Диссертация (Безлопаточные центробежные ступени для турбодетандеров малой мощности), страница 25

Данное мероприятиеспособно снизить расход утечки на 30% и, при этом, является технологичным.3.Приведены показатели уменьшения расхода утечки при использовании сотовыхуплотнений (в 1.5…2 раза). Даны предложения по замене сотовых структур насовременные истираемые уплотнительные материалы с учетом недостатковсотовых уплотнений.147ЗаключениеВыполненная работа охватывает широкий круг вопросов, посвященных созданию ДГАмалой мощности для использования на объектах газотранспортной системы. В диссертациипоследовательно рассматриваются как общие вопросы актуальности применения ДГА малоймощности, так и вопросы разработки оптимальных расширительных машин с учетом режимныхпараметров объектов газотранспортной системы.Получены следующие выводы и результаты:1.

Суммарный потенциал генерации электроэнергии на ДГА позволяет существеннымобразом покрыть собственные нужды газотранспортной системы в электрическойэнергии. При этом примерно на 40% ГРС возможна выработка не более 100 кВтэлектрической мощности, что определяет актуальность ДГА малой мощности.Около 10% объектов имеют потенциал генерации в 1МВт, и не более 3% - более2,5 МВт. Потенциал генерации на объектах газотранспортной системы высок как вгазодобывающих странах, но также и в странах, импортирующих природный газ.2.Предложены различные схемные решения с интеграцией ДГА малой мощности всистемы нетрадиционной и возобновляемой энергетики. Это позволяет достигатьэффективного электрического КПД до 75% и выше без дополнительного сжиганиятоплива.3.Доказано, что безлопаточные турбины более предпочтительны в ДГА ввидулучших эксплуатационных показателей и технологической простоты.

На основесравнения эксплуатационных показателей и значений эффективности сделанобоснованный вывод о перспективности применения ЦбРТ в составе ДГА.4.Разработаны одномерная математическая модель и методика трехмерногочисленногомоделированияЦбРТ,верифицированныеподаннымэкспериментального исследования модельной ступени. Определены точность играницы применимости разработанных одномерной и трехмерной методик расчета.Трехмерныйнестационарныйрасчетдемонстрируетзавышениезначениявнутреннего КПД ЦбРТ не более чем на +2,2% при πТ<5.5.Проведена апробация ЦбРТ в составе ДГА методом численного моделирования.Получен внутренний КПД ЦбРТ порядка 49%, чему, с учетом определенных наэтапе валидации численной модели корректировок, соответствует порядка 47%эффективности реальной машины.6.Разработаныиреализованымероприятияподальнейшемуувеличениюэффективности ЦбРТ в составе ДГА.

Сформулированы рекомендации попроектированиюирасчетудиффузоровдляЦбРТсучетомвысокой148неравномерности потока на выходе из турбины. Показано, что использованиедиффузора с гиперболическими образующими позволяет достичь прироставнутренней мощности более чем на 5%, а прироста внутреннего КПД – на 2,3% нарежиме максимальной эффективности.7.Разработаны ступенчатые лабиринтные уплотнения, использование которыхпозволяет реализовать увеличение эффективности ЦбРТ на 1% на режимемаксимальнойэффективности.Предложенныеуплотненияявляютсятехнологичными и упрощают сборку машины в части обеспечения осевого зазора.Обозначены ресурсы дальнейшего повышения эффективности за счет оптимизациигеометрии бесконтактных, а также применения контактных уплотнений.149СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙСОКРАЩЕНИЯВЭРВторичные энергетические ресурсыГРПГазораспределительный пунктГРСГазораспределительная станцияГРЩГазораспределительный щитДГАДетандер-генераторный агрегатКСКомпрессорная станцияЦбРТЦентробежно-реактивная турбинаBTUBritish Thermal Unit (1BTU = 1055,05 Джоулей)CFDComputational Fluid Dynamics (Вычислительная газодинамика)DESDetached eddy simulation (Метод отсоединенных вихрей)DNSDirect numericalмоделирования)EIAUS Energy Information AdministrationLESLarge eddy simulation (Метод моделирования крупных вихрей)simulation(Методпрямого(уравнениячисленногоНавье-Стокса,RANSReynolds averaged Navier-Stokesосредненные по Рейнольдсу)RSMReynolds stress models (модели Рейнольдсовых напряжений)URANSUnsteady RANS (нестационарный подход RANS)УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯСимволРасшифровкаЕдиницыизмеренияРежимные параметры и показателиCFLКритерий Куранта-Фридрихса-Леви (число Куранта)cpИзобарная теплоемкостьGМассовый расход рабочего телаGркGркGутhМассовый расход через каналы рабочего колесаМассовый расход через каналы рабочего колеса принулевой частоте вращенияМассовый расход утечки рабочего телаСтатическая энтальпияДж/(кг∙K)кг/сДж/кг150H0HвHuРасполагаемый перепад энтальпийДействительный перепад энтальпий (за вычетомвыходной кинетической энергии)Окружная работа ступениДж/кгkПоказатель изоэнтропы-MЧисло Маха-nЧастота вращения ступениpДавлениеp*0Полное давление на входе в ступеньp2Статическое давление на выходе из ступениp3Статическое давление после диффузораRГазовая постоянная газаReЧисло Рейнольдсаsоб/минПаДж/(кг·К)-ЭнтропияДж/КT0*Полная температура на входе в установкуT3Температура на выходе из установкиυКинематическая вязкостьπСтепень повышения/понижения давления-πТСтепень понижения давления на турбину (ступени)-σ0,2Предел текучести материалаKм2/сМПаГеометрия проточной частиaaкрВысота канала ЦбРТГорло выходного соплаFШирина канала ЦбРТСредний диаметр выходного сопла ЦбРТ / среднийдиаметр ступениПлощадь сеченияkуКоэффициент критического сечения уплотненияlкрВысота выходного сопла в критическом сеченииLксДлина косого срезаbDсрмм2мnКоэффициент увеличения площади диффузора-ZсКоличество каналов и сопел ЦбРТ-Кинематика ступенисСкорость в абсолютном движенииcuОкружная составляющая абсолютной скоростим/с151сzРасходная составляющая абсолютной скоростиС0Располагаемая скоростьuОкружная скоростьu/ С0wХарактеристическое число ступениХарактеристическое число ЦбРТ рассчитанное посреднему диаметру соплаСкорость в относительном движенииαУгол движения потока в абсолютном движенииУгол движения потока в относительном движенииεСтепень парциальности по дуге косого среза сопелu2/ С0м/см/сГрад.-Эффективность, мощность, потериcpКоэффициент восстановления давления-KдКоэффициент диффузора-MuОкружной момент ступениNВВнутренняя мощность турбиныNЭЭлектрическая мощность, вырабатываемая установкойQζc2Тепловая мощность, подводимая в цикл установкикоэффициент потерь процесса расширения в выходномсоплекоэффициент потерь от утечек рабочего тела черезуплотнениекоэффициент потерь с выходной скоростьюζтрКоэффициент потерь дискового трения- втВторичные потери венца-п рПрофильные потери венца-ηoiВнутренний относительный КПД ступени-Внутренний КПД ступени-ηuОкружной КПД ступени-дКПД диффузора-пкоэффициент потерь при повороте потока-φКоэффициент скорости сопла-ζφζут t sН∙мВт-152ИНДЕКСЫ0Относящийся к сечениювхода 0-0вт ВторичныеОтносящийся к сечению1 на выходе из сопловогоаппаратаОтносящийся кддиффузоруОтносящийся к сечению2 на выходе из рабочегоколеса 2-2Относящийся ккр критическомусечению КР-КР3Относящийся к сечениюна выходе из диффузораПолученный в результате1D вычисления поодномерной моделиб/д Без диффузораб/у Без учета утечкиВОтносящийся к сечениюВ-В (вход в каналы ЦбРТ)мод МодельныйОтносящийся кн номинальномурежимууплОтносящийся куплотнениюПолученныйcfd численныммоделированиемddiffeffОтносящийся кдискуС учетом диффузораЭффективныйпрПрофильныеtТеоретическийпредПредельный*По полнымпараметрамтрОтносящийся кпотерям трения153ЛИТЕРАТУРА1)Автономная энергоустановка, утилизирующая сбросную теплоту газотурбинныхагрегатов / Н.А.

Забелин, А.А. Себелев, М.В. Смирнов, А.С. Сайченко // Газоваяпромышленность. 2016. №9 (743). С. 28 – 36.2)БрыкинБ.В.,ЕвдокимовИ.Е.Численноемоделированиеэкспериментапоисследованию течения в лабиринтном уплотнении // Электронный журнал «ТрудыМАИ». - Выпуск № 61 [Электронный ресурс] // URL: www.mai.ru/science/trudy/ (датаобращения: 11.07.2018).3)Буглаев В.Т. Сотовые уплотнения в турбомашинах: Монография / Буглаев В.Т.,Климцов А.А., Перевезенцев В.Т., Перевезенцев С.В.

и др. 2-е изд., перераб. и доп.Брянск: изд-во БГТУ, 2006. 192с.4)Ванеев С., Финкельштейн З. Области рационального использования пневмоагрегатовс вихревыми и струйно-реактивными турбинами // MOTROL journal. 2011. Выпуск13. С. 128 –137.5)ВестиFM[Электронныйресурс]//URL:http://radiovesti.ru/article/show/article_id/212165 (дата обращения: 10.07.2018).6)Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Щур М.Л. Моделирование турбулентности прирасчетах сложных течений: учеб.