НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o103.pdf (1182.63Кб)

УДК 629.064.5

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

В статье рассматриваются возможные пути кратковременного форсирования газотурбинных двигателей на примере газотурбинного энергоагрегата. Во введении излагается необходимость форсирования авиационных транспортных и судовых газотурбинных двигателей в особых условиях движения и перечислены основные методы.  Далее  проанализированы три основных метода кратковременного форсирования по мощности газотурбинных двигателей: впрыском воды перед компрессором, кратковременным повышением температуры после камеры сгорания и подачей дополнительного сжатого воздуха в камеру сгорания из резервных баллонов.
При анализе метода форсирования ГТД путём впрыска воды представлены основные положения и результаты расчётов цикла, в виде зависимости мощности двигателя от количества впрыскиваемой воды на входе в компрессор. Показано что при впрыске воды на входе в компрессор в количестве 1 % от общего расхода воздуха в компрессоре увеличение мощности составляет 17 %.  Также перечислены основные проблемы при реализации данного метода и проведено сравнение с результатами других работ по впрыску воды в компрессор.
Далее рассматривается метод кратковременного форсирования ГТД путём кратковременного увеличения температуры газа перед турбиной. Представлены результаты расчётов цикла в виде зависимости мощности и расхода топлива от температуры газа на входе в турбину. Показано что при увеличении температуры на 80 градусов мощность двигателя возрастает на 11,2 % и требуется на 11 % больше топлива. При анализе данного метода затрагивается тема термобарьерных покрытий на поверхности лопаток. Рассмотрены наиболее распространенные типы покрытий и их основные недостатки. Перечислены основные сложности и некоторые пути их решения при реализации КФ данным методом.
Последним рассматривается метод кратковременного форсирования ГТД путём подачи дополнительного сжатого воздуха из резервных баллонов в камеру сгорания. Авторы отмечают, что данный метод применим только для малоразмерных и вспомогательных ГТУ, работающих в составе силовой установки, на транспортных средствах, где имеются дополнительные баллоны со сжатым воздухом. Далее приведены результаты расчётов в виде зависимости мощности двигателя и времени форсирования от количества подаваемого дополнительного сжатого воздуха  в камеру сгорания. Показано что при подаче дополнительного сжатого воздуха в количестве 15 % от расхода воздуха в компрессоре мощность двигателя увеличивается на 27 %. Также авторы перечисляют основные трудности при реализации данного метода.
В заключении статьи приведены данные по рассмотренным методам кратковременного форсирования ГТД и перечислены основные трудности при их реализации. Также авторы приходят к выводу, что пределы данных методов кратковременного форсирования ограничены прочностью конструкции и характеристиками электрогенератора.

1. Елисеев Ю.С., Манушин Э.А., Михальцев В.Е., и др. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. Учебник для вузов 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2000. 640 с.
2. Троицкий Н.И. Применение накопителей энергии — радикальный способ улучшения топливной экономичности наземных машин с газотурбинным двигателем // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2014. №3. С. 110-118.
3. Беркович А.Л., Полищук В.Г., Назаренко А.В. Форсирование стационарных газотурбинных установок оптимальным впрыском воды в компрессор // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2015. № 2 (219). С. 33-40.
4. Chaker Mustapha, Meher-Homji Cyrus B., Mee Thomas (III). Inlet fogging of gas turbine engines // Trans. ASME. J. Eng. Gas Turbinesand Power. 2004. Vol. 126, №3. P. 545–580.
5. Михальцев В.Е., Моляков В.Д. Расчёт параметров цикла при проектировании газотурбинных двигателей и комбинированных установок // Учебное пособие, под ред. И.Г. Суровцева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 58 с.
6. Тумашев Р.З., Моляков В.Д., Лаврентьев Ю.Л. Повышение эффективности компрессорных станций магистральных газопроводов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2014. № 1. С. 68-79.
7. Моляков В.Д., Куникеев Б.А. Особенности проектирования эффективных турбин с учетом влияния радиального зазора // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 9 (654). С. 9-18. DOI: 10.18698/0536-1044-2014-9-9-18
8. Артеменко Н. И., Симонов В. Н., Трусов Б.Г. Термодинамический анализ нанесения защитных диффузионных покрытий с танталовым подслоем на лопатки ГТД из жаропрочных никелевых сплавов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. №7. С. 337-344. DOI: 10.7463/0713.0583284
9. Bob Rapp. Coatings improve efficiency // Materials Today. 2006. vol. 9, no. 7–8. Pp. 6. DOI: 10.1016/S1369-7021(06)71555-3