Газотурбинная установка замкнутого цикла мощностью 500 кВт с различными рабочими телами

Рассматривается газотурбинная установка замкнутого цикла мощностью 500 кВт. В отличие от открытого или полузамкнутого циклов замкнутый цикл подразумевает постоянно циркулирующее рабочее тело в пределах замкнутого контура. Иными словами, в закрытый контур, состоящий из компрессора, теплообменников различного назначения и турбины, нагнетается рабочее тело (может быть любым) с требуемыми начальными параметрами, зависящими от свойств выбранного рабочего тела. Установка с рециркуляцией продуктов сгорания при высоком давлении может быть создана на базе существующих агрегатов с небольшими доработками. Вместо выброса в атмосферу, уходящие газы поступают в высокотемпературный теплообменник, где отдают тепло газотурбинной установке замкнутого цикла. В первую очередь применение подобных установок актуально на компрессорных станциях в связке с газотурбинным приводом нагнетателя. В ходе исследования выполнен тепловой расчет газотурбинной установки замкнутого цикла с различными рабочими телами: углекислый газ, гелий и аргон. Основной целью являлось изучение преимуществ и недостатков альтернативных рабочих тел с последующим их сравнением. Поскольку основные химические и физические свойства альтернативных рабочих тел выгодно отличаются от классических, то есть возможность получения более высоких параметров установки. По результатам расчетов установлено, что наиболее перспективным рабочим телом является углекислый газ, поскольку применение данного рабочего тела возможно при широком диапазоне температур и давлений. Также стоит отметить, что расход углекислого газа наиболее низкий по сравнению с остальными рабочими телами. КПД подобной установки равняется 28%, однако есть возможность повышения с использованием регенерации.

1. Арбеков А. Н. Выбор параметров и эффективных тепловых схем газотурбинных установок замкнутого цикла для наземного и космического применения. МГТУ им. Н. Э. Баумана 2019: 1–333.

2. Семикашев В. В., Гайворонская М.С. Анализ состояния и перспектив развития российской газовой отрасли до и после 2022 г. Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН 2022: 108–127.

3. Злобин В. Г., Верхоланцев А. А. Газотурбинные установки. Часть 1. Тепловые схемы. Термодинамические циклы. СПбГУПТД 2020: 1–114.

4. Михайлов В. В. Система газотурбинного двигателя с внешним источником тепла. Патент № 2787614 (РФ). Бюллетень изобретений 2023; 2.

5. Барсков В. В., Баранов В. В. Перспективные газотурбинные установки с внешним поводом теплоты // Материалы научно-практической конференции молодых инженеров АО “Силовые машины” 2023: 78–82.

6. Гайворонская М. С. Социально-экономическая оценка условий и перспектив развития газификации домохозяйств России. ИНП РАН 2023: 1–131.

7. Глазков А. А. Газотурбинная установка замкнутого цикла, работающая на газообразных агентах // Молодой ученый 2021. – № 25 367: 83–86.

8. Моляков В. Д., Куникеев Б. А., Троицкий Н. И. Эффективность замкнутых газотурбинных установок при различных способах и программах регулирования. Известия высших учебных заведений. Машиностроение 2020; 3: 51–63.

9. Лаптев М. А., Барсков В. В., Рассохин В. А. Перспективные газотурбинные установки с внешним подводом теплоты. Современные технологии и экономика энергетики 2021: 142–144.

10. Лапшин К. Л. Практические занятия по дисциплине «Теория турбомашин». СПбПУ 2019: 1–31.