Safety in Technosphere

Безопасность в техносфере

1998-071X

10155

10.12737/16961

Методы и средства обеспечения безопасности

Methods and means of safety

Методы и средства обеспечения безопасности

Increasing Effectiveness and Decreasing Noise of Gas Turbine Units

Повышение эффективности и снижение шума газотурбинных установок

Дермер

П. Б.

Dermer

P. Б.

dermer@bmstu.ru

Арбеков

А. Н.

Arbekov

A. Н.

arbekov@bmstu.ru

Куникеев

Б. А.

Kunikeev

B. А.

barku50@gmail.com

25 10 2015

4 5 31 35

https://naukaru.ru/en/nauka/article/10155/view

В работе обосновано применение выхлопных и переходных диффузоров для повышения эффективности газотурбинных установок и снижения уровня шума, производимого ими. Представлена оценка методов повышения эффективности выхлопных и переходных диффузоров газотурбинных промышленных установок и сформулирована задача математического моделирования течения в коническом диффузоре с высокой степенью расширения и углом раскрытия больше критического со стабилизацией течения тангенциальным закрученным вдувом.

The article substantiates application of exhaust and transition diffusors to increase the effectiveness and decrease the noise of gas turbine units. It presents assessment of methods of increasing the effectiveness of exhaust and transition diffusors of industrial gas turbine units, and formulates the task for mathematical modeling of flow in conic diffusor with high flare and over-critical angle of expansion with flow stabilization by tangent twisted blow.

газотурбинная установка аэродинамический шум диффузор закрутка потока коэффициент повышения давления степень торможения тангенциальный вдув угол раскрытия диффузора.

gas turbine unit aerodynamic noise diffusor flow vortex pressure increase ratio slowing rate tangent blow expansion angle of diffusor.

1. ВведениеВ настоящее время все более широкое распространение получают газотурбинные энергетические установки (ГТУ) малой и средней мощности блочномодульного исполнения. Основой для их создания чаще всего служат конвертированные авиационные и транспортные газотурбинные двигатели, особенностью которых является значительная расходная скорость при выходе из турбины (CT = 180–250 м/с) [1–3], а для двухконтурных тригенерационных установок, созданных на базе авиационных двигателей с малой степенью двухконтурности m = 0,3–1,0 (отношением расхода воздуха во втором контуре к расходу через газогенератор), еще и за компрессором низкого давления [4, 5]. Столь высокие скорости приводят, с одной стороны, к большим потерям энергии в выхлопном устройстве, а с другой — к высокому уровню шума, генерируемого вытекающей струей, величина которого оценивается зависимостью [6, 7]:LP =80lgCT + 20lgFT + 10lgFT − K,где: ρT — плотность газа за турбиной, FT — площадь выходного сечения турбины, K — параметр, определяемый температурой струи (для высокотемпературных струй K = 44 дБ, для низкотемпературных — K = 57 дБ).

Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных двигателей и установок: Учебник для вузов / Ю.С. Елисеев, Э.А. Манушин, В.Е. Михальцев и др. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 640 с.

Eliseev Yu.S., Manushin E.A., Mikhal’tsev V.E. Teoriya i proektirovanie gazoturbinnykh i kombinirovannykh dvigateley i ustanovok [The theory and design of gasturbine engines and combined systems]. Moscow, Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana Publ., 2000. 640 p.

Теория двухконтурных турбореактивных двигателей / И.П. Деменчонок, Л.Н. Дружинин,А.Л. Пархомов и др. Под ред. С.М. Шляхтенко и В.А. Сосунова. - М.: Машиностроение, 1979. 432 с.

Shlyakhtenkoi S.M. Sosunov V.A. Teoriya dvukhkonturnykh turboreaktivnykh dvigateley [Theory of turbojet engines]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1979. 432 p.

Иноземцев А.А. Энергетические и промышленные газотурбинные установки на базе авиационных ТРДД ОАО «Авиадвигатель». Принципы конвертации // Тяжелое машиностроение. 2009. № 9. С. 2.

Inozemtsev A.A. Energeticheskie i promyshlennye gazoturbinnye ustanovki na baze aviatsionnykh TRDD OAO «Aviadvigatel». Printsipy konvertatsii [Energeticheskie and industrial gas turbines on the basis of aircraft turbofan]. Tyazheloe mashinostroenie [Heavy Engineering]. 2009, I. 9, pp. 2.

Varaksin A.Yu., Arbekov A.N., Inozemtsev A.A. The Trigeneration Cycle as a Way to Create Multipurpose Stationary Power Plants Based on Conversion of Aeroderivative Turbofan Engines. Doklady Physics, 2014, Vol. 59, No. 10, pp. 495-497. © Pleiades Publishing, Ltd., 2014.

Varaksin A.Yu., Arbekov A.N., Inozemtsev A.A. Trigeneratsionnyy tsikl kak put’ sozdaniya mnogotselevykh statsionarnykh energeticheskikh ustanovok na osnove konversii dvukhkonturnykh turboreaktivnykh dvigateley [Trigeneratsionny cycle as a way to create a multi-purpose stationary power plants, based on the conversion of turbojet engines]. DAN. 2014, V. 458, I 5, pp. 539.

Arbekov A.N., Varaksin A.Yu., Inozemtsev A.A. Influence of the ByPass Ratio of a Basic Turbofan Engine on the Possibility of Creating Aeroderivative Trigeneration Power Plants // High Temperature, 2015, Vol. 53, No. 6, pp. 899-903. © Pleiades Publishing, Ltd., 2015

Arbekov A.N., Varaksin A.Yu., Inozemtsev A.A. Vliyanie stepeni dvukhkonturnosti bazovogo turboreaktivnogo dvigatelya na vozmozhnost’ sozdaniya konversionnykh trigeneratsionnykh dvukhkonturnykh energeticheskikh ustanovok [Effect bypass ratio turbojet base on the possibility of creating conversion of double-trigeneration power plants]. Teplofizika vysokikh temperatur [High Temperature]. 2015, V. 53, I. 6, pp. 928-933.

Охрана окружающей среды: Учеб. для техн. спец. вузов / С.И. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. - М.: Высш. Шк., 1991. - 319 с.

Belov S.V. Okhrana okruzhayushchey sredy [Environment]. Moscow, Vyssh. Shk. Publ., 1991. 319 p.

Тупов В.Б. Снижение шумового воздействия от оборудования в энергетике - М.: 2004 г. - 258 с.

Tupov V.B. Snizhenie shumovogo vozdeystviya ot oborudovaniya v energetike [Reducing the noise impact on the equipment in the energy sector]. Moscow, 2004, 258 p.

Giampaolo A. Gas Turbine Handbook: Principles and Practices Third Editions 2006 by The Fairmont Press. 451 p.

Веревкин Н.Н., Лашков А.И. О способах уменьшения потерь давления в диффузорах с большими углами раскрытия. // Пром. Аэродинамика. - 1956. № 7. С. 175-178.

Verevkin N.N., Lashkov A.I. O sposobakh umen’sheniya poter’ davleniya v diffuzorakh s bol’shimi uglami raskrytiya [On ways of reducing the pressure loss in the diffuser with large opening angles]. Prom. Aerodinamika [Industrial Aerodynamics]. 1956, I. 7, pp. 175-178.

10.

Франкфурт М.О. Экспериментальное исследование характеристик конических диффузоров с тангенциальным сдувом. // Промышленная аэродинамика. - 1 (33): Машиностроение, - 1986. - С. 156-168.

Frankfurt M.O. Eksperimental’noe issledovanie kharakteristik konicheskikh diffuzorov s tangentsial’nym sduvom [Experimental study of the characteristics of conical diffusers with tangential blowing]. Promyshlennaya aerodinamika [Industrial Aerodynamics]. 1986, I.1 (33), pp. 156-168.

11.

Мигай В. К., Гудков Э.И. Проектирование и расчет выходных диффузоров турбомашин. Л.: Машиностроение. 1981. 272 с.

Migay V.K., Gudkov E.I. Proektirovanie i raschet vykhodnykh diffuzorov turbomashin [Design and calculation of output diffusers turbomachinery]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1981. 272 p.

12.

Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин. - М: Энергия, 1970. - 384 с.

Deych M.E., Zaryankin A.E. Gazodinamika diffuzorov i vykhlopnykh patrubkov turbomashin [Gasdynamics diffusers and exhaust pipes turbomachinery]. Moscow, Energiya Publ., 1970. 384 p.

13.

Осипов М.И., Арбеков А.Н. Результаты экспериментального исследования течения в диффузоре с закруткой потока вдувом газа // Газотурбинные и комбинированные установки. - Москва, 1987. - С. 30-31.

Osipov M.I., Arbekov A.N. Rezul’taty eksperimental’nogo issledovaniya techeniya v diffuzore s zakrutkoy potoka vduvom gaza [The results of experimental studies of flow in the diffuser with a swirling flow gas injection]. Gazoturbinnye i kombinirovannye ustanovki [Gas turbine and combined installation]. Moscow, 1987, pp. 30-31.

14.

Osipov M.I., Arbekov A.N. Investigation of turbulent structure and stability of flow in conical wide-angle diffusers with tangential swirling injection //4th World conference on experimental heat transfer, fluid mechanics and thermodynamics. Brussels. 1997.

Osipov M.I., Arbekov A.N. Investigation of turbulent structure and stability of flow in conical wide-angle diffusers with tangential swirling injection. 4th World conference on experimental heat transfer, fluid mechanics and thermodynamics. Brussels. 1997.

15.

Waitman B.A., Reneau L.R., Kline S.I. Effects of inlet conditions on performance of two - dimensional subsonic diffusers // ASME, Jour. of Basic Engineering. 1961. № 9. P. 349-360.

Waitman B.A., Reneau L.R., Kline S.I. Effects of inlet conditions on performance of two - dimensional subsonic diffusers. ASME, Jour. of Basic Engineering. 1961. № 9. P. 349-360.

16.

Senoo Y., Kawaguchi N., Nagata T. Swirl Flow in Conical Diffusers // Bull. JSME. - 1978. Vol. 21. № 151. P. 112-119.

Senoo Y., Kawaguchi N., Nagata T. Swirl Flow in Conical Diffusers . Bull. JSME. - 1978. Vol. 21. № 151. P. 112-119.

17.

Gibson A. On the Flow of Water through pipes and passages having converging, or diverging boundaries // Proceedings of the Royal Society, Engineering, London, 1912. vol. 83. p. 137-141.

Gibson A. On the Flow of Water through pipes and passages having converging, or diverging boundaries. Proceedings of the Royal Society, Engineering, London, 1912. vol. 83, pp.137-141.

18.

Nicoll W.B., Ramaprian B.R. Performance of conical diffusers with annular injection at inlet //ASME, Jour. of Basic Engineering. 1970. № 12. P. 827-835.

Nicoll W.B., Ramaprian B.R. Performance of conical diffusers with annular injection at inlet. ASME, Jour. of Basic Engineering. 1970. № 12. P. 827-835.

19.

Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турболентном пограничном слое. 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 320 с.

Kutateladze S.S., Leont’ev A.I. Teplomassoobmen i trenie v turbolentnom pogranichnom sloe [Heat and mass transfer and friction in turbolentnom boundary layer]. Moscow, Energoatomizdat, 1985. 320 p.