ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ МОЩНОСТЬЮ 0,5 МВт С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ ANSYS CFX
Ключевые слова:
топливный газ, турбодетандер, детандер-генератор, дросселирование, расширение газа, электрическая энергия, механическая энергия, давление, плотность, газовая постояннаяАннотация
Аннотация. Введение. Использование детандер-генераторных установок на дожимных компрессорных станциях является перспективным направлением повышения их экономической эффективности.
В статье выполнен расчет проточной части турбодетандера, входящего в состав детандер-генераторного агрегата, используемого в дожимных компрессорных станциях для подачи топливного газа на теплоэлектростанции с парогазовыми установками.
Метод и материалы. С помощью программного обеспечения ANSYS CFX проведено профилирование лопаточного устройства турбодетандера, расчетно-экспериментальные исследования и анализ полученных результатов.
Полученные результаты. На основе анализа результатов научных исследований спроектирована технологическая схема подготовки топливного газа с использованием детандер-генераторного агрегата, а также разработана трехмерная модель устройства, содержащая основные части установки.
Выводы. Авторами разработана концепция использования одноступенчатой детандер-генераторной установки с газодинамическими подшипниками максимальной мощностью N = 0,5 МВт, расходом газа G = 3,32 кг/с, начальным давлением 5 МПа, выходным давлением 1,5 МПа и возможности применение на практике.
Скачивания
Библиографические ссылки
[1] Седунин В.А., Шемякинский А.С. Особенности проектирования детандер-генераторного агрегата в системе топливного газа компрессионного цеха. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 5. 105-121 стр.
[2] Heinz P. Bloch. Subject Category 43 – Turboexpanders. Petrochemical Machinery Insights. 2017, Pages 657-660.
[3] Соловьев Р.В. Определение эффективности детандер-генераторных агрегатов при использовании вторичных энергетических ресурсов промышленных предприятий. Дис. ... канд. техн. наук. М.: МЭИ, 2010. 167 с.
[4] Hooman Golchoobiana, Mohammad Hasan Taherib, Seyfolah Saedodina. Thermodynamic analysis of turboexpander and gas turbine hybrid system for gas pressure reduction station of a power plant. //Case Studies in Thermal Engineering.
[5] Ryszard Bartnik, Anna Hnydiuk-Stefan, Zbigniew Buryn. Thermodynamic and economic analysis of a gas turbine set coupled with a turboexpander in a hierarchical gas-gas system. //Energy. Volume 190, 1 January 2020, 116394.
[6] Диких Б., Бояринов М., Авлошенко А. Обзор современных конструкций турбодетандерных генераторов МДГ-20. СПб.: ООО НТЦ «МТТ», 2008. 90 с.
[7] Харисов И.С. Расчетно-экспериментальное обоснование выбора характеристик, конструктивных схем и практическая реализация микротурбодетандерных генераторов электрической энергии для собственных нужд газораспределительных станций: Дис. канд. техн. наук. СПб.: ГПУ, 2013. 196 с.
[8] Manoj Kumar, Rasmikanti Biswal, Suraj Kumar Behera, Ranjit Kumar Sahoo, Sandip Pal. Experimental and numerical approach for characterization and performance evaluation of cryogenic turboexpander under rotating condition. //International Communications in Heat and Mass Transfer. Volume 136, July 2022, 106185.
[9] Wan Sun, Shuangtao Chen, Yu Hou, Shanshan Bu, Zaiyong Ma, Luteng Zhang, Liangming Pan. Numerical studies on two-phase flow in cryogenic radial-inflow turbo-expander using varying condensation models. //Applied Thermal Engineering. Volume 156, 25 June 2019, Pages 168-177.
[10] Xiaoling Yang, Liang Chen, Zhefeng Wang, Shuangtao Chen, Yu Hou. Study on the spontaneous condensation of moist air in the high-speed turbo-expander. //International Communications in Heat and Mass Transfer. Volume 141, February 2023, 106594.
[11] Manoj Kumar. A comparative investigation of thermodynamic performance and flow field structure of a modified Collins cycle-based helium turboexpander system. //International Communications in Heat and Mass Transfer. Volume 127, October 2021, 105554.
[12] Мальханов О.В. Разработка технологических схем и методов расчетов энергосберегающих турбодетандерных установок. Дис. … канд. техн. наук. М.: МГОУ, 2009. 196 с.
[13] Агабабов B.C., Корягин А.В. Определение энергетической эффективности использования детандер-генераторного агрегата в системах газоснабжения // Теплоэнергетика. 2002. № 12. С. 35–38.
[14] Аксенов Д.Т. Выработка электроэнергии и «холода» без сжигания топлива // Энергосбережение. 2003. № 3. С. 57–61.
[15] Xiaoming Li, Kai Zhang, Junjie Li, Zhengrong OuYang, Tongqiang Shi. Analysis of vortex characteristics and energy losses in a cryogenic hydrogen turbo-expander for a 5 t/d hydrogen liquefier. //International Journal of Hydrogen Energy. Volume 55, 15 February 2024, Pages 1286-1298.
[16] Ларионов И.Д. Газодинамический расчет ступени газовой турбины: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. Свердловск: УПИ, 1989. 37 с.
[17] Matteo Passalacqua, Simone Maccarini, Alberto Traverso. CO2 reverse cycles equipped with a bladeless turboexpander. //Energy Conversion and Management. Volume 293, 1 October 2023, 117489.
[18] Xiaoling Yang, Liang Chen, Zhefeng Wang, Shuangtao Chen, Yu Hou. Study on the coupled characteristics of high-speed centrifugal compressor and turboexpander of a reverse Brayton air refrigerator.
[19] Shujian Song, Shuangtao Chen, Xiaocong Zhou, Yihang Zhu, Xihan Zhang, Liang Chen, Yu Hou. Experimental investigation on a closed-cycle single-stage turbo-refrigerator for deep freezing. International Journal of Refrigeration. Volume 155, November 2023, Pages 247-257.
[20] Francesco Orlandi, Luca Montorsi, Massimo Milani. Cavitation analysis through CFD in industrial pumps: A review. //International Journal of Thermofluids. Volume 20, November 2023, 100506.
[21] www.stc-mtt.ru: веб-сайт «НТЦ «Микротурбинные технологии» (дата обращения: 12.03.2024).
[22] Mehdi Taleshian Jelodar, Hasan Rastegar and Hossein Askarian Abyaneh. Modeling turbo-expander systems. //Simulation: Transactions of The Society for Modeling and Simulation International February 2013.
