Влияние охлаждения высокотемпературных лопаточных аппаратов на эффективность газотурбинных установок с учетом зависимости удельной теплоемкости рабочего тела от температуры

Введение. Газотурбинные установки (ГТУ) широко применяются на электростанциях, в судостроении, в аэрокосмической и других отраслях промышленности. Основными показателями установок являются эффективный КПД цикла и полезная внутренняя мощность. Известно, что на каждые 100 °C повышения температуры на входе в турбину в диапазоне 1000–1400 К мощность газовой турбины увеличивается на 15–25%, что позволяет существенно сэкономить топливо. Дальнейшее повышение температуры газа перед турбиной требует более существенного увеличения расхода охлаждающего воздуха на охлаждение проточной части ГТУ, что в свою очередь приводит к снижению эффективного КПД ГТУ. Следовательно, чтобы улучшать характеристики газовых турбин в интервале температур на входе в турбину 1000–1400 К, необходимо провести исследование влияния параметров охлаждения и теплоемкости.

Цель. В статье исследуются вопросы влияния охлаждения высокотемпературных ГТУ, а также влияния зависимости удельной теплоемкости рабочего тела от температуры.

Методы. В работе был произведен сравнительный анализ четырех газотурбинных установок (ГТУ): ГТУ 3,13 МВт Teeda (Иран), ГТУ 4,13 МВт ОДК Пермские моторы ГТУ-4П 4,13 МВт (Россия), ГТУ 5,1 МВт Siemens SGT-100 (Германия), ГТУ 5,67 МВт Solar Turbines TAURUS 60 (США).

Результаты. В результате были определены зависимости КПД, удельной эффективной работы и коэффициента полезной работы ГТУ от охлаждения. Для повышения точности расчетов была учтена зависимость удельной теплоемкости рабочего тела от температуры.

Заключение. Выполненное расчетное исследование позволяет судить о совершенстве тепловой схемы ГТУ, проточной части ГТУ и проводить их сравнение для дальнейшей оптимизации рабочих процессов.