Особенности проектирования высокотемпературных пластинчатых теплообменников для малоразмерных газотурбинных двигателей

Аннотация

Повысить топливную эффективность малоразмерных газотурбинных двигателей можно путем регенерации теплоты отработавших в турбине газов. Рациональным компоновочным решением в таком случае является турбовальная схема, при которой эффективная мощность вырабатывается на валу свободной турбины, а отработавшие в турбине газы выбрасываются в окружающую среду, не совершая полезной работы. При создании турбовального двигателя с регенерацией теплоты рассматривалась концепция разработки семейства двигателей на базе унифицированного газогенератора. Концепция предполагает разработку модульной системы, при которой добавление или исключение отдельных крупных узлов позволяет изменять тип двигателя с минимальными затратами. Приведено компоновочное решение малоразмерного турбовального газотурбинного двигателя с регенерацией теплоты, разрабатываемого на базе унифицированного газогенератора и использующего редуктор для передачи эффективной мощности на воздушный или несущий винты. Спроектирован модуль пластинчатого теплообменника с гофрированной теплообменной поверхностью для малоразмерного турбовального газотурбинного двигателя. Теплообменная матрица разработана с применением комплексной методики автоматизированного проектирования, расчета и изготовления пластинчатых теплообменников. Выявлены некоторые особенности проектирования высокотемпературных пластинчатых теплообменников, важнейшей из которых является неравномерность температурных полей в теплообменной матрице. С учетом неравномерности температурных полей модуль теплообменника представляет собой разборную конструкцию, которая допускает замену теплообменной матрицы и обеспечивает компенсацию температурных расширений элементов теплообменника. Спроектированный модуль пластинчатого теплообменника для малоразмерного турбовального газотурбинного двигателя будет изготовлен и испытан на стенде

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Ремчуков С.С., Ломазов В.С., Лебединский Р.Н. и др. Особенности проектирования высокотемпературных пластинчатых теплообменников для малоразмерных газотурбинных двигателей. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 3 (142), c. 57--70. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-3-57-70

Литература

[1] Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники. М., Энергия, 1962.

[2] Тихонов А.М. Регенерация тепла в авиационных ГТД. М., Машиностроение, 1977.

[3] Ардатов К.В., Нестеренко В.Г., Равикович Ю.А. Классификация высокоэффективных рекуператоров газотурбинных двигателей. Труды МАИ, 2013, № 71. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=46706

[4] Светлаков А.Л., Вербанов И.С., Маслова Д.В. и др. Развитие методик расчета и проектирования теплообменных аппаратов авиационного назначения. Авиационные двигатели, 2019, № 4, с. 37--44. DOI: https://doi.org/10.54349/26586061_2019_4_37

[5] Савостин А.Ф., Тихонов А.М. Исследование характеристик пластинчатых поверхностей теплообмена. Теплоэнергетика, 1970, № 9, с. 75--78.

[6] Омар Х.Х.О., Кузьмичев В.С., Ткаченко А.Ю. Повышение эффективности авиационных турбовальных газотурбинных двигателей за счет утилизации тепла. Вестник УГАТУ, 2020, т. 24, № 3, с. 83--89.

[7] Дадоян Р.Г., Михайлов А.Е., Ахмедзянов Д.А. и др. Формирование облика рекуператора для малоразмерного ГТД с регенерацией тепла. Вестник УГАТУ, 2021, т. 25, № 1, с. 22--32.

[8] Ардатов К.В., Нестеренко В.Г., Равикович Ю.А. Пластинчатый рекуператор с поверхностями теплообмена типа Френкеля. Патент РФ 125321. Заявл. 05.09.2012, опубл. 27.02.2013.

[9] Григорьев А.А., Марков Ю.С., Лепешкин А.Р. и др. Пластинчатый теплообменник. Патент РФ 2350874. Заявл. 20.07.2007, опубл. 27.03.2009.

[10] Дубровский Е.В., Марбашев К.Х. Рассеченная гофрированная поверхность пластинчатого теплообменника. Патент РФ 2135922. Заявл. 17.04.1998, опубл. 27.08.1999.

[11] Осипов И.В., Ломазов В.С. Разработка малоразмерных ГТД различного типа на базе унифицированного газогенератора. Авиационные двигатели, 2019, № 4, с. 11--18. DOI: https://doi.org/10.54349/26586061_2019_4_11

[12] Осипов И.В., Ремчуков С.С. Малоразмерный газотурбинный двигатель со свободной турбиной и теплообменником системы регенерации тепла в классе мощности 200 л. с. Вестник МАИ, 2019, т. 26, № 2, с. 81--90.

[13] Ремчуков С.С., Данилов М.А., Чистов К.А. Автоматизированное проектирование и расчет пластинчатого теплообменника для малоразмерного газотурбинного двигателя. Вестник МАИ, 2018, т. 25, № 3, с. 116--123.

[14] Шлямнев А.П., Литвак Б.С., ред. Коррозионно-стойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы. М., Интермет Инжиниринг, 2000.