Сведения о результатах защиты (Разработка научно-методологических основ создания перспективных высокотемпературных энергетических комплексов), страница 7

В обеспечение практической применимости предлагаемой методологии для создания высокотемпературных энергетических комплексов разработаны: усовершенствованная методика проектирования теплонапряженных охла>кдаемых деталей высокотемпературных турбин, базирующаяся на опережающей верификации математических моделей на основе испытания прототипов, изготавливаемых по Я.М-технологии; математическая модель отсека паровой турбины с охлаждаемой проточной частью, позволяющая определять необходимое количество охлаждающего агента в зависимости от его параметров, параметров основного потока и рабочей температуры применяемых конструкционных материалов; совокупность математических моделей, обеспечивающих прогнозирование стоимости перспективного энергетического оборудования высокотемпературных энергетических комплексов; - разработаны научно-обоснованные предложения по формированию структуры и выбору параметров тепловых схем перспективных высокотемпературных энергетических комплексов на органическом, ядерном и водородном топливах на основе оптимизационных исследований.

С использованием приемов и методов функционально-стоимостного анализа сформирован конструктивный облик основного оборудования и предложены компоновочные решения, применение которых обеспечивает достижение максимального уровня эффективности при минимальных затратах: для энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара с одним промежуточным перегревом максимальная эффективность нетто в 48,5 '.4 обеспечивается при установке девяти регенеративных подогревателей и температуре питательной воды порядка 330-340 'С, давлении промежуточного перегрева на уровне 7 МПа. На основе проведенных исследований и с применением разработанных технических решений сформирован конструктивный облик основного оборудования и энергоблока в целом; - для угольно-гибридных энергетических комплексов получены новые результаты по влиянию водородного перегрева пара на термодинамическую эффективность и структуру тепловых схем.

Показано, что при перегреве пара свыше 900 'С требуется установка промежуточного охладителя пара для снижения температуры перед цилиндром низкого давления. Выявлены особенности функционирования энергетических комплексов с водородным перегревом пара. Предложена конструкция водородного-кислородного пароперегревателя; - предложено применение гибридного принципа для повышения мощности и экономичности паротурбинных энергоблоков АЭС за счет организации внешнего по отношению к ядерной паропроизводящей установке перегрева пара.

Исследованы варианты реализации тепловых схем энергоблоков с перегревом пара за счет органического топлива до температуры 600 'С. Определены оптимальные параметры и структуру тепловых схем блоков с внешним перегревом, мощность которых при использовании органического топлива достигает 2000 МВт при КПД использования органического топлива 49,8 %. На основе проведенных исследований и с применением научно-обоснованных технических решений разработан конструктивный облик внешнего пароперегревптеля на углеводородном топливе и паровой турбины большой мощности.

Разработанные новые научно-технические решения защищены патентами: 1) Двухъярусная рабочая лопатка для паровых турбин: пат. 139602 РФ / Зарянкин А.Е.„ Зарянкин В.А., Арианов С.В., Рогалев А.Н., ь1укин А.Н. -- заявл. 20.03.2013; опубл, 20.04.2014. 2) Диафрагма паровой турбины: пат, 2605876 РФ / Зарянкин А.Е., Рогалев А.Н., Гаранин И.В., Осипов С.К., Зарянкин В.А. — заявл. 04.08.2015; опубл. 27.12.2016. 3) Пыпеугольный котел: пат. 2615556 РФ / Рогалев Н.Д., Рогалев А.Н., Архипов А.М., Прохоров В.Б.„Чернов СЛ., Киричков В.С., Фоменко М.В.

— заявл. 25.04.16; опубл. 05.04.17. 4) Топка парогенератора: гит. 2625887 РФ / Рогалев А.Н., Комаров И.И., Гаранин И.В., Вегера А.Н., Ростова Д.М. — заявл. 07.09.2016; опубл. 19.07.2017. 5) Двухъярусная ступень двухъярусного цилиндра низкого давления: пат. 2630817 1"Ф / Зарянкин А.Е., Зарянкин В.А., Рогалев А.Н., Гаранин И.В., Осипов С.К. — заявл.

21.! 1.2016; опубл. 13.09.2017. 6) Послеотборная ступень паровой турбины: пат. 2630951 РФ / Зарянкин А.Е., Рогалев А.Н., Гаранин И.В., Осипов С.К. — заявл. 10.11.20! 6; опубл. 14.09.2017. Полученные при подготовке диссертационного исследования новые научные результаты, в том числе: - рекомендации по выбору параметров и формированию структуры тепловых схем перспективных высокотемпературных энергоблоков, в том числе с ультрасверхкритическими параметрами пара, и гибридных угольно-водородных энергоблоков; технические решения для перспективного оборудования, в том числе компоновочные решения котельных агрегатов; прогнозные модели оценки стоимости энергетического оборудования с повышенными параметрами пара; - новая методология проектирования, базирующаяся на комплексном применении расчетных и экспериментальных методов исследований с изготовлением моделей по аддитивной технологии; методика проектирования теплопапряженных охлаждаемых деталей высокотемпературных эпергоустановок на основе опережающей верификации математических моделей; - алгоритмы и модели расчета элементов проточных частей турбомашин использованы ведущими отраслевыми научно-исследовательскими институтами (Открытое акционерное общество «Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический научно-исследовательский институт» и Открытое акционерное общество «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им.

И.И. Ползунова»), что подтверждено соответствующими актами. Созданные под руководством и при непосредствешюм участии соискателя стенды для исследования и экспериментальной отработки конструкций плоских и кольцевых 17 турбинных решеток, регулирующих и стопорных клапанов, выхлопных патрубков паровых и газовых турбин, программы и методики проведения исследований применяются в научно- образовательном центре «Инновационное развитие в энергетике и промыпзленности» ФГБОУ ВО «11ИУ «МЭИ» при выполнении научно-исследовательских работ.

Полученные соискателем при подготовке диссертации новые научные результаты внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» и используются при подготовке магистров по направлению 13.04.00 «Теплоэнергетика и теплотехника» в рамках реализации магистерских программ «Тепловые электрические станции» и «Инновационные технологии в теплоэнергетике и теплотехнике», а также при подготовке кадров высшей квалификации по специальностям 05.14.01 — «Энергетические системы и комплексы», 05.14.14 — «Тепловые электрические станции, их системы и агрегаты», 05.04.12 «Турбомашины и комбинированные турбоустановки», 05.07.10 — «Инновационные технологи в аэрокосмической деятельности», что подтверждено соответствующими актами.

Оценка достоверности результатов исследования выявила, что: - идеи исследования базируется на обобщении мирового опыта увеличения тепловой экономичности паротурбинных энергоустановок посредством перехода на повышенные параметры пара, а также на анализе методов создания оборудования высокотемпературных энергоустановок, в том числе с охлаждаемыми теплонапряженными элементами проточной части; на обобщении методов и подходов прогнозирования стоимости перспективных высокотехнологичных изделий и опыта применения приемов функционально- стоимостного анализа, обеспечивающего обоснованный выбор конструктивно- технологических решений при проектировании нового оборудования; теория проведенных исследований построена на использовании законов и уравнений термодинамики, аэродинамики и тепломассообмена, механики твердого тела„ - использованы современные методы решения теплотехнических задач, в том числе методы математического моделирования и оптимизации с применением хорошо зарекомендовавших себя в мировой практике проведения исследований программных комплексов, Для структурно-параметрического моделирования высокотемпературных энергетических комплексов использовались программные продукты Оа!еСус!е и Тпсппойои, для исследования процессов аэродинамики, теплообмена и анализа напряженно деформированного состояния были применены программные средства Апзуз СГХ, АхСе1й, Наев!, Апзуз МесЬап!са!.

- использовано сравнение полученных на основе разработанных моделей оценок стоимости паротурбинных энергоблоков и значений стоимости существующих энергоблоков на различные параметры пара; - установлено качественное и количественное совпадение оценок стоимости создания оборудования высокотемпературных энергетических комплексов энергоблоков с данными, представленными в зарубежных и отечественных источниках; - использован расчетно-экспериментальный метод исследования аэродинамических и тепловых процессов, позволяющий производить сравнение результатов моделирования и экспериментальных исследований для аналогичных граничных условий с целью подтверждения достоверности полученных при моделировании результатов; - достоверность результатов, полученных экспериментальным путем, подтверждается использованием современного измерительного оборудования, повторяемостью и воспроизводимостью результатов измерений; - установлено качественное и количественное совпадение результатов расчетных и экспериментальных исследований.

Личный вклад соискателя состоит в постановке цели и задач исследования, в получении новых научных результатов: - новой методологии проектирования научно-обоснованных техническим решений, базирующейся на комплексном применении расчетных и экспериментальных методов исследования, использовании аддитивных технологий для изготовления физических моделей, обеспечивающей сокращение продолжительности создания нового оборудования.