Введение к работе
Актуальность темы. В судовых газотурбинных установках существенны такие преимущества как малая удельная масса, компактность, высокая маневренность, более низкие требования к обслуживанию, малое потребление машинного масла. Вместе с тем, по экономичности газотурбинные установки (ГТУ) уступают дизельным установкам. В судовых газотурбинных установках большое значение имеет обеспечение эффективности работы ГТУ на переменном режиме поскольку большую часть времени энергетические установки эксплуатируются на режимах частичных нагрузок. При использовании в составе агрегата газотурбинных двигателей (ГТД) простого цикла экономичность значительно снижается при снижении мощности. Повышение эффективности на режимах частичных нагрузок обеспечивается дроблением мощности, т.е. использованием маршевых и форсажных двигателей с раздельной или совместной их работой на режимах полного хода. Это требует сложной конструкции газотурбинного агрегата за счет использования ряда двигателей и сложного редуктора. Другим способом обеспечения экономичности газотурбинного агрегата на режимах частичных нагрузок является использование ГТД сложного цикла или комбинированной газопаротурбинной установки (КГПТУ) с паротурбинным теплоутилизирующим контуром (ТУК). Разработка рациональных решений при проектировании газотурбинных двигателей и комбинированных установок, обеспечивающих эффективную работу на переменных режимах, требует информационной базы статических характеристик двигателей и установок на основе численного моделирования их работы на переменном режиме. Таким образом, разработка компьютерной программы, определение и обобщение расчетных характеристик морских газотурбинных двигателей и комбинированных энергетических установок, разработанных на базе ГТД, на переменном режиме является актуальной задачей.
Цель работы. Целью настоящей работы является создание информационной базы данных для проектирования судовых газотурбинных установок, обеспечивающей эффективную работу на переменных режимах.
Основные задачи исследования.
- Формирование базы данных судовых газотурбинных двигателей 3-5
поколений.
-Разработка математической модели и компьютерной программы для определения характеристик газотурбинных установок простого, сложного и комбинированного цикла на переменном режиме.
Определение характеристик судовых газотурбинных двигателей различного типа на переменном режиме и обобщение в виде регрессионных зависимостей от мощности.
Разработка программы изменения угла поворота сопловых лопаток силовой турбины для повышения эффективности судовых ГТД сложного цикла на переменном режиме.
Определение характеристик судовых комбинированных газопаротурбиных установок на переменном режиме и обобщение в виде регрессионных зависимостей от мощности ГТД для различных схем теплоутилизирующего контура.
Основные результаты.
Математическая модель и компьютерная программа для определения характеристик судовых газотурбинных установок простого, сложного и комбинированного цикла на переменном режиме.
Обобщенные зависимости для статических характеристик судовых ГТД различного типа от мощности.
Программа изменения угла поворота сопловых лопаток силовой турбины для повышения эффективности судового ГТД сложного цикла на переменном режиме.
Обобщенные зависимости для статических характеристик комбинированных установок на базе судовых ГТД различного типа с паротурбинным теплоутилизирующим контуром для повышения эффективности установки на переменном режиме.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в решении сформулированной проблемы и получении следующих научных результатов.
Впервые получены регрессионные зависимости для статических характеристик большой выборки судовых ГТД 3-5 поколений в широком диапазоне изменения мощности.
Для судового ГТД сложного цикла разработана программа изменения угла поворота сопловых лопаток силовой турбины, обеспечивающая максимальное повышение КПД на переменном режиме при сохранении устойчивой работы компрессора.
Впервые получены регрессионные зависимости для статических характеристик судовой газопаротурбинной установки на базе большой выборки ГТД и двух схем паротурбинного теплоутилизирующего контура.
Практическая ценность.
Разработанная компьютерная программа позволяет определять статические характеристики судовых газотурбинных установок простого, сложного и комбинированного цикла на переменном режиме.
Полученные регрессионные зависимости для статических характеристик судовых газотурбинных двигателей различного типа и комбинированных установок с различной схемой теплоутилизирующего контура позволяют прогнозировать характеристики и производить оценку эффективности установок в широком операционном диапазоне изменения мощности при проектировании и эксплуатации.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современной базы данных на основе интернет - сайтов основных производителей судовых ГТД, использованием современных методов и программ регрессионного анализа, использованием в математической модели фундаментальных законов и уравнений термодинамики и теплообмена, верификацией программы определения характеристик ГТУ простого, сложного и комбинированного цикла, удовлетворительным соответствием результатов тестовых расчетов с характеристиками ГТД и комбинированных установок.
На защиту выносятся.
- Математическая модель и компьютерная программа для определения
статических характеристик судовых ГТД простого, сложного и комбинированного
цикла на переменном режиме.
- Результаты обобщения статических характеристик современных судовых ГТД
простого цикла в широком операционном диапазоне изменения мощности.
Результаты использования программы для определения изменения угла поворота сопловых лопаток силовой турбины ГТД сложного цикла, обеспечивающие повышение эффективности на переменном режиме.
Результаты обобщения статических характеристик ГТУ комбинированного цикла с различной схемой паротурбинного теплоутилизирующего контура для повышения эффективности установки на переменном режиме.
Реализация результатов работы. Разработанная программа используется в учебном процессе подготовки специалистов, бакалавров и магистров СПбГМТУ, может быть использована при проектировании и эксплуатации судовых ГТД и КГПТУ в России, при разработке технического задания на проектировании судов и заказе судовых газотурбинных двигателей и комбинированных установок, а также в учебном процессе университетов в республике " Союз Мьянма ".
Апробация работы. Основное содержание работы и результаты докладывались на кафедре судовых турбин и турбинных установок по ходу выполнения работы.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 научные статьи. Доля автора в публикациях 50 %. В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК, опубликовано 3 статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четыре глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Общий объем - 154с, рис.52, табл.6, список литературы включает 62 наименования.
