Автореферат (1143936)
Текст из файла
На правах рукописиСмирнов Максим ВикторовичБЕЗЛОПАТОЧНЫЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ СТУПЕНИ ДЛЯ ТУРБОДЕТАНДЕРОВМАЛОЙ МОЩНОСТИСпециальность – 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановкиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени кандидата технических наукСанкт-Петербург2019Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университетПетра Великого» на кафедре «Турбины, гидромашины и авиационные двигатели».Научный руководитель:доктор технических наук,Фокин Георгий АнатольевичОфициальные оппоненты:Кузнецов Юрий Павловичдоктор технических наук, профессор,ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственныйтехнический университет им. Р.Е. Алексеева»,г.
Нижний Новгород, кафедра «Энергетическиеустановки и двигатели», профессорЛыков Алексей Викторовичкандидат технических наук,ПАО «Силовые машины – ЗЛТ, ЛМЗ, Электросила,Энергомашэкспорт»,г. Санкт-Петербург,СКБ«Турбина», ЛМЗ, инженер-конструктор 1 категорииВедущая организация:Открытоеакционерноеобщество«Научнопроизводственное объединение по исследованию ипроектированию энергетического оборудования им.И.И.Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»),г.
Санкт-ПетербургЗащита состоится «19» марта 2019г. в 16.00 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.229.06 в ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университетПетра Великого» по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29,Главное здание, аудитория 118.С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке и на сайтеФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»(http://www.spbstu.ru).Автореферат разослан «»201г.Ученый секретарьдиссертационного советаД 212.229.06, к.т.н., доцентТалалов В.А.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыРост потребления газа ставит проблему развития и увеличения эффективностигазотранспортнойсистемы,втомчисле,засчетиспользованиявторичныхэнергетических ресурсов (ВЭР).
В России транспорт газа от месторождений конечномупотребителюосуществляетсягазотранспортнойсистемы.преимущественноПротяженностьпосредствомгазотранспортнойтрубопроводнойсистемыРоссиисоставляет 171,2 тыс. км, на ней функционирует 250 газокомпрессорных станций,суммарная установленная мощность агрегатов газотранспортной системы составляет46,2 тыс. МВт. При транспорте газа трубопроводной системой на компрессорныхстанциях (КС) газ сжимается до высоких давлений (5,4…10 МПа) для уменьшенияудельного объема газа и, таким образом, потерь трения и затрат на транспорт.
На сжатиегаза расходуется значительная энергия. При удаленном транспорте газа, например отместорожденийЯмаладопотребителейвЗападнойЕвропе,до6…7%транспортируемого газа расходуется на работу газоперекачивающих агрегатов.Конечные потребители используют газ давлений 0,11…3,0 МПа. Давление газаснижаетсяпоследовательногазораспределительныхнаобъектахстанциях,газораспределительнойгазораспределительныхсистемыпунктах–игазораспределительных щитах. В настоящее время технологический процесс построенна последовательном дросселировании газа на объектах газораспределительной системыот давления в магистральном газопроводе до давления конечного потребителя.
Приэтом, полезная работа не производится, таким образом, потенциальная энергия газавысокогодавлениябезвозвратноутрачивается.Альтернативойявляетсятехнологический процесс с выработкой электрической энергии за счет потенциальнойэнергии сжатого газа. При этом часть энергии, затраченной на сжатие газа на КС, можнополезно использовать, превратив в электрическую энергию с помощью детандергенераторныхагрегатов(ДГА).Процессутилизацииэнергии,затраченнойгазоперекачивающими агрегатами на процесс транспортировки чрезвычайно важен дляповышения эффективности всей газотранспортной системы.В настоящее время ДГА не получили широкого распространения на объектахгазотранспортной системы.
Если в диапазоне больших мощностей (от 1 МВт и более)имеется некоторое количество реализованных в мире проектов, и несколько реализованотакже в России, то в диапазоне малых мощностей количество реализованных проектовисчисляется единицами. При создании ДГА малых мощностей имеют место4объективные технические и экономические сложности, связанные со сложностьюсозданияидоводкивысокооборотныхустановок,дороговизнойизготовлениялопаточных турбин, а также высокой эрозионной активностью рабочего тела.Указанные обстоятельства определяет высокую стоимость агрегатов, что находитотражение в долгих сроках их окупаемости.Существенно снизить стоимость установок ДГА малой мощности и повысить ихэксплуатационные характеристики могло бы применение безлопаточных турбомашин.Безлопаточные турбины существенно менее требовательны к качеству рабочего тела,обладают повышенной эрозионной стойкостью, практически не имеют в проточнойчасти малых зазоров и сложных уплотнений.
Их технологическая простота определяетнизкую стоимость и производственную доступность.В настоящее время существуют ДГА со струйно-реактивными турбинами,конструктивнопростымииобладающимихорошимиэксплуатационнымихарактеристиками. В то же время внутренний КПД струйно-реактивных турбин непревышает 29%. Представляется целесообразным развитие направления безлопаточныхтурбомашин для ДГА, эксплуатационно пригодных для объектов газотранспортнойсистемы и обладающих, при этом, большей эффективностью.Цели и задачиЦелью настоящей работы является разработка подхода к проектированиюэффективных безлопаточных турбин, их исследование и совершенствование дляулучшения технико-экономических показателей детандер-генераторных агрегатовмалой мощности.Задачи исследования:1) ОпределениеконструктивногообликаДГАитипаприменяемойбезлопаточной турбины, отвечающих предъявляемым к этим установкамтребованиям.2) Разработка одномерной и трехмерной методик расчета безлопаточнойтурбиныДГАсучетомспецификирабочегопроцесса,валидацияразработанных методик.3) Анализ баланса потерь в исследуемой безлопаточной турбине, выявлениерезервов повышения эффективности.4) Разработкарекомендацийбезлопаточных турбин ДГА.подальнейшемусовершенствованию5Научная новизнаНаучная новизна работы выражается в следующем:1) Впервыесистематизированаинформацияпопотенциалугенерацииэлектрической энергии на ДГА в газотранспортных системах разных стран.ОбоснованаактуальностьпримененияДГАмалоймощности.Систематизированы современные решения по интеграции ДГА в системы свозобновляемыми источниками энергии для организации подогрева газа.2) Предложенабезлопаточнаяцентробежно-реактивнаятурбина,превосходящая по эффективности все известные на текущей момент типыбезлопаточных турбин при их применении в ДГА, и обладающаяприемлемыми эксплуатационными характеристиками.3) Разработаны и валидированы одномерная и трехмерная расчетные моделицентробежно-реактивной турбины с учетом термодинамических параметровреального газа.4) Впервые проведена апробация использования центробежно-реактивнойтурбины в составе ДГА путем численного эксперимента.5) Предложеныиобоснованыцентробежно-реактивныхтурбинмероприятиявсоставепосовершенствованиюДГА,направленныенаинформациипоповышение эффективности.Теоретическая и практическая ценность работыРаботавноситсущественныйвкладвсистематизациюперспективности применения ДГА малой мощности в газотранспортных системах.Разработаны инженерные методики выбора геометрических и режимных параметровЦбРТ для ДГА, одномерная математическая модель ЦбРТ с учетом термодинамическихсвойств реального газа.Предложенный математический аппарат может применяться при созданиитурбомашин для ДГА мощностью до 500 кВт.6Методы исследованийРабота проводилась с использованием методов математического моделирования(одномерный расчет) и численно-экспериментальных (вычислительная газодинамика)методов.Газодинамические расчеты диссертационного исследования были реализованы намощностях Суперкомпьютерного центра «Политехнический».Личный вклад автора состоит в:1) Проведении обзора и систематизации информации по потенциалу генерацииэлектрической энергии на ДГА и по целесообразным источникам подогревагаза для ДГА малой мощности.2) Обосновании предпочтительного конструктивного облика ДГА и типаприменяемой турбины.3) Создании и валидации одномерной и трехмерной моделей расчета турбиныДГА.4) Проведении апробации предложенной безлопаточной турбины в ДГА путемпроведениячисленногомероприятийпоэксперимента.дальнейшемуРазработкисовершенствованиюиобоснованияисследованнойрасширительной машины.Защищаемые положенияАвтор защищает:1) Разработанную одномерную модель безлопаточной центробежно-реактивнойтурбины с интеграцией термодинамических свойств реального газа.2) Методику проведения численного моделирования исследуемого объекта.3) Результаты численной апробации применения центробежно-реактивнойтурбины в составе ДГА.4) Разработанныепредложенияподальнейшемусовершенствованиюбезлопаточных центробежно-реактивных турбин.Достоверность и обоснованность полученных результатовДостоверностьиобоснованностьполученныхрезультатовобеспеченаиспользованием в процессе выполнения работы апробированного методологическогообеспечения численного эксперимента, показавшего удовлетворительную сходимость с7результатами физических экспериментов на модельном варианте центробежнореактивной турбины.
Выносимые на защиту положения диссертации опубликованы врецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ и индексируемых вSCOPUS, доложены на отечественных и международных конференциях.Апробация результатов работыРезультаты работы были представлены и обсуждались на:1) Международная отраслевая конференция «ANSYS в энергетике», СанктПетербург, СПбГПУ, 11 – 12 апреля 2012г., тема доклада: «Опыт численногомоделирования течения в малорасходных турбинных ступенях конструкцииЛПИ».2) XLI Научно-практическая конференция с международным участием «Неделянауки СПбГПУ», Санкт-Петербург, СПбПУ, 3 – 8 декабря 2012г., тема доклада:«Влияниеформыгорламалорасходногосопловогоаппаратанаегоэффективность».3) XLIII Научно-практическая конференция с международным участием «Неделянауки СПбГПУ», Санкт-Петербург, СПбПУ, 1 – 6 декабря 2014г., тема доклада:«Особенности сравнения физического и численного экспериментов».4) Результаты работы включены в отчет по Федеральной Целевой Программе потеме «Разработка и создание турбогенераторных установок электрическоймощностью 1 и 30 кВт, использующих энергию сжатого природного газагазотранспортной системы России», соглашение о предоставлении субсидии от27.10.2015г.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
