ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ВОЗДУХОНЕЗАВИСИМЫХ ОДНОКОНТУРНЫХ МИКРОГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ПОДВОДНОЙ ТЕХНИКИ
Аннотация
В освоении месторождений шельфа морей и океанов существенная роль отводится подводной технике, выполняющей как технологические, так и эксплуатационные функции. Возможности техники в большой степени зависят от энергетической оснащенности аппаратов. Среди различных типов энергоустановок подводных аппаратов вызывают интерес воздухонезависимые газотурбинные установки, способные в одноконтурном варианте работать на органических видах топлива с окислителем - кислородом. Предметом рассмотрения выбраны схемы замкнутых одноконтурных газотурбинных установок, работающих на органическом топливе, где рабочим телом являются продукты сгорания топлива при соединении его с кислородом. В качестве рабочего тела используется смесь углекислого газа как основного компонента и водяного пара таким образом, что процесс горения подобен горению в среде воздуха. Излишки рабочего тела в виде СО2 удаляются из цикла, в данном случае посредством растворения в забортной воде в барботере; кислород, слабо растворяющийся в воде, возвращается в цикл. Способы повышения КПД двигателя рассматривались при усложнении цикла газотурбинных двигателей с применением регенерации теплоты, т. е. подогрева рабочего тела перед камерой сгорания за счет теплоты выхлопных газов двигателя, а также применения турбокомпрессорного утилизатора, образованного за счет турбины перерасширения. В работе проведен анализ термодинамических характеристик рабочих циклов воздухонезависимых газотурбинных установок, предлагаются оптимальные схемные решения и их характеристики с учетом достигнутых технологических возможностей. Установлено, что КПД замкнутого газотурбинного двигателя с регенератором теплоты и замкнутого газотурбинного двигателя с турбиной перерасширения примерно равны и на 15 - 20 % выше, чем в замкнутых газотурбинных двигателях простого цикла. Следовательно, в силу конструктивных особенностей микротурбин целесообразно применять замкнутые газотурбинные двигатели с регенерацией теплоты, имеющие меньшее значение степени повышения давления в компрессоре двигателя.
Ключевые слова
замкнутая газотурбинная энергетическая установка, микротурбина, регенерация теплоты, турбина перерасширения
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Чернышев Е. А. Развитие воздухонезависимых энергетических установок подводных лодок / Е. А. Чернышев, Е. А. Романова, А. Д. Романов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2015. - № 5 (33). - С. 140-152.
U.S. Patent № 4674463 Int. Cl. F02B 47/08 Internal combustion engines / David K. Duckwort, Freederick W. Morley; assignee Cosworth Endineering Limited, Northampton, United Kingdom, appl. No.: 910289; PCT Filed Mar.1,1984 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.google.ch/patents/US4674463 (дата обращения: 02.02.2017).
Пат. 2542166 Российская Федерация, МПК F 02 G 1/04. Энергетическая установка подводного аппарата / В. Ю. Дорофеев, В. В. Замуков, Д. В. Сидоренков; заявитель и патентообладатель ОАО «Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения «Малахит». - № 2013153997/06; заяв. 04.12.2013; опубл. 20.02.2015, Бюл. № 5.
Замуков В. В. Выбор воздухонезависимой энергоустановки неатомных подводных лодок / В. В. Замуков, Д. В. Сидоренков // Судостроение. - 2012. - № 4. - С. 29-33.
Бабурин А. В. Стабилизация пламени метана при замене окислительной среды воздуха на смесь (O + CO ) / А. В. Бабурин // Технологии техносферной безопасности. - 2009. - № 3. - С. 1-6.
Манушин Э. А. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок / Э. А. Манушин, В. Е. Михальцев, А. П. Чернобровкин. - М.: Машиностроение, 1977. - 447 с.
Matviienko V. Variable Regimes Operation of Cogenerative Gas-Turbine Engine With Overexpansion Turbine / V. Matviienko, V. Ocheretianyi // ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea, and Air. - American Society of Mechanical Engineers, 2010. - Pp. 33-37. DOI: 10.1115/GT2010-22029.
Bianchi M. A Feasibility Study of Inverted Brayton Cycle for Gas Turbine Repowering / M. Bianchi, Negri di Montenegro, A. Peretto, P. R. Spina // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. - 2005. - Vol. 127. - Is. 3. - Pp. 599-605. DOI:10.1115/1.1765121.
Watt J. Microturbine Development At Ingersoll-Rand Energy System / J. Watt // Proceeding of ASME Turbo Expo GT 2005-69158. - 2005.
Матвеенко В. Т. Перспективы повышения эффективности высокотемпературного газотурбинного двигателя усложнением цикла Брайтона / В. Т. Матвеенко, В. А. Очеретяный, А. Г. Андриец // Вестник СевГТУ: сб. науч. тр. - 2009. - Вып. 97. - С. 113-115.
Об авторах
Матвеенко Валерий Тимофеевич - доктор технических наук, профессор
Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П. С. НахимоваОчеретяный Владимир Анатольевич - кандидат технических наук, доцент
ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет»Дологлонян Андрей Вартазарович - кандидат технических наук, доцент
ФГБНУ «Институт природно-технических систем»
