Диссертация (1143937), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Конечные потребителииспользуют газ, имеющий давление в диапазоне 0,11…3,0 МПа. Давление газа снижаетсяпоследовательно на объектах газораспределительной системы – газораспределительныхстанциях (ГРС), газораспределительных пунктах (ГРП) и газораспределительных щитах (ГРЩ).В настоящее время технологический процесс построен на последовательном дросселированиигаза на объектах газораспределительной системы от давления в магистральном газопроводе додавления конечного потребителя.
При этом полезная работа не производится, таким образом,потенциальная энергия газа высокого давления безвозвратно утрачивается. Альтернативойявляется технологический 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 детандер-генераторныхагрегатов (ДГА). Процесс утилизации энергии, затраченной газоперекачивающими агрегатамина процесс транспортировки, чрезвычайно важен для повышения эффективности всейгазотранспортной системы. По данным исследователей из Польши [55], доля потерь эксергии,связанная с работойагрегатов,являетсядоминирующейвобщем балансе потерьгазотранспортной системы, составляя более 70%.В настоящее время ДГА не получили широкого распространения на объектахгазотранспортной системы.
Если в диапазоне больших мощностей (от 1 МВт и более) имеетсянекоторое количество реализованных в мире проектов, и несколько реализовано также в России[20], то в диапазоне малых мощностей количество реализованных проектов исчисляетсяединицами. При создании ДГА малых мощностей имеют место объективные технические иэкономические сложности, связанные со сложностью создания и доводки высокооборотныхустановок, дороговизной изготовления лопаточных турбин, а также высокой эрозионнойактивностью рабочего тела.
Указанные обстоятельства определяет высокую стоимостьагрегатов, что находит отражение 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, обладаютповышенной эрозионной стойкостью, практически не имеют в проточной части малых зазорови сложных уплотнений.
Их технологическая простота определяет низкую стоимость ипроизводственную доступность.6В настоящее время существуют ДГА со струйно-реактивными турбинами [8],конструктивно простыми и обладающими хорошими эксплуатационными характеристиками. Вто же время внутренний КПД струйно-реактивных турбин не превышает 29%. Представляетсяцелесообразным развитие направления безлопаточных турбомашин для ДГА, эксплуатационнопригодных для объектов газотранспортной системы и обладающих, при этом, большейэффективностью.Такимобразом,цельюнастоящейработыявляетсяразработкаподходакпроектированию эффективных безлопаточных турбин, их исследование и совершенствованиедля улучшения технико-экономических показателей детандер-генераторных агрегатов малоймощности.Задачи исследования:1) Определение конструктивного облика ДГА и типа применяемой безлопаточнойтурбины, обеспечивающих оптимальные технико-экономические показатели;2) Разработка общего подхода к проектированию, а также одномерной и трехмернойметодик расчета выбранной безлопаточной турбины ДГА с учетом спецификирабочего процесса.
Валидация разработанных методик;3) Анализ структуры потерь в исследуемой безлопаточной турбине, выявлениерезервов повышения эффективности;4) Разработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию безлопаточныхтурбин ДГА.Научная новизна работы выражается в следующем:1) Впервые систематизирована информация по потенциалу генерации электрическойэнергии на ДГА в газотранспортных системах разных стран. Обоснованаактуальность применения ДГА малой мощности. Систематизированы современныерешения по интеграции ДГА в системы с возобновляемыми источниками энергиидля организации подогрева газа.2) Предложена безлопаточная центробежно-реактивная турбина, превосходящая поэффективности все известные на текущей момент типы безлопаточных турбин приих применении в ДГА, и обладающая приемлемыми эксплуатационнымихарактеристиками.3) Разработаны и валидированы одномерная и трехмерная расчетные моделицентробежно-реактивной турбины с учетом термодинамических параметровреального газа.74) Впервые проведена апробация использования центробежно-реактивной турбины всоставе ДГА путем численного эксперимента.5) Предложены и обоснованы мероприятия по совершенствованию центробежнореактивных турбин в составе ДГА, направленные на повышение эффективности.Теоретическая и практическая ценность работыРабота вносит существенный вклад в систематизацию информации по перспективностиприменения ДГА малой мощности в газотранспортных системах.
Разработаны инженерныеметодики выбора геометрических и режимных параметров ЦбРТ для ДГА, одномернаяматематическая модель ЦбРТ с учетом термодинамических свойств реального газа.Предложенный математический аппарат может применяться при создании турбомашиндля ДГА мощностью до 500 кВт.Методы 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 подогрева газадля ДГА малой мощности.2) ОбоснованиипредпочтительногоконструктивногообликаДГАитипаприменяемой турбины.3) Создании и валидации одномерной и трехмерной моделей расчета турбины ДГА.4) Апробация предложенной безлопаточной турбины в ДГА путем проведениячисленного эксперимента.
Разработка и обоснование мероприятий дальнейшегосовершенствования исследованной расширительной машины.Защищаемые положения. Автор 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-реактивной турбины всоставе ДГА.84) Разработанные предложения по дальнейшему совершенствованию безлопаточныхцентробежно-реактивных турбин.Достоверность и обоснованность полученных результатовДостоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена использованием впроцессе выполнения работы апробированного методологического обеспечения численногоэксперимента, показавшего удовлетворительную сходимость с результатами физическихэкспериментов на модельном варианте центробежно-реактивной турбины.
Выносимые назащиту положения диссертации опубликованы в рецензируемых журналах, включенных вперечень ВАК РФ и индексируемых в SCOPUS, доложены на отечественных и международныхконференциях.Апробация результатов работыРезультаты работы были представлены и обсуждались на:1) Международнаяотраслеваяконференция«ANSYSвэнергетике»,Санкт-Петербург, СПбГПУ, 11 – 12 апреля 2012г., тема доклада: «Опыт численногомоделирования течения в малорасходных турбинных ступенях конструкции ЛПИ».2) XLI Научно-практическая конференция с международным участием «Неделя наукиСПбГПУ», Санкт-Петербург, СПбПУ, 3 – 8 декабря 2012г., тема доклада: «Влияниеформы горла малорасходного соплового аппарата на его эффективность».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«Исследованияиразработкипоприоритетнымнаправлениямразвитиянаучнотехнологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» по теме«Разработка и создание турбогенераторных установок электрической мощностью 1и 30 кВт, использующих энергию сжатого природного газа газотранспортнойсистемы России», соглашение от 27.10.2015г.
№14.578.21.0127.ПубликацииМатериалы диссертационного исследования был опубликован в следующих работах:1) Исследование особенностей течения в малорасходных турбинных ступеняхконструкции ЛПИ / Н.А. Забелин, Г.Л. Раков, В.А. Рассохин, А.А. Себелев,М.В. Смирнов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. –2013. – №1 (166). – С.45 – 53 (Перечень ВАК).92) История создания и совершенствования малорасходных турбин / Н.А. Забелин, Г.Л.Раков, А.А. Себелев, М.В. Смирнов, Н.И. Куклина // Международный научноисследовательский журнал.
– 2014. – №5 (24) Часть I. – С. 106 – 113.3) Особенности сравнения физического и численного экспериментов / Н.И. Куклина,А.А. Себелев, М.В. Смирнов, Г.Л. Раков // Мат-лы XLIII научно-практ. конф. смеждунар. участ. «Неделя науки СПбПУ»: тез. докл. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та,2015. – С. 104 – 107.4) 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 (Перечень ВАК).5) Prospects of centrifugal reaction turbines for microturbomachinery applications/ MaksimV. Smirnov, Aleksandr A. Sebelev, Viktor A. Rassokhin, Nikolai A. Zabeli et. al. //International Journal of Advanced Biotechnology and Research. –2017. – Vol 8, Issue 4.– P 1716 – 1723.
(Индексируется в Scopus).6) Experimental characteristics of the low consumption turbines with flow outlet small angleand rotor blades with a big spacing ratio/ Rassokhin V A, Fedorov M P, Matveev V Y,Fokin G A, Schisliaev S M, Zabelin N A, Besedin S N, Rakov G L, Smirnov M V.// J.Fundam. Appl. Sci. – 2018. – 10(6S). – P. 68 – 79. (Индексируется в Scopus).7) Комплексные энерго- и ресурсосберегающие решения, применяемые на объектахООО "Газпром трансгаз Санкт-Петербург" / Г.А.Фокин, Н.А.Забелин, В.М, Иванов,М.В. Смирнов // Газовая промышленность. 2018. №6 (769) С. 96-102 (ПереченьВАК).Структура и объем работыДиссертация включает раздел введения, 4 главы, заключение, перечень принятыхобозначений и сокращений, а также список литературы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
