energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2022-15-2-102-110energsecurity-816Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSПовышение экономичности и надежности газотурбинных установок за счет применения аддитивных технологийIncreasing the efficiency and reliability of gas turbine power plants through the use of additive technologiesБасати ПанахМ.Basati PanahM.

 Политехническая улица 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия 

 Politekhnicheskaya street 29, 195251, St. Petersburg, Russia 

mehdibp.energy@gmail.comРассохинВ. А.RassokhinV. V.

 Политехническая улица 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия 

 Politekhnicheskaya street 29, 195251, St. Petersburg, Russia 

БарсковВ. В.BarskovV. V.

 Политехническая улица 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия 

 Politekhnicheskaya street 29, 195251, St. Petersburg, Russia 

МатвеевЮ. В.MatveevY. V.

 Политехническая улица 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия 

 Politekhnicheskaya street 29, 195251, St. Petersburg, Russia 

КортиковН. Н.KortikovN. N.

 Политехническая улица 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия 

 Politekhnicheskaya street 29, 195251, St. Petersburg, Russia 

ЛаптевМ. А.LaptevM. A.

 Политехническая улица 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия 

 Politekhnicheskaya street 29, 195251, St. Petersburg, Russia 

ГунБ.GongB.

 Политехническая улица 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия 

 Politekhnicheskaya street 29, 195251, St. Petersburg, Russia 

ЧуВ. Ч.ChuV. Ch.

 Политехническая улица 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия 

 Politekhnicheskaya street 29, 195251, St. Petersburg, Russia 

Институт энергетики Санкт-Петербургского Политехнического университета Петра ВеликогоРоссияEnergy institute, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202228072022152102110Copyright © Басати Панах М., Рассохин В.А., Барсков В.В., Матвеев Ю.В., Кортиков Н.Н., Лаптев М.А., Гун Б., Чу В.Ч., 20222022Басати Панах М., Рассохин В.А., Барсков В.В., Матвеев Ю.В., Кортиков Н.Н., Лаптев М.А., Гун Б., Чу В.Ч.Basati Panah M., Rassokhin V.V., Barskov V.V., Matveev Y.V., Kortikov N.N., Laptev M.A., Gong B., Chu V.C.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/816

Результат исследования возможности повышения экономичности, надежности и технологичности существующих газотурбинных установок (ГТУ) за счет применения аддитивных технологий, позволяющих создавать рекуператоры со степенями регенерации, достигающих значений 90...95%. Приведены характеристики ГТУ Teeda 3.13 МВт (Иран), ГТУ ОДК Пермские моторы ГТУ-4П 4.13 МВт (Россия), ГТУ Siemens SGT-100 5.1 МВт (Германии), ГТУ Solar Turbines TAURUS 60 5.67 МВт (США). Исследования проводились с использованием методик и программ Высшей школы энергетического машиностроения по расчету тепловых схем ГТУ. Получены зависимости эффективного КПД, коэффициента полезной работы, эффективной удельной работы и удельного расхода условного топлива исследуемых ГТУ от степени повышения давления в компрессоре и степени регенерации. Решение проблемы повышения степени регенерации в ГТУ (выше 0,9) требует разработки специальных конструкций теплообменных матриц рекуператора, что возможно только с применением аддитивных технологий и новых жаропрочных материалов. Перспективные рекуператоры обладают более сложной конструкцией теплообменных матриц, что обеспечивает высокую компактность. Такие технические решения могут обеспечить разработку и создание принципиально новых конструкций теплообменных аппаратов ГТУ и существенно повысить их технические характеристики.

The article is dedicated to the study of the feasibility of increasing the efficiency, reliability and manufacturability of existing gas turbine power plants with additive technologies that allow creating recuperators with regeneration degrees of 90...95%. The characteristics are presented for the following gas turbine power plants: TEEDA (Iran) 3.13 MW, ODK Perm Motors GTU-4P (Russia) 4.13 MW, Siemens SGT-100 (Germany) 5.1 MW, Solar Turbines Taurus 60 (USA) 5.67 MW. The research was carried out using the methods and programs of the Higher School of Power Engineering for the calculation of thermal circuits of GTPP. The dependences of effective efficiency, work ratio, effective specific work and specific consumption of conventional fuel of GTPPs under examination on compressor pressure ratio and regeneration factor are obtained. Solving the problem of increasing the regeneration factor in GTPP (above 0.9) requires the development of special designs of heat exchanger matrices of the recuperator, which is only possible with the use of additive technologies and new heat-resistant materials. Promising recuperators have a more complex design of heat exchange matrices, which ensures their being very compact. Such technical solutions can ensure the development and creation of fundamentally new designs of GTPP heat exchangers and significantly improve their technical characteristics.

газотурбинные установкистепень повышения давления в компрессорестепень регенерацииэффективный коэффициент полезного действиянадежностьаддитивные технологииgas turbine power plantscompressor pressure ratioregeneration factoreffective efficiencyreliabilityadditive technologiesReferencesH. Omar, A. Kamel, M. Alsanousi. Performance of Regenerative Gas Turbine Power Plant. Energy Power Eng 2017; (9): 136 – 146.H. Omar, A. Kamel, M. Alsanousi. Performance of Regenerative Gas Turbine Power Plant. Energy Power Eng. 2017; (9): 136 – 146. (In Eng.)Теплообменные аппараты технологических подсистем турбоустановок. К. Э. Аронсон, В. А. Рассохин, Ю. М. Бродов [и др.]. Машиностроение. Энциклопедия в 40 томах. Москва. Издательство Инновационное машиностроение. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИН. ISBN 978-5-9907638-5-2. 2016: 472.Heat exchangers of technological subsystems of turbine plants. K. E. Aronson, V. A. Rassokhin, Yu. M. Brodov [et al.]. Engineering. Encyclopedia in 40 volumes. Moscow. Publishing house Innovative engineering. CALCULATION AND DESIGN OF MACHINES. ISBN 978-5-9907638-5-2. 2016: 472. (In Russ.)Турбинные установки. Машиностроение. Н. Н. Виноградов, О. А. Владимирский, В. А. Рассохин [и др.]. Энциклопедия в сорока томах. Москва. Научно-техническое издательство Машиностроение. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИН. ISBN 978-5-94275-696-3. 2015: 1030.Turbine installations. Engineering. N. N. Vinogradov, O. A. Vladimirsky, V. A. Rassokhin [and others]. Encyclopedia in forty volumes. Moscow. Scientific and technical publishing house Mashinostroenie. CALCULATION AND DESIGN OF MACHINES. ISBN 978-5-94275-696-3. 2015: 1030. (In Russ.)Investigation of Biomass Integrated Air Gasification Regenerative Gas Turbine Power Plants. M. E. Abdalla, S. A. Abdalla, S. A. A. Taqvi, S. R. Naqvi, W. H. Chen. Energies 2022; (15): 741.Investigation of Biomass Integrated Air Gasification Regenerative Gas Turbine Power Plants. M. E. Abdalla, S. A. Abdalla, S. A. A. Taqvi, S. R. Naqvi, W. H. Chen. Energy 2022; (15): 741. (In Eng.)Regenerative Gas Turbine Power Plant. M. E. Abdalla, S. Pannir, A. Hussein Ahmed, A. Mahyob, S. A. Abdalla. Performance & Evaluation. Purdue University: West Lafayette, IN, USA 2021: 2694. 6. M. N. Khan, I. Tlili. New approach for enhancing the performance of gas turbine cycle: A comparative study. Results. Eng 2019; (2): 100 – 108.Regenerative Gas Turbine Power Plant. M. E. Abdalla, S. Pannir, A. Hussein Ahmed, A. Mahyob, S. A. Abdalla. performance & evaluation. Purdue University: West Lafayette, IN, USA 2021: 2694. (In Eng.)G. Gonca. The effects of turbine design parameters on the thermo-ecologic performance of a regenerated gas turbine running with different fuel kinds. Appl Therm Eng 2018; (137): 419 – 429.M. N. Khan, I. Tlili. New approach for enhancing the performance of gas turbine cycle: A comparative study. results. Eng. 2019; (2): 100 – 108. (In Eng.)Расчет тепловой схемы газотурбинной установки. В. В. Барсков, В. А. Рассохин, Н. А. Забелин [и др.]. учебное пособие. СанктПетербургский политехнический университет Петра Великого. Санкт-Петербург. Изд-во Политехн. ун-та 2018: 38.G. Gonca. The effects of turbine design parameters on the thermo-ecologic performance of a regenerated gas turbine running with different fuel kinds. Appl Therm Eng. 2018; (137): 419 – 429. (In Eng.)Лаптев М. А., Барсков В. В., Рассохин В. А. Перспективные газотурбинные установки с внешним подводом теплоты. Современные технологии и экономика энергетики. Материалы Международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого 2021.142 – 144.Calculation of the thermal scheme of a gas turbine plant. V. V. Barskov, V. A. Rassokhin, N. A. Zabelin [et. al.]. tutorial. Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University. St. Petersburg. Publishing house of Polytechnic. un-ta 2018: 38. (In Russ.)Программа расчёта малорасходных одноступенчатых турбин конструкции ЛПИ осевого и радиального типа (ONE1). В. А. Рассохин, В. В. Барсков, В. К. Ядыкин [и др.]. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019663503 Российская Федерация.. № 201966230. заявл. 08.10.2019. опубл. 17.10.2019. заявитель федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого” (ФГАОУ ВО “СПбПУ”). 2019.Laptev M. A., Barskov V. V., and Rassokhin V. A. Perspective gas turbine plants with external heat supply. Modern technologies and energy economics. Materials of the International scientific-practical conference. St. Petersburg. Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University 2021. 142 – 144. (In Russ.)Программа расчёта малорасходных двух и более ступенчатых турбин конструкции ЛПИ осевого и радиального типа (TWO2). В. А. Рассохин, В. В. Барсков, В. К. Ядыкин, А. И. Сметанкин. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019663417 Российская Федерация. № 2019662344. заявл. 08.10.2019. опубл. 16.10.2019. заявитель федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого” (ФГАОУ ВО “СПбПУ”). 2019.Program for calculation of low-flow single-stage turbines of LPI design of axial and radial type (ONE1). V. A. Rassokhin, V. V. Barskov, V. K. Yadykin [et. al.]. Certificate of state registration of the computer program No. 2019663503 Russian Federation. No. 201966230. Appl. 08.10.2019. publ. 10/17/2019. the applicant is the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University” (FGAOU VO “SPbPU”) 2019. (In Russ.)Program for calculation of low-flow two or more stage turbines of the LPI design of axial and radial type (TWO2). V. A. Rassokhin, V. V. Barskov, V. K. Yadykin, A. I. Smetankin. Certificate of state registration of the computer program No. 2019663417 Russian Federation. No. 2019662344. App. 08.10.2019. publ. 10/16/2019. the applicant is the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University” (FGAOU VO “SPbPU”) 2019. (In Russ.)Program for calculation of low-flow two or more stage turbines of the LPI design of axial and radial type (TWO2). V. A. Rassokhin, V. V. Barskov, V. K. Yadykin, A. I. Smetankin. Certificate of state registration of the computer program No. 2019663417 Russian Federation. No. 2019662344. App. 08.10.2019. publ. 10/16/2019. the applicant is the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University” (FGAOU VO “SPbPU”) 2019. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.