Аэродинамическое совершенствование проточной части турбодетандера

Целью проекта является разработка научно-технического задела, обеспечивающего повышение энергетической эффективности турбодетандерных установок за счет усовершенствования их тепловых схем и увеличения аэродинамической эффективности проточной части высокооборотных турбодетандеров малой мощности.Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:1) Провести структурную и параметрическую оптимизацию вариантов тепловых схем турбодетандерных установок, включенных в состав основных объектов энергоснабжения крупных городов.2) Исследовать особенности аэродинамических процессов, протекающих в проточной части высокооборотного турбодетандера малой мощности.3) Разработать и исследовать способы повышения эффективности проточной части турбодетандера малой мощности.Для решения перечисленных задач использовались методы термодинамической оптимизации тепловых схем энергетических установок и методы численного моделирования гидрогазодинамических процессов.В ходе первого этапа проекта разработаны требования к структуре тепловых схем турбодетандерных установок и параметрам их работы, обеспечивающих наибольшую эффективность выработки электроэнергии на различных пунктах понижения давления магистрального природного газа (ГРС, ГРП ТЭЦ, ГРП муниципальной котельной). Установлено, что для выработки электроэнергии на ГРС наиболее эффективной является схема с подогревом природного газа в автономных подогревателях после турбодетандера. Определено, что для обеспечения эффективной выработки электроэнергии на базе магистрального природного газа на ГРП ТЭЦ целесообразно использовать турбодетандерные энергоблоки, работающие на высокопотенциальном природном газе в составе отдельной ГТУ. Для реализации выработки электроэнергии на ГРП муниципальных котельных наибольшей экономичностью обладает турбодетандерная установка с подогревом природного газа перед турбодетандером продуктами сгорания котельного агрегата.В ходе второго этапа проекта выявлены основные особенности газодинамических процессов, протекающих в конструктивных элементах (межлопаточный канал, подводящий и отводящий патрубок) проточной части радиального турбодетандера малой мощности, что позволило определить области с вихреобразованиями, приводящими к дополнительным потерям энергии потока, и разработать эффективные методы их снижения. Для межлопаточных каналов радиального турбодетандера разработан метод снижения неравномерности структуры течения, заключающийся в разделении радиального колеса на несколько ярусов. Результаты численных исследований показали, что разделение радиального рабочего колеса детандера на два яруса позволяет увеличить внутренний относительный КПД турбоагрегата на 1,2%. Разработан способ снижения потерь энергии в подводящих патрубках радиального турбодетандера, заключающийся в установке двух симметричных ребер прямоугольного сечения. Численным путем установлено, что использование двух симметричных прямоугольных ребер позволяет уменьшить потери энергии в патрубке на 2,18%. Разработан метод снижения потерь энергии в выходных диффузорах радиальных детандеров, заключающегося в использовании внутренних безотрывных диффузоров, позволяющих уменьшить потери энергии на 11,58-36,08%.Полученные при реализации настоящего проекта результаты послужат научно-техническим заделом для развития турбодетандерной технологии для выработки электроэнергии в системе газоснабжения. Разработанные методы аэродинамического совершенствования проточной части радиальных турбодетандеров возможно использовать в процессе проектирования турбодетандерных установок отечественными машиностроительными предприятиями.