Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата
На основе системного подхода с использованием метода эксергетического анализа термодинамической системы, состоящей из газотурбинного привода, турбокомпрессора природного газа и вспомогательного оборудования, разработана модель для анализа эффективности работы указанной системы. С использованием эксп...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2006 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61413 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата / В.П. Парафейник // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 3. — С. 54-61. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859724621032456192 |
|---|---|
| author | Парафейник, В.П. |
| author_facet | Парафейник, В.П. |
| citation_txt | Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата / В.П. Парафейник // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 3. — С. 54-61. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | На основе системного подхода с использованием метода эксергетического анализа термодинамической системы, состоящей из газотурбинного привода, турбокомпрессора природного газа и вспомогательного оборудования, разработана модель для анализа эффективности работы указанной системы. С использованием экспериментальных данных установлен оптимальный режим работы привода турбокомпрессорного агрегата.
На основі системного підходу з використанням методу ексергетичного аналізу термодинамічної системи, яка складається з газотурбінного приводу, турбокомпресора природного газу та допоміжного обладнання, розроблено модель для аналізу ефективності роботи згаданої системи. З використанням експериментальних даних виявлено оптимальний режим роботи привода турбокомпресорного агрегату.
On the basis of system approach and using method of exergetique analysis for thermodynamic system consisting of gas turbine drive, natural gas turbocompressor, and auxiliaries, the model for the analysis of the specified system efficiency has been developed. With the use of experimental data, there has been established the optimum operating mode for drive of turbocompressor package.
|
| first_indexed | 2025-12-01T11:03:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
54 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
На основі системного підходу з ви�
користанням методу ексергетичного
аналізу термодинамічної системи, яка
складається з газотурбінного приводу,
турбокомпресора природного газу та
допоміжного обладнання, розроблено
модель для аналізу ефективності роботи
згаданої системи. З використанням екс�
периментальних даних виявлено опти�
мальний режим роботи привода турбо�
компресорного агрегату.
На основе системного подхода с ис�
пользованием метода эксергетического
анализа термодинамической системы,
состоящей из газотурбинного привода,
турбокомпрессора природного газа и
вспомогательного оборудования, раз�
работана модель для анализа эффек�
тивности работы указанной системы. С
использованием экспериментальных
данных установлен оптимальный режим
работы привода турбокомпрессорного
агрегата.
On the basis of system approach and
using method of exergetique analysis for
thermodynamic system consisting of gas
turbine drive, natural gas turbocompres�
sor, and auxiliaries, the model for the
analysis of the specified system efficiency
has been developed. With the use of exper�
imental data, there has been established
the optimum operating mode for drive of
turbocompressor package.
УДК 62;8: 621.438
ПАРАФЕЙНИК В.П.
ОАО “Сумское НПО им. М.В.Фрунзе”
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ РЕЖИМА РАБОТЫ
ГАЗОТУРБИННОГО ПРИВОДА
ТУРБОКОМПРЕССОРНОГО АГРЕГАТА
с – теплоемкость;
D – диссипация эксергии;
Е – эксергия потока газа;
е – удельная эксергия газа;
G – массовая производительность;
N – мощность;
n – частота вращения;
Q – количество теплоты, теплотворная способ;
ность топлива;
Т – температура;
η – коэффициент полезного действия;
Δ – часть целой величины;
δ – величина соотношения удельной термомеха;
нической и химической эксергии;
Σ – знак суммы величин.
Сокращения
ГТД – газотурбинный двигатель;
ГТП – газотурбинный привод;
ГТУ – газотурбинная установка;
К – коэффициент;
КПД – коэффициент полезного действия;
КС – компрессорная станция;
ТВГ – теплота выхлопных газов;
ВГ – выхлопные газы;
ТКА – турбокомпрессорный агрегат;
ТКУ – турбокомпрессорная установка;
СТ – свободная турбина;
ТГ – топливный газ;
ТС – техническая система;
ЦВ – цикловой воздух;
ЦК – центробежный компрессор.
Индексы верхние
', ''– значения параметров на входе и выходе;
opt – оптимальное значение;
гтд – параметр двигателя;
гтп – параметр привода;
ном – номинальное значение;
р – расчетная величина;
тг – параметр топливного газа;
тка – параметр турбокомпрессорного агрегата;
утвг – параметр, получаемый при утилизации
теплоты выхлопных газов;
цк – параметр центробежного компрессора;
э – параметр электроагрегата.
Индексы нижние
е – эффективное значение;
ех – эксергетический параметр;
g – параметр, относящийся к массовой произво;
дительности;
i – текущее значение параметра;
m – среднее значение параметра;
max – максимальное значение параметра;
Общая постановка проблемы и ее связь с
научно
практическими задачами
Блочно;комплектные ТКУ газовой и нефтя;
ной промышленности, создаваемые на основе
ГТП и ЦК высокого давления, являются слож;
ным комплексом оборудования, обладающим
основными свойствами систем, к которым отно;
сятся “…интерэктность (наличие взаимосвязан;
ных и взаимодействующих подсистем) и эмерд;
жентность (способность порождения новых,
присущих целому – системе, системных, интег;
ративных свойств)” [1]. В процессе проектиро;
вания компрессорного оборудования возникает
необходимость в комплексном исследовании та;
кой ТС, в состав которой, кроме ТКА с газотур;
бинным приводом авиационного, судового или
промышленного типа, входят вспомогательные
системы;охлаждения, сепарации двухфазных
углеводородных смесей и разнообразное вспо;
могательное оборудование, потребляющее элек;
троэнергию и газ высокого давления. Методиче;
ской основой термодинамического анализа
эффективности таких ТС может быть эксергети;
ческий метод [2]. Как показали исследования,
преимущественное влияние на эффективность
исследуемой ТС оказывают ГТП и ЦК. Выявле;
ние и анализ их совместной (системной)термо;
динамической характеристики позволит устано;
вить оптимальный режим работы привода, что
является исходной предпосылкой для оценки
термодинамической эффективности ТКУ, а так;
же КС.
Обзор публикаций и выделение нерешенных
проблем. ГТП компрессорного агрегата является
сложной термодинамической и механической
системой, состоящей из ГТД и вспомогательного
оборудования (систем подготовки циклового
воздуха, выхлопа, вентиляции отсека двигателя,
подготовки ТГ, пожаротушения и т.д.). С целью
осуществления более глубокого анализа с учетом
физических особенностей процессов, происхо;
дящих в ГТП, в работах [3,4] использован эксер;
гетический КПД:
. (1)
Наиболее детально эксергетический баланс по
элементам потерь ГТУ рассмотрен в работе [3].
Однако в этой и других известных работах ГТУ
рассматривается как привод электрогенератора.
Энергоэксергетический анализ ГТУ осуществлен
также в работе [5]. Однако, это работа посвящена
анализу работы ГТУ, обеспечивающей наддув
воздуха в тепловой двигатель. Работа представля;
ет значительную ценность в методическом пла;
не, но не отражает особенностей работы ГТП в
составе ТКА газовой или нефтяной промышлен;
ности. Первой попыткой применения эксерге;
тического метода к анализу эффективности ТКУ
газовой и нефтяной промышленности была ра;
бота [6]. Ее недостатком было отсутствие систем;
ного подхода к анализу рабочего процесса ТКУ в
постановке [1]. ГТП рассматривался как генера;
тор механической энергии ТКУ, а взаимное вли;
яние характеристик ГТД и ЦК, как основных
элементов ТКУ, при эксергетическом анализе не
учитывалось.
Цель исследования. Целью настоящего иссле;
дования является выявление системной харак;
теристики ТКА на основе анализа его эксергети;
ческого баланса с целью определения
оптимального режима ГТД с учетом газодинами;
ческой характеристики ЦК, как одного из ос;
новных элементов исследуемой ТС.
Результаты исследований. Энергетические ха;
рактеристики рабочих процессов, осуществляе;
мых в отдельных системах ГТП, имеют различ;
ную физическую природу. В связи с этим при
оценке его термодинамической эффективности
требуется осуществить его эксергетический ана;
лиз. Анализ ГТП агрегата или установки связан с
некоторыми особенностями, что обусловлено
наличием ярко выраженной зоны максимально;
го значения КПД ЦК и характером зависимости
эффективного КПД от мощности СТ, т.е.
ηе = f(NCT). Кроме того, характерной особеннос;
тью работы ГТП в составе ГПА является необхо;
ГТД П
подв ВГ
ех
N
Е Е
η =
− Δ
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 55
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Q – параметр теплового потока;
tr – транзитная эксергия;
вг – выхлопные газы;
цв – цикловой воздух;
ст – свободная турбина;
тг – топливный газ.
димость изменения в широком диапазоне значе;
ний частоты вращения ротора СТ ГТД в процес;
се эксплуатации.
Эксергетический баланс ГТП газоперекачива;
ющего агрегата представлен на рис.1.
Границы анализируемой системы при этом оп;
ределяются сечениями на входе и выходе из
ГТП, на входе в дозатор ТГ и на муфте привода.
Уравнение эксергетического баланса, состав;
ленное на основе рис. 1 , имеет вид
, (2)
где Етг = Gтг(ет
тг + ех
тг), – поток эксергии ТГ; для
удельной химической эксергии принимается
ех ≈ QH
P[7], а ет вычисляется с использованием из;
вестной зависимости [8]); Е'цв = Gцвецв, – эк;
сергия потока ЦВ; ЕQ
УТВГ = Q·ηс = –
утилизируемый поток эксергии ТВГ, при этом Q –
полезно используемая часть ТВГ; ηс = –
фактор Карно [9];
– потеря эксергии с отборами ЦВ; где
(ΔGцв)i – массовый расход ЦВ в единицу времени
с i;ми параметрами. Таким образом, в соответст;
вии с выражением (2), а также рекомендациями
об учете транзитной эксергии (Еtr) при определе;
нии эксергетического КПД [10], зависимость для
определения ηех
ГТП будет иметь вид:
. (3)
При отсутствии условий для обледенения ве;
личина ΔЕ"цв = 0. Величины Еагр, а также
при работе агрегата на магистраль составляют
менее 0,5 % от Nст и могут не учитываться. Эк;
сергия цв в ГТП является транзитной эксерги;
ей, т.е. Eцв= Etr. С учетом допущения о том, что
удельная эксергия ВГ по условиям рабочего
процесса в камере сгорания евг ≈(е"т)цв, уравне;
ние (3) после несложных преобразований при;
обретает вид:
, (4)
где Кут – коэффициент утилизации теплоты, от;
водимой от ГТД с ВГ. Остальные обозначения
приведены выше.
Второе слагаемое в числителе выражения (4)
определяет полезно используемую часть теп;
ловых ресурсов, уходящих из ГТД с ВГ при на;
личии в составе ГТП котла;утилизатора. Котел
в зависимости от схемы ГТП может исполь;
зоваться для осуществления теплофикацион;
ного цикла или повышения КПД ГТД. Для
ГТД с простым рабочим циклом и при отсутст;
вии теплофикационного цикла величина
⎡ ⎤⎛ ⎞
+ − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦η =
⎛ ⎞
⋅ ⋅ +⎜ ⎟
⎝ ⎠
'
цв
ст ут цв тг вг
вгГТП
ex тг
тг т
тг х тг
х
1
1
е
N К G G е
e
е
G е
е
=
∑ i
1
n
i
N
=
+ + + Δ −
η =
+ + −∑
УТВГ "
ст Q агр цв trГТП
ex
'
тг цв i tr
1
n
i
N Е E Е E
E Е N E
⎤− ⎦0T
( ) ( )"
цв цв цв i
1
n
i
E G с Т
=
⎡Δ = Δ ⋅ −⎣∑
01
m
T
T
⎛ ⎞
−⎜ ⎟
⎝ ⎠
01
m
T
Q
T
⎛ ⎞
−⎜ ⎟
⎝ ⎠
+ + Δ "
агр цвE Е
ГТП ' УТВГ
ех тг цв ст Q
1
n
i
i
Е Е N N Е
=
⎛ ⎞
η + + = + +⎜ ⎟
⎝ ⎠
∑
56 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Рис. 1. Эксергетический баланс газотурбинного
привода: – суммарная мощность
потребителей электроэнергии; Ецв � поток
эксергии, подводимый на вход ГТД с ЦВ; Етг –
поток эксергии, подводимый в КС с ТГ; Е"цв –
поток эксергии, затрачиваемый в связи с отбором
части ЦВ для обогрева отсеков ТКА и работы
СПЦВ; ЕQ
УТВГ – полезно используемая
(утилизируемая) часть эксергии потока ВГ.
, т.к. вся теплота ВГ
рассеивается в окружающей среде, увеличивавя
тем самым диссипацию эксергии Dе за счет уве;
личения доли внешних потерь (рис.1).
Для ГТД с простым рабочим циклом, при ко;
тором ЕQ
ут = 0, ηех
ГТП на основании зависимости
(4) будет определяться выражением:
, (5)
где δ = ет
тг/ех
тг – величина, учитывающая термо;
механическую составляющую потока эксергии
ТГ, определяемая по величине давления и темпе;
ратуре газа на входе в дозатор топлива.
Таким образом, принятое в известной литера;
туре положение о том, что ηе
ГТП может прирав;
ниваться к величине ηех
ГТП, справедливо при ус;
ловии отсутствия утилизационного цикла в
составе привода и неучета потока термомехани;
ческой эксергии ТГ на входе в газогенератор дви;
гателя.
На рис.2 представлены эффективный КПД со;
временного двигателя НК;36СТ конструкции АО
"СНТК им. Н.Д. Кузнецова", используемого в со;
ставе ГТП агрегата типа ГПА;Ц;25, а также его
эксергетический КПД в зависимости от массо;
вой производительности агрегата. Расчеты вы;
полнялись для Та = 288К, Ра = 10330 кПа при
следующих параметрах ГТП: коэффициенты
восстановления давления σвх = 0,98; σвых = 0,96;
коэффициент полноты сгорания в камере газоге;
нератора 0,99; отбор воздуха на нужды ТКА
2,0 кг/с. Остальные параметры НК;36СТ, необ;
ходимые для расчетного анализа, принимались
согласно данным работы [11]. Анализ работы
ГТП на основе НК;36СТ осуществлялся при тем;
пературе ТГ 303К, величина Qн
р ТГ составляла
50 мДж/кг. Как видно из рис. 2, максимальные
значения ηе
ГТП для расчетных значений Та со;
ставляют 0,313…0,345 при частоте вращения ро;
тора СТ nст = 3750…5000мин–1 и мощности на ва;
лу СТ 22,75…25,0 МВт, соответственно. Исходя
из баланса мощности ЦК ПГ и СТ, с использо;
ванием зависимости (5) и с учетом ограниче;
ний по мощности СТ, определялась величина
ηех
ГТП в диапазоне массовых расходов газового
компрессора 162,0…605,4 кг/с. Это соответствует
диапазону мощности ГТП 8,7...28,5 МВт, а значе;
ния ηех
ГТП составляли при этом 0,31...0,34. Как
показывает анализ, значения ηе
ГТП и ηех
ГТП весь;
ма близки, но смысл их совершенно различен.
Если ηе
ГТП является условным показателем эф;
фективности, определяемым путем сопоставле;
ния мощности СТ и величины теплового потока,
создаваемого в газогенераторе двигателя при сго;
рании ТГ, то величина ηех
ГТД показывает, какая
часть потока эксергии, подведенной с топливом,
превращается в полезную мощность. Кроме того,
следует подчеркнуть, что величина ηех
ГТП может
быть интегральным показателем эффективнос;
ти привода, т.е. ГТД и вспомогательных систем в
его составе. Таким образом, он может служить
объективным критерием эффективности для
сравнения блочнокомплектных ГТП, изготавли;
ваемых различными производителями. Однако в
настоящее время ГТД поставляется специализи;
рованными предприятиями авиационной и судо;
η
η = =
+ δ⋅ + δ
ГТП
ГТП ст е
ех тг
тг х
(1 )(1 )
N
G е
⎡ ⎤⎛ ⎞
− + =⎢ ⎥⎜ ⎟
⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
'
цв
ут цв тг
вг
1 0
е
K G G
e
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 57
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Рис. 2. Зависимость величины эффективного
(___) и эксергетического (_ _ _ _) КПД
газотурбинного привода на основе НК�36СТ в
составе агрегата при различной частоте
вращения ротора от величины мощности СТ:
1 – n=5000 мин–1; 2 – 4500 мин–1;
3 – 3750 мин–1.
строительной промышленности, а вспомогатель;
ное оборудование всего ГТП изготавливается,
как правило, предприятием, поставляющим
ТКА. В связи с этим интегрально эффективность
ГТП оценивается в составе ТКА с использовани;
ем ηех
ТКА.
По методике, изложенной в работе [12], произ;
водился эксергетический анализ эффективности
ТКА газовой промышленности типа ГПА;Ц;25,
результаты которого представлены на рис. 3.
Системной характеристикой агрегата является
зависимость ηех
ТКА = f(GГ). Форма системной ха;
рактеристики агрегата определяется газодинами;
ческой характеристикой ЦК в виде зависимости
ηад
ЦК = f(GГ) , а положение оптимума режима ра;
боты агрегата и двигателя зависит как от харак;
тера ее изменения, так и влияния величины КПД
ГТП. В работе [11] и других исследованиях было
установлено, что преимущественное влияние на
величину ηех
ТКА оказывает эффективность при;
вода. В связи с этим можно сделать вывод о том,
что точка (ηех
ТКА )max = 0,315 и соответствует оп;
тимальному значению ηе привода, созданному на
основе ГТД НК;36СТ. Этот режим работы ГТП
может быть реализован при массовой производи;
тельности агрегата 425 кг/с,что соответствует
предельному значению мощности привода. Это
означает, что при создании ТКА под существую;
щий ГТП проточную часть ЦК следует проекти;
ровать на производительность, обеспечивающую
достижение оптимального режима работы ТКА
при реальном значении мощности ГТП в задан;
ном интервале температур окружающей среды.
Производился также эксергетический анализ
режимов работы агрегата типа ГПА;Ц;6,3А, со;
зданного на основе ГТД Д;336;2 конструкции
ЗМКБ “Ивченко;Прогресс” и ЦК НЦ;6,3/56;1,45
конструкции ОАО “Сумское НПО им. М.В. Фрун;
зе”, с использованием характеристик ГТП и ЦК,
полученных в процессе натурных испытаний. Ре;
зультаты в виде графических зависимостей ηех
ЦК,
ηех
ГТП, ηех
ТКА = f(GГ) представлены на рис. 4. Как
видно из рисунка, при расчетной производитель;
ности ЦК, равной 93,5 кг/с, что соответствует ре;
жиму работы с (ηех
ЦК)max, величина ηех
ГТП состав;
ляет 0,29…0,295. Анализ системной зависимости
ηех
ГТП = f(GГ) для агрегата типа ГПА;Ц;6,3А по;
казывает, что несмотря на пологий характер кри;
вой ηех
ТКА = f(GГ), влияние КПД привода на из;
менение ηех
ТКА весьма существенно. Это
проявляется в том, что величина (ηех
ТКА)max до;
стигает значения 0,25 вместо 0,245 для номи;
нального режима работы ЦК. При этом режиме
производительность компрессора увеличивается
на 11 % относительных, а расход т.г. в двигателе
Д;336;2 увеличивается с 0,42 кг/с до 0,434 кг/с,
т.е. на 3,3 % относительных. Однако удельный
расход ТГ в ГТП уменьшается пропорционально
увеличению мощности привода*.
Выше отмечалось, что системная характерис;
тика агрегата, определяется видом газодинамиче;
ской характеристики компрессора ηад
ЦК = f (GГ),
т.е. особенностями геометрии проточной части
ЦК. В случае пологой характеристики, что свой;
ственно ступеням ЦК с безлопаточным диффу;
зором, даже незначительный рост ηе
ГТП при уве;
58 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Рис. 3. Показатели эффективности привода на
основе ГТД НК�36СТ (ηηе), компрессора
ГЦ2�580/52�76 (ηад
цк) и турбокомпрессорного
агрегата типа ГПА�Ц�25 (ηех
тка) при различной
массовой производительности.
* Данные о характеристиках ГТП с двигателем Д;336;2
при изменении режимов его работы предоставлены ЗМКБ
“Ивченко;Прогресс”.
личении Gг, т.е. мощности СТ, обеспечивает су;
щественный сдвиг вправо положения точки, со;
ответствующей режиму (ηех
ТКА)max. Такое влия;
ние ηе
ГТП на положение точки оптимума
системной характеристики агрегата обусловлено,
как это было показано ранее [11], преимущест;
венным воздействием привода на термодинами;
ческую эффективность ТКА. Таким образом, ре;
зультаты настоящей работы позволяют сделать
вывод о том, что системный анализ ГТП в соста;
ве ТКА позволяет установить его оптимальный
режим. При этом оптимальным режимом работы
ГТП следует считать такой режим, при котором
достигается максимальное значение ηех
ТКА и, со;
ответственно, минимальный расход топлива.
При таком подходе к выбору режима работы
должно обеспечиваться наиболее эффективное
преобразование химической эксергии ТГ, подво;
димого к ГТП, в термомеханическую эксергию
газового потока, направляемого из ЦК ТКА в ма;
гистральный газопровод. С целью обоснования
этого положения применительно к агрегату ГПА;
Ц;6,3А/56;1,45 выполнен анализ зависимости
относительного расхода ТГ от безразмерных ко;
эффициентов его массовой производительности,
соответствующих расчетному и оптимальному
режимам. При этом под относительным расхо;
дом ТГ в агрегате подразумевается отношение
массового расхода ТГ в ГТП в единицу времени к
массовой производительности ЦК за то же вре;
мя, т.е. . Под безразмерным коэффици;
ентом массовой производительности подразумева;
ется отношение текущего значения массовой про;
изводительности ЦК к его производительности на
расчетном (номинальном) (КG
ном = Gг/Gг
ном) и оп;
тимальном режимах (КG
opt = Gг/Gг
opt). Результа;
ты расчетного анализа эффективности по отно;
сительному расходу ТГ ГТП, созданного на
основе двигателя Д;336;2, показаны на рис. 5.
Как видно из рисунка, несмотря на увеличение
расхода ТГ на режимах, соответствующих
(ηех
ТКА)max, относительный расход ТГ при работе
агрегата на оптимальных режимах снижается.
Полученные данные однозначно не распрост;
раняются на возможные показатели КС, ком;
= тг
г
G
G
G
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 59
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Рис. 4. Зависимость эксергетических характеристик газотурбинного привода и компрессора,
системной характеристики агрегата ГПА�Ц�6,3/56�1,45 от массовой производительности.
плектуемой агрегатами соответствующей мощ;
ности, т.к. оптимизация ее параметров является
самостоятельной задачей, при решении которой
учитываются и другие факторы, а не только ре;
жимы работы отдельных агрегатов в составе КС.
Следует отметить, что реализация предложен;
ного метода определения оптимального режима
работы ГТП и ТКА требует изменения подходов
к проектированию проточной части ЦК, а также
выбору мощности ГТП. В частности, при созда;
нии ПЧ компрессоров предпочтение следует от;
давать использованию безлопаточных диффузо;
ров в ступенях ЦК, обеспечивающих более
пологую газодинамическую характеристику, а
ГТП должен иметь больший запас мощности по
сравнению с величинами, предусматриваемыми
в настоящее время типовыми техническими тре;
бованиями на создание ТКА. Возникает также
вопрос о применимости результатов эксергетиче;
ского анализа для практических целей в процес;
се создания ТКА с ГТП. В связи с этим следует
иметь в виду следующие аспекты:
1) Оценку эффективности двигателя, как ос;
новного элемента ГТП, на стадии его проектиро;
вания, испытаний и доводки.
2) Оценку эффективности ГТП в составе
ТКА, как важнейшего элемента ТКУ и, соответ;
ственно, КС газотранспортной системы.
В первом случае нет необходимости усложнять
существующую методологию оценки эффектив;
ности ГТД, так как с использованием величины
эффективного КПД оценивается его эффектив;
ность как тепловой машины. В этом случае раз;
работчик ГТД стремится к обеспечению (ηе)max. В
то же время к недостаткам этого критерия при
работе ГТП в составе ТКА следует отнести то, что
он не отражает прямым образом влияния режи;
мов работы ЦК и, следовательно, газопровода на
эффективность ГТП. Это связано с тем, что эф;
фективный КПД для ГТД, так же как и ηп или ηад
для ЦК, является частным показателем, который
не соответствует требованиям системного анали;
за КС (газотранспортной системы). Применяе;
мый для оценки эффективности ГТП такой по;
казатель как "эффективный КПД в станционных
условиях" отражает влияние ряда систем ГТП (ги;
дравлические потери в ВПС и ВС, подогрев ЦВ на
входе и др.) на его эффективность, но также, как и
ηе на муфте ГТД, не учитывает специфичность ЦК
как нагрузки с переменной характеристикой, оп;
ределяемой режимом работы газопровода.
Выводы
1. Эксергетический анализ работы газотур;
бинного привода в составе турбокомпрессорного
агрегата на основе системного подхода позволяет
выявить интегративные свойства анализируемой
системы, заключающиеся в том, что его систем;
ная характеристика имеет оптимум по величине
эксергетического КПД агрегата.
2. Максимальному значению эксергетичес;
кого КПД агрегата соответствует эффективный
КПД привода, обеспечивающий максимальную
термодинамическую эффективность анализируе;
мой системы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коздоба Л.А. Системный подход в тепло;
технике и теплофизике // Промышленная тепло;
техника. – 1997. – T.19, № 4;5 – С. 137–144.
2. Парафейник В.П. Научные основы проек;
тирования блочнокомплектных турбокомпрес;
сорных агрегатов и установок с газотурбинным
приводом// Зб. наукових праць “Удосконалю;
вання турбоустановок методами математичного і
фізичного моделювання”. – T.1. – Харків:
ІПМаш НАНУ. – 2003. – С. 36–46.
3. Эльснер Н., Фраштер В. Составление эк;
сергетического баланса газотурбинной установ;
ки // Вопросы термодинамического анализа (эк;
60 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Рис. 5. Зависимость относительного расхода
топливного газа от коэффициента массовой
производительности агрегата при номинальном
(_______) и оптимальном (_ · _ · _ · _ ) режимах
работы ГПА.
сергетический метод). – М.: Мир, 1965. –
С. 122–138.
4. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия. – М.:
Энергия, 1968. – 280 с.
5. Марченко А.П., Марченко Н.А. Особеннос;
ти энергетического анализа рабочего процесса
ГТУ//Вісник двигунобудування. – 2005. – № 2. –
С. 25–31.
6. Парафейник В.П. Термодинамическая эф;
фективность турбокомпрессорных установок га;
зовой и нефтяной промышленности // Компрес;
сорная техника и пневматика. – 1996. – Выпуск
1–2 (10–12). – С. 44–54.
7. Степанов В.С., Степанова Т.Б. Расчет хи;
мической энергии и эксергии технических топ;
лив // Известия РАН. – Энергетика. – 1994. –
№ 1. – С. 106–115.
8. Костенко Г.Н. Эксергетический анализ
тепловых процессов и установок (теоретические
основы вопроса). – Одесса: Политехнический
институт, 1964. – 32 с.
9. Бэр Г.Д. Техническая термодинамика. –
М.: Мир, 1977. – 518 с.
10. Бродянский В.М., Сорин М.В. Принципы
определения КПД технических систем преобра;
зования энергии и вещества// Энергетика: Изве;
стия ВУЗ’ов. – 1985. – №1. – С. 60–65.
11. Газотурбинный двигатель НК;36СТ. Техниче;
ский проект. – Самара: КМЗ. – 1988. – T.1. – 142 с.
12. Парафейник В.П., Евенко В.И. Термодина;
мическая эффективность газоперекачивающих аг;
регатов с газотурбинным приводом// Промышлен;
ная теплотехника. – 2000. – T.22, № 1. – С. 30–36.
Получено 03.10.2005 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 61
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61413 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T11:03:14Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Парафейник, В.П. 2014-05-05T07:56:24Z 2014-05-05T07:56:24Z 2006 Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата / В.П. Парафейник // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 3. — С. 54-61. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61413 62;8: 621.438 На основе системного подхода с использованием метода эксергетического анализа термодинамической системы, состоящей из газотурбинного привода, турбокомпрессора природного газа и вспомогательного оборудования, разработана модель для анализа эффективности работы указанной системы. С использованием экспериментальных данных установлен оптимальный режим работы привода турбокомпрессорного агрегата. На основі системного підходу з використанням методу ексергетичного аналізу термодинамічної системи, яка складається з газотурбінного приводу, турбокомпресора природного газу та допоміжного обладнання, розроблено модель для аналізу ефективності роботи згаданої системи. З використанням експериментальних даних виявлено оптимальний режим роботи привода турбокомпресорного агрегату. On the basis of system approach and using method of exergetique analysis for thermodynamic system consisting of gas turbine drive, natural gas turbocompressor, and auxiliaries, the model for the analysis of the specified system efficiency has been developed. With the use of experimental data, there has been established the optimum operating mode for drive of turbocompressor package. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Теплоэнергетические установки Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата Systems approach to the analysis of the operating mode of a turbocompressor gas-turbine drive Article published earlier |
| spellingShingle | Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата Парафейник, В.П. Теплоэнергетические установки |
| title | Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата |
| title_alt | Systems approach to the analysis of the operating mode of a turbocompressor gas-turbine drive |
| title_full | Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата |
| title_fullStr | Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата |
| title_full_unstemmed | Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата |
| title_short | Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата |
| title_sort | системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата |
| topic | Теплоэнергетические установки |
| topic_facet | Теплоэнергетические установки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61413 |
| work_keys_str_mv | AT parafeinikvp sistemnyipodhodkanalizurežimarabotygazoturbinnogoprivodaturbokompressornogoagregata AT parafeinikvp systemsapproachtotheanalysisoftheoperatingmodeofaturbocompressorgasturbinedrive |