Согласованная оптимизация параметров цикла ГТУ и ПГУ и параметров охлаждаемой проточной части газовой турбины

• Автор: Захаров, Юрий Борисович
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 117 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ СОГЛАСОВАННОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЦИКЛА ГТУ И ПГУ И ПАРАМЕТРОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ГТ.

1.1 Постановка задачи согласованной оптимизации

1.2 Построение базовых профилей

1.3 Определение координат текущего профиля Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТУПЕНИ ГАЗОВОЙ
ТУРБИНЫ

2.1 Газодинамический расчет

2.2 Определение потерь в турбинной решетке

2.3 Схема охлаждения

2.4 Теплообмен в лопатках ГТД

2.5 Расчет гидравлического сопротивления и теплоотдачи в каналах охлаждения лопаток
2.6 Прочностной расчет сопловых и рабочих лопаток
2.7 Современные математические модели рабочих процессов газотурбинных двигателей
2.8 Методика определения стоимости 1 ТУ
2.9 Постановка задачи оптимизации ГТУ и ПГУ но критерию экономической и энергетической эффективности
2. Подход к учету логических условий в математических моделях ТЭУ при оптимизационных расчетах
Глава 3 ОПТИМИЗАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ ГТУ И ПГУ
3.1 Оптимизация ГТУ но критерию энергетической эффективности
3.2 Оптимизация 1ТУ и ПГУ оптимальной мощности с охлаждаемыми лопатками газовых турбин из перспективных сплавов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


В работе показано, что степень повышения давления мало зависит от глубины утилизации теплоты парогазовой смеси после котла-утилизатора, но существенно растет с увеличением начальной температуры газов в цикле. Модель учитывает влияние доли водяных паров в парогазовой смеси на выбор теплоперепадов в ступени. Расчет ГТУ производится с учетом зависимости КПД компрессора и ГГ от степени повышения давления в компрессоре и степени расширения в турбине в зависимости от основных свойств рабочих тел от температуры. В МЭИ [] проводят моделирование и исследования ПГУ с паровым охлаждением проточной части. За основу принимаются параметры низкотемпературной газовой турбины ГТ-0 с фиксированными параметрами продуктов сгорания. В работе учитывается состояние лопаток выбранного профиля, профили не оптимизируются. В модели подробным образом определяются расходы воздуха для поддержания выбранной допустимой температуры лопаток, при этом не учитывается влияние напряжений. По сути, работа представляет создание математической модели поверочного расчета паросиловой части ПГУ с учетом влияния выпуска пара в проточную часть ГТ, для того чтобы показать преимущественное влияние закрытой схемы парового охлаждения над открытой. В исследовании ЛТМЗ [], посвященном оптимизации параметров паросиловой части схем различных бинарных ПГУ, используются алгоритмы одномерной оптимизации, основанные на комбинированном применении численных методов золотого сечения, бинарного поиска и квадратичной апроксимации. Задача оптимизации ПГУ имеет как односторонние, так и двусторонние ограничения. Сходимость алгоритма оптимизации в указанной работе обеспечивается правильным подбором диапазона варьируемых переменных. В [] анализ состояния освоения ПГУ в России показывает, что разработки и потенциал для появления качественных высокотемпературных ГТУ отсутствуют и поэтому это направление является перспективным. Автор считает также, что более близкой перспективой является проработка и создание высокотемпературных паросиловых установок, входящих в состав ПГУ, как вариант увеличения экономичности парогазовых установок. В работе представлена методика моделирования паросиловой части на основе газовой турбины GT, проводятся расчеты. Одним из выводов в работе является утверждение о том, что трехконтурные бинарные ПГУ имеют энергетический оптимум, совмещенный с максимальной мощностью ПТУ при давлении пара перед П'Г МПа. В труде МЭИ [] сделан акцент на повышение эффективности ПГУ при модернизации котла-утилизатора. Математическое моделирование и проведение экспериментов показывают, что применяемые в работе диффузорные пучки труб в теплообменниках превосходят по всем показателям обычный шахматный пучок. В работе [] предлагается методика оценки эксергетического КПД ПГУ. Предполагается, что эта методика может использоваться для комплексного исследования и оптимизации ПГУ. По исследованиям, на математической модели паросилового цикла, где базовым источником тепла является газовая турбина PG в Southeast University (Nanjing) [6] отмечается, что бессмысленно с точки зрения энергетической эффективности поднятие начальной температуры пара в комбинированном цикле выше 0°С. Авторами гораздо более эффективным признается дополнительная установка теплового регенератора ГТУ, вместо дальнейшего увеличения параметров паросилового цикла. Анализ проведенных работ показывает, что, как уже отмечалось, задачи оптимизации параметров цикла решаются при заданных параметрах продуктов сгорания на входе в газовую турбину. При этом часто задаются типоразмеры проточной части. Достаточно очевидно, что такое “сужение” оптимизационной задачи не позволяет выполнить согласованную оптимизацию параметров газовой турбины и остальной части ГТУ или ПГУ и найти наиболее эффективные технические решения, как по параметрам ПГУ, так и по её технологической схеме. Следует отметить, что расчетом и оптимизацией проточных частей различных турбомашин, в том числе и охлаждаемых газовых турбин, посвящено достаточно большое число работ [-]. Число профилей при этом должно быть не менее пяти.