЕРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ
2.1. Математическая модель
2.2. Блок схема программы
2.3. Структура программы
ГЛАВА 3. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУДОВЫХ ГТД НА ПЕРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ
3.1. Обобщение характеристик ГТД на переменном режиме

3.1.1. Обобщение характеристик однокомпрессорных ГТД со свободной силовой турбиной на переменном режиме
3.1.2. Обобщение характеристик двухкомпрессорных ГТД со свободной силовой турбиной на переменном режиме
3.1.3. Обобщение характеристик ГТД со свободной силовой турбиной на переменном режиме
3.2. Повышение эффективности ГТД сложного цикла на переменном режиме
3.3. Тестирование программы и сравнение эффективности различных типов ГТД на переменном режиме
ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ЦИКЛА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУДОВЫХ ГТУ НА ПЕРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ
4.1. Сравнение эффективности КГПТУ при изменении давления перегретого
пара на номинальном режиме
4.2. Обобщение характеристик КГПТУ для схемы ТУК с деаэратором и паровой турбиной с отбором пара на переменном режиме
4.3. Обобщение характеристик КГПТУ для схемы ТУК с теплым ящиком и паровой турбиной на переменном режиме
4.4. Влияние параметров на статические характеристики КГПТУ
4.5. Сравнение эффективности КГПТУ
4.6. Тестирование программы для КГПТУ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕІІИЕ
Приложение
Приложение

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ГТУ — газотурбинная установка;
ГТД — газотурбинный двигатель;
КС — камера сгорания;
КВД - компрессор высокого давления;
КГПТУ — газопаротурбинная установка;
КНД — компрессор низкого давления;
КПД - коэффициент полезного действия;
КУ — котёл — утилизатор;
ПТ — паровая турбина;
РСА - регулируемый сопловый аппарат;
СТ — силовая турбина;
СЭУ - судовая энергетическая установка;
СВП - судно на воздушной подушке;
СПК - судно на подводных крыльях;
СН — собственные нужды;
ОСН - общесудовые нужды;
ССЮСЮ - комбинированная дизель - газотурбинная установка;
СОБАС - комбинированная паро - газотурбинный установка;
ССЮСЮ - комбинированная газо — газотурбинная установка;
ТУК - теплоутилизирующий контур;
ТВД - турбина высокого давления;
ТГ - турбогенератор;
ТНД - турбина низкого давления;
УТГ - утилизационный турбогенератор.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Рпп - давление водяного пара, Па;
Р] = Рц.кнд " давление воздуха на входе в компрессор НД;
Рцкнд ~ давление воздуха на входе в компрессор ВД;
Т = Т„ кнд ' температура воздуха на входе в КНД;
Р1 - давление окружающего воздуха, Па;
якг,тти - степень повышения давления воздуха КНД и КВД;
її - влажность воздуха кг воды/ кг сухого воздуха;
'ны.кнд ~ энтальпия воздуха на выходе из КНД, кДж/кг; т1к7,п,; - КПД компрессора низкого и высокого давления; т]тр - КПД камеры сгорания;
Т]п - КПД редуктора;
/ - теоретическое количество воздуха для окисления 1 кг топлива;
ф^фг,фъ - доли расхода охлаждающего воздуха, возвращаемого в проточные
части турбин;
д/,,3 - механический КПД турбокомпрессоров ВД, НД и СТ;

LM-2500, двухвальпую, максимальной мощностью 2 х 22060 кВт (2 х 30000 л. с.).
В агрегат, работающий на гребной вал, входит один двигатель LM -2500 мощностью 16 900 кВт и ТУК с паровой турбиной мощностью 5160 кВт (23,3 % общей мощности).
Для расчетного диапазона температуры атмосферного воздуха от - 18 до +38 °С оптимальными (по минимуму полной массы установки с запасами топлива) признаны следующие параметры: давление пара за КУ 4,24 МПа, температура пара за КУ 731 К (458 °С), температура газов за КУ 506 К (233 °С), сопротивление газового тракта КУ 1736 Па, сопротивление газового тракта за КУ 747 Па и сопротивление воздушного тракта 996 Па.
Столь высокие начальные параметры пара в ТУК обусловлены высокой начальной температурой газов, равной 1373 К (1100°С).
Для данной установки принят КУ с принудительной циркуляцией. При температуре наружного воздуха 311 К (38 °С) КУ получает 210 т/ч газа с температурой 797 К (524 °С) и производит 24,5 т/ч перегретого пара. Расчетный расход топлива для данной КГПТУ заявлен 194,5 г/(кВт. ч) (143 г/(л. с. ч)).
КГПТУ круизного лайнера типа Millennium [30], [45|.
Схема КГПТУ, состоящей из двух ГТД типа LM 2500+, которые работают на один одноконтурный котел — утилизатор, и одной ПТ, представлена на рис 1.9 . Суммарная мощность установки составляет 59 мВт, где 50 мВт для 2-х ГТД и 9 мВт для ПТ. Оба ГТД приводят генератор № 1, ПТ приводит генератор №2. Гребной винт приводится электродвигателем. Расход пара на общесудовыс нужды 28т/ч.