Рекуперация авиационных газотурбинных двигателей для решения проблем наземного транспорта и энергетики

Аннотация

Приведен пример рекуперации авиационных газотурбинных двигателей, адаптированных для применения в наземных условиях и используемых как в виде нефте- и газопроводов для трубопроводного транспортирования жидких и газовых сред, так и для энергетики. Авиационные газотурбинные двигатели вследствие таких качеств, как компактность, удельная энергоемкость, приемистость нашли широкое применение в виде силовых агрегатов наземного назначения. Однако остаются вопросы по надежности и долговечности их работы в наземных условиях. Одним из подходов к решению этих вопросов является рекуперация рабочего процесса авиационного газотурбинного двигателя. Приведена методология реализации варианта конструктивной компоновки для рекуперации силовой установки. Принцип рекуперации газотурбинных двигателей состоит в применении способов превращения, передачи или перенаправления теплоты в агрегатах двигателя. Приведена сравнительная методология математического моделирования термодинамического цикла работы газотурбинного двигателя и его цикла с рекуперацией. Предлагаемое исследование направлено на изучение варианта использования энергии выхлопных газов двигателя, например, посредством специально разработанного (подобранного) теплообменника. Выполнены распознавание и расчет фактического состояния теплового потенциала в двигателе. Приведены возможности использования осредненных по сечению параметров двигателя для построения математической модели анализа производительности циклов газотурбинных двигателей с рекуперацией теплоты или без нее

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Бенмунах А., Занабили Г., Говорков А.С. Рекуперация авиационных газотурбинных двигателей для решения проблем наземного транспорта и энергетики. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 4 (143), c. 19--32. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-4-19-32

Литература

[1] Крупенич И.Н., Ткаченко А.Ю., Филинов Е.П. и др. Теоретическая максимальная эффективность ГТД традиционных схем на основе математического моделирования. Вестник УГАТУ, 2016, т. 20, № 1, с. 86--95.

[2] Матвеев В.Н., Попов Г.М., Горячкин Е.С. Оптимизация углов установки лопаточных венцов многоступенчатого компрессора высокого давления ГТД. Известия Самарского научного центра РАН, 2013, т. 15, № 6 (4), с. 929--936.

[3] Dobrovicescu A., Feidt M., Grosu L., et al. Analyse du comportement reel et de l’optimisation structurelle des cycles de turbines a gaz. Congres Francais de Thermique SFT2011, 2011, vol. 2, pp. 801--806.

[4] Feidt M., Costea M., Postelnicu V. Comparaison entre le cycle simple de Brayton avec apport thermique impose et avec contrainte de temperature maximale. Oil Gas Sc. Technol., 2006, vol. 61, no. 2, pp. 237--245. DOI: https://doi.org/10.2516/ogst:2006017x

[5] Попов Г.М., Горячкин Е.С., Новикова Ю.Д. Многокритериальная оптимизация рабочего процесса осевого компрессора газотурбинного двигателя с учетом многорежимности его работы. Известия Самарского научного центра РАН, 2017, т. 19, № 1, c. 98--106.

[6] Соколов М.А., Кузьмичев В.С., Кулагин В.В. и др. Предварительное исследование закономерностей изменения эффективного КПД турбовальных двигателей различных схем с регенерацией тепла и промежуточным охлаждением рабочего тела. Вестник СГАУ, 2011, № 3-4, с. 21--29.

[7] Chen L., Zheng J., Sun F., et al. Optimum distribution of hex inventory for power density optimization of an endoreversible closed Brayton cycle. J. Phys. D.: Appl. Phys., 2001, vol. 34, no. 3, pp. 422--427. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/34/3/329

[8] Feidt M. Optimisation d’un cycle de Brayton moteur en contact avec des capacites thermiques finies. Rev. Gen. De Therm., 1996, vol. 35, no. 662--666. DOI: https://doi.org/10.1016/S0035-3159(96)80063-8

[9] Frangopoulos C.A., Dimopoulos G.G. Effect of gas-properties evaluation method on the optimum point of gas turbine cycles. Int. J. Thermodyn., 2005, vol. 8, no. 2, pp. 95--102.

[10] Акимов В.М., Бакулев В.И., Курзинер Р.И. и др. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей. М., Машиностроение, 1987.

[11] Cleynen О. Thermodynamique de l’ingenieur. Lyon, Framabook, 2018.

[12] Казанджан П.К., Кузнецов А.В. Турбовинтовые двигатели. М., Воениздат, 1961.

[13] Омар Х.Х., 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.

[14] Шляхтенко С.М., ред. Теория воздушно-реактивных двигателей. М., Машиностроение, 1975.

[15] Радин Д.В., Макарьянц Г.М. Разработка и экспериментальное исследование динамических характеристик адаптивного гасителя пульсаций давления для топливной системы газотурбинного двигателя. Труды МАИ, 2020, № 112. DOI: https://doi.org/10.34759/trd-2020-112-09