Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. «Газовая промышленность»
  4. Газовая промышленность 6.2023
Газовая Промышленность 6.2023

Научный отчет

УДК 621.438
(UDK 621.438)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь
Купить журнал

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ (POWER SUPPLY SERVICE AND ENERGY EFFICIENCY)

ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТЕРЬ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ЭКОНОМИЧНОСТЬ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

(EFFECT OF KINETIC ENERGY LOSS CHARACTERISTICS ON COST EFFICIENCY OF GAS TURBINE UNITS)

Газотурбинные установки применяются для выработки тепловой энергии и широко используются в качестве основного источника электроэнергии в городских энергосистемах, а также в различных отраслях промышленности, в том числе при нефте- и газодобыче, перекачке газа и т. д.
В настоящее время актуально выполнение расчетов тепловой схемы газотурбинных установок в целях оптимизации параметров рабочего цикла не только для оценки технических коммерческих продуктов, но и для совершенствования установок в следующем поколении.
В работе представлена блок-схема для вариантных расчетов ключевых показателей газотурбинных установок простого типа, учитывающая влияние всех основных параметров.
Поднимается вопрос влияния коэффициентов потерь полного давления в камере сгорания, во входном и выходном устройствах, а также относительного КПД турбины, компрессора и камеры сгорания на экономичность установки. По выбранным типам оборудования произведен сравнительный анализ основных относительных показателей четырех газотурбинных установок: TEEDA (3,13 МВт, Turbine Machine m.e. Co., Иран), ГТУ-4П (4,13 МВт, АО «ОДК-Авиадвигатель», Россия), SGT-100 (5,10 МВт, Siemens AG, Германия), Taurus 60 (5,67 МВт, Solar Turbines Incorporated, США). При этом использовалась апробированная методика расчета тепловой схемы.
В результате определены зависимости относительного КПД и относительной удельной эффективной работы от относительных коэффициентов потерь для каждой газотурбинной установки. Выполненное расчетное исследование позволяет оценить уровень влияния основных параметров цикла и их изменений на совершенствование рассматриваемого типа оборудования. В заключение определены основные направления повышения удельных показателей для разработки газотурбинных установок.

Gas turbine units are designed for the generation of thermal energy and are widely used as primary power source in municipal power grids and various industries, such as oil and gas production, gas transmission, etc. Analysis of heat balance of gas turbine units to improve operating cycle parameters is currently essential not only for assessment of commercial engineering products, but also for improvement of the next generation of units.
The paper provides a block diagram illustrating analysis of key indicators’ variations for simple gas turbine units, accounting for the effect of all main parameters. It raises the issue of the effect of a full pressure loss factor in the combustion chamber, inlet and outlet units, and relative efficiency of turbine, compressor, and combustion chamber, on cost effectiveness of the unit in general. Based on the selected types of equipment, a comparative analysis was provided for the main relative indicators of four gas turbine units: TEEDA (3.13 MW, Turbine Machine m.e. Co., Iran), GTU-4P (4.13 MW, UEC-Aviadvigatel JSC, Russia), SGT-100 (5.10 MW, Siemens AG, Germany), Taurus 60 (5.67 MW, Solar Turbines Incorporated, USA). For this purpose the approved heat balance calculation method was applied.
As a result the authors determined interdependence between relative efficiency / relative specific effective work and relative loss factors for each of the gas turbine units. This calculation analysis allows assessing impact of the main cycle parameters and their variations on improvement of the equipment under consideration. Finally, the authors determined key directions to enhance specific indicators for gas turbine unit design.

ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, ТУРБОМАШИНА, ЭКОНОМИЧНОСТЬ, ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ КПД ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ, КОЭФФИЦИЕНТ ПОТЕРЬ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ

GAS TURBINE UNIT, TURBOMACHINE, COST EFFECTIVENESS, RELATIVE EFFICIENCY OF GAS TURBINE UNIT, LOSS FACTOR, EFFICIENCY

М. Басати Панах, к.т.н., ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (Санкт-Петербург, Россия), mehdibp.energy@gmail.com

В.А. Рассохин, д.т.н., проф., ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», v-rassokhin@yandex.ru

В.В. Барсков, к.т.н., ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», viktorbarskov@mail.ru

Ю.В. Матвеев, к.т.н., ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», matyury@mail.ru

М.А. Лаптев, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», mikhail.laptev@outlook.com

Б. Гун, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», outbowenlook@outlook.com

В.Ч. Чу, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», turbotechvn95@gmail.com

M. Basati Panah, PhD in Engineering, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University (Saint Petersburg, Russia), mehdibp.energy@gmail.com

V.A. Rassokhin, DSc in Engineering, Professor, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University, v-rassokhin@yandex.ru

V.V. Barskov, PhD in Engineering, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University, viktorbarskov@mail.ru

Yu.V. Matveev, PhD in Engineering, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University, matyury@mail.ru

М.А. Laptev, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University, mikhail.laptev@outlook.com

B. Gun, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University, outbowenlook@outlook.com

V.Ch. Chu, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University, turbotechvn95@gmail.com

Heidari A., Aslani A., Hajinezhad A., Tayyar S.H. Strategic analysis of Iran’s energy system // Strategic Planning for Energy and the Environment. 2017. Vol. 37, No. 1. P. 56–79. DOI: 10.1080/10485236.2017.11878952.

Afshar A.S., Chabook H. South Pars gas field and Iran’s economy and energy future. Energy Sources, Part B. 2021. Vol. 11, No. 4. P. 358–362. DOI: 10.1080/15567249.2011.637545.

Overview of the technical condition of Solar Turbines Centaur 40. 4th ed. Tehran: Turbine Machine m.e., 2014.

Iran electricity production // CEIC Data: офиц. сайт. URL: https://www.ceicdata.com/en/indicator/iran/electricity-production (дата обращения: 25.05.2023).

Turkey electricity production // CEIC Data: офиц. сайт. URL: https://www.ceicdata.com/en/indicator/turkey/electricity-production (дата обращения: 25.05.2023).

Overview of the technical condition of the TEEDA gas turbine unit. 5th ed. Tehran: Turbine Machine m.e., 2015.

Китенко С.Р. Определение эффективности применения газотурбинных установок // Теория. Практика. Инновации. 2016. № 11 (11). С. 70–74.

Медведев С.Д., Балякин В.Б. Использование конвертированных авиационных газотурбинных двигателей и технологий // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева. 2009. № 3-3 (19). С. 292–298.

SGT-100. Industrial gas turbine // Siemens Energy: сайт. URL: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gasturbines/sgt-100.html (дата обращения: 25.05.2023).

Schastlivtsev A.I., Nazarova O.V. Hydrogen-air energy storage gas-turbine system // Therm. Eng. 2016. Vol. 63. P. 107–113. DOI: 10.1134/S0040601516010109.

Soares C. Gas turbines: A handbook of air, land and sea applications. Burlington, MA, USA: Elsevier, 2014. 749 p.

Парамонов А.М., Резанов Е.М. Повышение эффективности регенерации тепловой энергии в газотурбинной технологии // Проблемы машиноведения: материалы IV Междунар. науч.-техн. конф. / под ред. П.Д. Балакина. Омск: ОмГТУ, 2020. С. 184–191.

Adams D. Solar Taurus “to go” // Turbomachinery International. 2001. Vol. 42, No. 3. P. 30.

Van Leuven V. Solar Turbines Incorporated “Taurus 60” gas turbine development // Turbo expo: Power for land, sea, and air: Proceedings of the ASME 1994 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition. Houston, TX, USA: ASME IGTI, 1994. Article ID 94-GT-115. DOI: 10.1115/94-GT-115.

Qi B., Liu Y., Sheng W. Common faults and treatment methods of Taurus 60 gas turbine in operation // Gas Turbine Technology. 2003. Vol. 16, No. 3. DOI: 10.3969/j.issn.1009-2889.2003.03.015.

Li J. PLC in Taurus 60 gas turbine slipping oil system // Automation and Instrumentation. 2003. No. 5. DOI: 10.3969/j.issn.1001-9227.2003.05.005.

Аронсон К.Э., Брезгин В.И., Бродов Ю.М. и др. Теплообменные аппараты технологических подсистем турбоустановок / под ред. Ю.М. Бродова и др. // Машиностроение. Энциклопедия: в 40 т. / ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 2016. Т. IV–10. 472 с.

Михайлов В.Е., Рассохин В.А., Хоменюк Л.А. и др. Турбинные установки / под ред. Ю.С. Васильева // Машиностроение. Энциклопедия: в 40 т. / ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 2015. Т. IV–19. 1030 с.

Лаптев М.А., Барсков В.В., Рассохин В.А. Перспективные газотурбинные установки с внешним подводом теплоты // Современные технологии и экономика энергетики: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. / под ред. И.А. Степанова, С.С. Каюковой. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. С. 142–144.

Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2019663503 Российская Федерация. Программа расчета малорасходных одноступенчатых турбин конструкции ЛПИ осевого и радиального типа (ONE1): № 2019662301; заявл. 08.10.2019; опубл. 17.10.2019 / Рассохин В.А., Барсков В.В., Ядыкин В.К. и др. // Федеральный институт промышленной собственности: офиц. сайт. URL: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=EVM&DocNumber=2019663503&TypeFile=html (дата обращения: 25.05.2023).

Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2019663417 Российская Федерация. Программа расчета малорасходных двух и более ступенчатых турбин конструкции ЛПИ осевого и радиального типа (TWO2): № 2019662344; заявл. 08.10.2019; опубл. 16.10.2019 / Рассохин В.А., Барсков В.В., Ядыкин В.К., Сметанкин А.И. // Федеральный институт промышленной собственности: офиц. сайт. URL: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=EVM&DocNumber=2019663417&TypeFile=html (дата обращения: 25.05.2023).

Барсков В.В., Беседин С.Н., Забелин Н.А. и др. Расчет тепловой схемы газотурбинной установки. СПб.: Политехн. ун-т, 2018. 37 с. DOI: 10.18720/SPBPU/2/i18-202.

Heidari A, Aslani A, Hajinezhad A, Tayyar SH. Strategic analysis of Iran’s energy system. Strategic Planning for Energy and the Environment. 2017; 37(1): 56–79. https://doi.org/10.1080/10485236.2017.11878952.

Afshar AS, Chabook H. South Pars gas field and Iran’s economy and energy future. Energy Sources, Part B. 2021; 11(4): 358–362. https://doi.org/10.1080/15567249.2011.637545.

Turbine Machine m.e. Co. Overview of the Technical Condition of Solar Turbines Centaur 40. 4th ed. Tehran: Turbine Machine m.e.; 2014.

CEIC Data. Iran electricity production. Available from: https://www.ceicdata.com/en/indicator/iran/electricity-production [Accessed: 25 May 2023].

CEIC Data. Turkey electricity production. Available from: https://www.ceicdata.com/en/indicator/turkey/electricity-production [Accessed: 25 May 2023].

Turbine Machine m.e. Overview of the Technical Condition of the TEEDA Gas Turbine Unit. 5th ed. Tehran: Turbine Machine m.e.; 2015.

Kitenko SR. Determination of the efficiency of gas turbine units. Theory. Practice. Innovations [Teoriya. Praktika. Innovacii]. 2016; 11(11): 70–74. (In Russian)

Medvedev SD, Balyakin VB. Using converted aviation gas-turbine engine and technologies. Bulletin of Samara State Aerospace University named after Academician S.P. Korolev [Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S.P. Koroleva]. 2009; 19(3-3); 292–298. (In Russian)

Siemens Energy. SGT-100. Industrial gas turbine. Available from: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gasturbines/sgt-100.html [Accessed: 25 May 2023].

Schastlivtsev AI, Nazarova OV. Hydrogen-air energy storage gas-turbine system. Therm. Eng. 2016; 63: 107–113. https://doi.org/10.1134/S0040601516010109.

Soares C. Gas Turbines: A Handbook of Air, Land and Sea Applications. Burlington, MA, USA: Elsevier; 2014.

Paramonov AM, Rezanov EM. Improving the efficiency of heat recovery in gas turbine technology. In: Balakin PD (ed.) Mechanical science and technology update: Proceedings of the IV International Scientific Conference, 17–19 March 2020, Omsk, Russia. Omsk, Russia: Omsk State Technical University; 2020. p. 184–191. (In Russian)

Adams D. Solar Taurus “to go”. Turbomachinery International. 2001; 42(3): 30.

Van Leuven V. Solar Turbines Incorporated “Taurus 60” gas turbine development. In: ASME Turbo expo: Power for land, sea, and air: Proceedings of the ASME 1994 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, 13–16 June 1994, The Hague, Netherlands. Houston, TX, USA: ASME IGTI; 1994. article ID 94-GT-115. https://doi.org/10.1115/94-GT-115.

Qi B, Liu Y, Sheng W. Common faults and treatment methods of Taurus 60 gas turbine in operation. Gas Turbine Technology. 2003; 16(3). https://doi.org/10.3969/j.issn.1009-2889.2003.03.015.

Li J. PLC in Taurus 60 gas turbine slipping oil system. Automation and Instrumentation. 2003; (5). https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9227.2003.05.005.

Aronson KE, Brezgin VI, Brodov YuM, Komarov OV, Nirenshtejn MA, Plotnikov PN, et al. Heat exchange apparatus of technological subsystems of turbine units. In: Frolov KV (ed.), et al. Mechanical Engineering. Vol. 4–10. Moscow: Mechanical Engineering; 2016. (In Russian)

Mikhaylov VYe, Rassokhin VA, Khomenyuk LA, Arseniev DG, Antonovskiy VI, Anurov YuM, et al. Turbine units. In: Frolov KV (ed.), et al. Mechanical Engineering. Vol. 4–19. Moscow: Mechanical Engineering; 2015. (In Russian)

Laptev MA, Barskov VV, Rassokhin VA. Promising gas turbine units with external heat supply. In: Stepanov IA, Kayukova SS (eds.) Modern technologies and economics in energy MTEE – 2021: Proceedings of the International Scientific and Technical Conference, 29 April 2021, Saint Petersburg, Russia. Saint Petersburg: POLITEH-PRESS; 2021. p. 142–144. (In Russian)

Rassokhin VA, Barskov VV, Yadykin VK, Smetankin AI, Bezborodov AA. Calculation program for low-flow single-stage turbines of LPI axial and radial type (ONE1). Available from: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=EVM&DocNumber=2019663503&TypeFile=html [Accessed: 25 May 2023]. (In Russian)

Rassokhin VA, Barskov VV, Yadykin VK, Smetankin AI. Calculation program for low-flow two or more stage turbines of LPI axial and radial type (TWO2). Available from: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=EVM&DocNumber=2019663417&TypeFile=html [Accessed: 25 May 2023]. (In Russian)

Barskov VV, Besedin SN, Zabelin NA, Rakov GL, Fokin GA, Rassokhin VA. Calculation of the Thermal Scheme of a Gas Turbine Unit. Saint Petersburg: Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University; 2018. https://doi.org/10.18720/SPBPU/2/i18-202. (In Russian)
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