Возможность использования метано-водородного топлива в конвертированных газотурбинных двигателях для энергетических установок

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Учитывая, что в последнее время активно разрабатывается тема использования метано-водородных смесей в качестве топлива для газотурбинных двигателей, используемых в составе энергетических установок, необходимо иметь инженерные методики по расчету топливной системы и камеры сгорания двигателей, работающих на таком топливе. В данной статье предлагается методика, позволяющая выполнить такие расчеты. Для расчета взята газотурбинная установка на базе конвертированного авиационного двигателя НК-16СТ.

Расчет по данной методике производится в три этапа. На первом этапе выбирается состав и определяются теплофизические характеристики рассматриваемого газа. На втором – производится расчет топливной системы, строятся расходные характеристики топливной системы двигателя и системы камеры сгорания. Производится сравнение расходных характеристик, построенных для природного газа и метано-водородной смеси. Данный анализ позволяет выработать рекомендации по оптимизации конструкции топливоподводящей аппаратуры и топливных форсунок в части изменения объема внутренних каналов. На третьем этапе производится расчет камеры сгорания и вырабатываются рекомендации о необходимости изменения фронтового устройства или перераспределения воздуха по длине жаровой трубы. С помощью параметра объемной теплонапряженности выполняется оценка достаточности имеющегося объема жаровой трубы для работы на метано-водородной смеси и определяется средняя температура газа в зоне горения камеры сгорания.

По результатам выполненной работы подтверждена возможность работы газотурбинной установки НК-16СТ на метано-водородной смеси, сделаны выводы, что для подвода больших объемов метано-водородной смеси, по сравнению с природным газом, требуется увеличить размеры топливных трубопроводов, агрегатов дозирования, регулирования и топливных форсунок.

Об авторах

Андрей Владимирович Бакланов

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева – КАИ

Автор, ответственный за переписку.
Email: andreybaklanov@bk.ru

доцент

Россия, 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, 10

Список литературы

  1. Вклад газовой отрасли в формирование энергетической модели на основе водорода /
  2. О. Е. Аксютин, А. Г. Ишков, К. В. Романов и др. // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2017. № 5 (33). С. 12–20.
  3. Numerical and experimental investigations of confined swirling combusting flows / A. Sadiki, S. Repp, C. Schneider et al. // Progress in Computational Fluid Dynamics, an International Journal. 2003. Vol. 3, No. 2-4. P. 78–88.3.
  4. Lefebvre A. H. Fuel effects on gas turbine combustion-ignition, stability, and combustion efficiency // Am. Soc. Mech. Eng., (Pap.); (United States). 1984. Vol. 84, No. CONF-840611.
  5. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения / Е. А. Гриценко, В. П. Данильченко, С. В. Лукачев и др. Самара : СНЦ РАН, 2004. 266 с.
  6. Бакланов А. В. Управление процессом сжигания топлива путем изменения конструкции горелки в камере сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного ин-та. 2018. Т. 25. № 2. С. 73–85.
  7. Бакланов А. В., Неумоин С. П., Маркушин А. Н. Оценка возможных режимов работы ГТУ НК-16СТ при использовании в качестве топлива попутного нефтяного газа // Газовая промышленность. 2017. № 5 (752). С. 80–86.
  8. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей / Е. А. Гриценко, В. П. Данильченко, С. В. Лукачев и др. Самара : СНЦ РАН, 2002. 527 с.
  9. Маркушин А. Н., Бакланов А. В. Исследование рабочего процесса камер сгорания в составе ГТД // Вестник Самарского ун-та. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2016. Т. 15, № 3. С. 81–89.
  10. Lefebvre A. H., Ballal D. R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuelsand Emissions, 3rded., CRCPress. 2010. 537 p.
  11. Бакланов А. В., Неумоин С. П. Возможность использования коксового газа в конвертированных газотурбинных установках электро- и компрессорных стаций // Газовая промышленность. 2019. № 3 (781). С. 84–91.
  12. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей / В. П. Данильченко, С. В. Лукачев, Ю. Л. Ковылов и др. Самара : СНЦ РАН, 2008. 620 с.
  13. Бакланов А. В. Влияние способа подачи газообразного топлива в камеру сгорания на образование оксидов углерода в продуктах сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного ин-та. 2019. Т. 26. № 1. С. 111–125.
  14. Moses C., Roets P. Properties, Characteristics and Combustion Performance of Sasol Fully Synthetic Jet Fuel // ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2009. Vol. 131, No. 4. Р. 041502–041502-17.
  15. Маркушин А. Н., Бакланов А. В. Испытательные стенды для исследования процессов и доводки низкоэмиссионных камер сгорания ГТД // Вестник Самарского гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. С. П. Королёва (национального исследовательского университета). 2013. № 3-1 (41). С. 131–138.
  16. Мингазов Б. Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. 266 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Бакланов А.В., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах