Технология Пермского Политеха увеличит экономическую эффективность газотурбинных установок

Статья опубликована в журнале «Математические методы в технологиях и технике». Работа выполнена по заказу «Газпром добыча Оренбург». Специалисты инженерно-технического центра компании содействовали проведению исследования.

Одним из важных факторов работы газотурбинной установки является коэффициент полезного действия. Это характеристика эффективности устройства в отношении преобразования или передачи энергии. Жаркие климатические условия приводят к падению этого показателя, для его повышения нужно охладить воздух, поступающий в установку. Решением проблемы является адиабатическое охлаждение, это процесс понижения температуры воздуха без изменения общего теплосодержания системы. Это означает, что тепло никуда не отводится (как, например, в кондиционере).

«Самым простым примером адиабатического охлаждения является фонтан. Вокруг фонтана всегда прохладно, так как воздух охлаждается за счет того, что отдает свое тепло каплям воды, а те, в свою очередь, частично испаряются. Водяной пар при этом смешивается с воздухом. Таким образом, сумма теплоты в воздухе не поменялась, но произошло ее перераспределение: от воздуха теплота перешла к пару. Пар при этом относительно холодный. На этом принципе основана работа оросительных камер, по сути своей напоминающие фонтаны, только лишь спрятанных в некий корпус», – объясняет аспирант кафедры «Общая физика» Пермского Политеха Алексей Костыря.

По мнению исследователей, осуществить адиабатическое охлаждение воздуха возможно методом непосредственного впрыска воды в воздушный поток. Однако при технической реализации такого охлаждения важно, чтобы капли жидкости не попали во входное устройство установки. Из-за этого может возникнуть опасность образования влажной пыли, которая быстро образует плотный слой и резко повышает гидравлическое сопротивление. Ученые предлагают решить данную проблему, организовав полное испарение капли во время ее нахождения в оросительной камере.

В ходе работы рассматривалось испарение капли, движущейся равномерно в потоке сухого воздуха. Воздух обтекает каплю с определенной постоянной скоростью. Так как он не насыщен влагой, то вода из капли непрерывно испаряется и отводится набегающим воздушным потоком. Ученые определили зависимость уменьшения радиуса капли от времени контакта с воздухом. И выяснили, что изменение размера капли при начальном радиусе один миллиметр составило 0,75 процента за 10 секунд.

Исследователи отмечают, что оросительная камера в газотурбинной установке ограничена в объеме, поэтому для внедрения технологии с полным испарением капли необходимо выбирать меньшие радиусы капель. В связи с этим необходимо применять мелкодисперсный (вплоть до туманообразования) распыл воды. Осуществление такого распыла возможно с помощью использования форсунок или ультразвука.

Ученые доказали, что применение технологии охлаждения воздуха для газотурбинной установки результативна и перспективна. Ее реализация сократит отрицательное воздействие повышенных температур наружного воздуха на экономическую эффективность энергетических установок, основанных на газотурбинных технологиях.

ПНИПУ

1039 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше