Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. «Газовая промышленность»
  4. Газовая промышленность 5.2023
Газовая Промышленность 5.2023

Научный отчет

УДК 005.591.1::621.438
(UDK 005.591.1::621.438)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь
Купить журнал

ТРАНСПОРТИРОВКА ГАЗА И ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА (GAS AND GAS CONDENSATE TRANSPORTATION)

ВАРИАНТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИВОДНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ДГ90

(OPTIONS TO IMPROVE EFFICIENCY OF DG90 GAS TURBINE-POWERED ENGINE)

Предлагается три этапа модернизации приводного газотурбинного двигателя ДГ90 для увеличения его КПД и нормализации выбросов вредных веществ. I этап (ТМ16) – с перспективной камерой сгорания (предварительное смешение топлива, эмиссия CO и NOx при номинальной мощности не более 50 мг/м3), улучшенным уплотнением радиального зазора рабочих колес турбин высокого и низкого давления и новыми экономнолегированными жаропрочными сплавами для снижения расхода охлаждающего воздуха. II этап (ТМ16М) – с умеренным увеличением предельных параметров цикла, требующим разработки компрессора высокого давления с повышенным напором и замены лопаток турбины 1-й и 2-й ступеней. III этап (ТМ16М2 и ТМ25) – с охлаждением воздуха между компрессорами.
Приводятся результаты расчетов теплообменного аппарата воздухоохладителя и компрессора высокого давления для проекта ТМ25. Теплообменный аппарат спроектирован из трубок 8 × 1 мм и для температуры воды при выходе 67 °С (для подачи в системы отопления). Компрессор после воздухоохладителя выполнен девятиступенчатым, со степенью повышения полного давления на уровне 8. Для первой и последней ступеней степень сжатия соответствует 1,40 и 1,17, а реактивность монотонно увеличивается от 0,75 до 0,83.
По результатам реализации I этапа ожидается рост эффективности двигателя на 1,40 %; для II этапа – 1,10–1,35 %. III этап предполагает создание на базе ДГ90 новых двигателей ТМ16М2 и ТМ25 с КПД не менее 40 % и умеренными предельными параметрами цикла, что обеспечит меньшую стоимость и более высокую надежность.

The paper proposes three stages for upgrading DG90 gas turbine-powered engine to increase its efficiency and improve its pollutant emissions. Stage I (TM16) with advanced combustion chamber (premixed fuel, CO and NOx emissions at rated power < 50 mg/m3), improved radial clearance sealing of high and low pressure turbine impellers, and new sparingly doped heatresistant alloys to reduce cooling air consumption. Stage II (TM16M) with a moderate increase in cycle limits that requires the development of high pressure compressor with increased head and replacement of 1st and 2nd stage turbine blades. Stage III (TM16M2 and TM25) with air cooling between compressors.
The paper presents calculations for the air cooler heat exchanger and high pressure compressor for TM25 design. The heat exchanger is designed with 8 × 1 mm tubes and 67 °C of water outlet temperature (for supply to heating systems). The compressor downstream of the air cooler has 9 stages, with a total pressure rise of 8. Compression ratios for the first and last stage are 1.40 and 1.17 respectively, and the reaction ratio increases monotonically from 0.75 to 0.83.
Stage I is expected to result in efficiency gain of 1.40 %, and stage II – 1.10 to 1.35 %. Stage III assumes developing new TM16M2 and TM25 engines based on DG90, with at least 40 % efficiency and moderate cycle limits, which will ensure lower cost and higher reliability.

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, КПД, КАМЕРА СГОРАНИЯ, ТУРБИНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, ТУРБИНА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

GAS TURBINE ENGINE, EFFICIENCY, COMBUSTION CHAMBER, HIGH PRESSURE TURBINE, LOW PRESSURE TURBINE

А.Н. Бронников, ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, Россия), A.N.Bronnikov@adm.gazprom.ru

А.С. Кайдаш, ПАО «Газпром», A.Kaydash@adm.gazprom.ru

В.Г. Рябчук, ПАО «Газпром», V.Riabtchuk@adm.gazprom.ru

А.Н. Аксенов, к.ф.-м.н., ПАО «Тюменские моторостроители» (Тюмень, Россия), 9123975423@mail.ru

А.Б. Шабаров, д.т.н., проф., ФГАОУ ВО «Тюменский государственный университет» (Тюмень, Россия), a.b.shabarov@utmn.ru

Р.С. Кашапов, ООО «НПФ «ТЕПЛОФИЗИКА» (Уфа, Россия), info@teplophisics.ru

А.Д. Непомнящий, к.т.н., ФАУ «Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова» (Москва, Россия), nepomnashi@ciam.ru

A.N. Bronnikov, PJSC Gazprom (Saint Petersburg, Russia), A.N.Bronnikov@adm.gazprom.ru

A.S. Kaydash, PJSC Gazprom, A.Kaydash@adm.gazprom.ru

V.G. Riabtchuk, PJSC Gazprom, V.Riabtchuk@adm.gazprom.ru

A.N. Aksyonov, PhD in Physics and Mathematics, PAO Tyumen Motor Builders (public joint-stock company) [PAO “Tyumenskie motorostroiteli”] (Tyumen, Russia), 9123975423@mail.ru

A.B. Shabarov, DSc in Engineering, Professor, University of Tyumen (Tyumen, Russia), a.b.shabarov@utmn.ru

R.S. Kashapov, OOO Research and Production Company “TEPLOPHISICS” (limited liability company) [OOO “NPF “TEPLOFIZIKA”] (Ufa, Russia), info@teplophisics.ru

A.D. Nepomnyashchij, PhD in Engineering, Central Institute of Aviation Motors (Moscow, Russia), nepomnashi@ciam.ru

Харисов Т.С., Скиба Д.В., Максимов Д.А., Кашапов Р.С. Создание малоэмиссионной камеры сгорания для ГТД ДГ90 // Вестник УГАТУ. 2021. Т. 25, № 2 (92). С. 62–70.

ГОСТ 29328–92. Установки газотурбинные для привода турбогенераторов. Общие технические условия // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200006917 (дата обращения: 21.04.2023).

Stocker H.L., Cox D.M., Holle G.F. Aerodynamic performance of conventional and advanced design labyrinth seals with solid-smooth, abradable, and honeycomb lands: contractor report No. NASA-CR-135307 EDR 9339. Cleveland, OH, USA: NASA Lewis Research Center, 1977. 146 p.

Патент № 3342563 США. Cellular material and method for making: № 606656: заявл. 03.01.1967: опубл. 19.09.1967 / Butts W.R.; заявитель General Electric Co. // Google Patents: сайт. URL: https://patents.google.com/patent/US3342563A/en?oq=3%2c342%2c563 (дата обращения: 21.04.2023).

Кожемяко П.Г., Милешин В.И., Фатеев В.А. Проектирование компрессора высокого давления ГТУ-32 на основе сквозного 3D-расчета вязкого течения в КВД // Авиационные двигатели. 2021. № 3 (12). С. 45–54. DOI: 10.54349/26586061_2021_3_45.

Иванов В.Л., Щеголев Н.Л., Скибин Д.А. Повышение эффективности двухконтурного турбовентиляторного двигателя введением промежуточного охлаждения при сжатии // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 11 (656). С. 75–83.

Аксенов А.Н., Култышев А.Ю., Пульдас Л.А. Сравнительный анализ расчета термодинамических циклов приводных газотурбинных двигателей // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2022. Т. 8, № 2 (30). С. 10–31. DOI: 10.21684/2411-7978-2022-8-2-10-31.

Kurzke J., Halliwell I. Propulsion and power: An exploration of gas turbine performance modelling. Cham, Switzerland: Springer International Publishing, 2018. 755 p. DOI: 10.1007/978-3-319-75979-1.

ГОСТ Р 55798–2013 (ИСО 2314:2009). Установки газотурбинные. Методы испытаний. Приемочные испытания // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200106976 (дата обращения: 21.04.2023).

Иванов В.Л., Леонтьев А.И., Манушин Э.А., Осипов М.И. Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 592 с.

Zhao X. Aero engine intercooling: Conceptual design and experimental validation of an aero engine intercooler: PhD thesis. Gothenburg, Sweden: Chalmers University of Technology, 2016. 63 p.

Kharisov TS, Skiba DV, Maksimov DA, Kashapov RS. Creation low-emission combustion chamber for GTE DG-90. Vestnik USATU [Vestnik UGATU]. 2021; 25(2): 62–70. (In Russian)

Gosstandart of Russia. GOST 29328–92 (state standard). Stationary gas turbines for turbogenerators. General technical requirements. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200006917 [Accessed: 21 April 2023]. (In Russian)

Stocker HL, Cox DM, Holle GF. Aerodynamic performance of conventional and advanced design labyrinth seals with solid-smooth, abradable, and honeycomb lands. NASA Lewis Research Center. Report No.: NASA-CR-135307 EDR 9339, 1977.

Butts WR. Cellular material and method for making. US3342563 (Patent) 1967.

Kozhemyako PG, Mileshin VI, Fateev VA. Designing a high-pressure compressor for GTU-32 based on 3D-calculation across viscous flow in HPC. Aviation Engines [Aviacionnye dvigateli]. 2021; 12(3): 45–54. https://doi.org/10.54349/26586061_2021_3_45. (In Russian)

Ivanov VL, Shchegolev NL, Skibin DA. Improving the efficiency of a bypass turbofan engine by intermediate cooling during compression. BMSTU Journal of Mechanical Engineering [Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Mashinostroenie]. 2014; 656(11): 75–83. (In Russian)

Aksyonov AN, Kultyshev AYu, Puldas LA. Comparative analysis of turboshaft engines thermodynamic cycles calculation. Tyumen State University Herald. Physical and Mathematical Modeling. Oil, Gas, Energy [Vestnik Tyumenskogo gosudarstvennogo universiteta. Fiziko-matematicheskoe modelirovanie. Neft’, gaz, energetika]. 2022; 8(2): 10–31. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2022-8-2-10-31. (In Russian)

Kurzke J, Halliwell I. Propulsion and Power: An Exploration of Gas Turbine Performance Modelling. Cham, Switzerland: Springer International Publishing; 2018. https://doi.org/10.1007/978-3-319-75979-1.

Federal Agency on Technical Regulating and Metrology. GOST R 55798–2013 (ISO 2314:2009). Gas turbines. Methods of testing. Acceptance tests. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200106976 [Accessed: 21 April 2023]. (In Russian)

Ivanov VL, Leontiev AI, Manushin EA, Osipov MI. Heat Exchangers and Cooling Systems of Gas Turbine and Combined Units. Moscow: BMSTU; 2004. (In Russian)

Zhao X. Aero engine intercooling: Conceptual design and experimental validation of an aero engine intercooler. PhD thesis. Chalmers University of Technology; 2016.
Назад к журналу
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

О нас

 

 

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57