Пермские ученые предложили повысить КПД газотурбинных установок за счет оросительных камер
В Пермском Политехе (ПНИПУ, участники НОЦ «Рациональное недропользование») по заказу одного из предприятий «Газпром» изучили возможность повышения эффективности газотурбинных установок с помощью оросительных камер.
Газовые турбины активно используются для выработки электричества и тепла как для населения, так и в промышленности. Повышение наружной температуры снижет плотность воздуха, поступающего в турбину, и тем самым отрицательно воздействует на энергетическую и экономическую эффективность установок.
По заказу «Газпром добыча Оренбург» и с участием инженерно-технического центра компании исследователи Пермского Политеха провели исследование, которое доказало эффективность охлаждения воздуха для газотурбинной установки на основе полного испарения капель воды в оросительной камере.
Решение задачи основано на адиабатическом охлаждении — процессе понижения температуры воздуха без изменения общего теплосодержания системы.
– 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, – 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, так как это может привести к образованию влажной пыли, которая быстро образует плотный слой и резко повышает гидравлическое сопротивление. В связи с этим ученые предложили добиться полного испарения капли по мере ее равномерного движения в потоке сухого воздуха.
Ученые определили зависимость уменьшения радиуса капли от времени контакта с воздухом. И выяснили, что изменение размера капли при начальном радиусе 1 мм составило 0,75% за 10 секунд.
Исследователи отмечают, что в связи с ограниченным размером оросительной камеры, которая может быть встроена в газотурбинную установку для внедрения технологии необходимо обеспечить меньший радиус капель. В связи с этим рекомендуется применять мелкодисперсное (вплоть до туманообразования) распыление воды. Добиться этого можно с помощью форсунок или ультразвука.
По итогам исследования, результаты которого опубликованы в журнале «Математические методы в технологиях и технике», №5, 2023 год, ученые доказали, что применение технологии охлаждения воздуха для газотурбинной установки результативна и перспективна.
Энергетическое машиностроение, в том числе повышение эффективности газотурбинных установок — одно из приоритетных направлений НОЦ «Рациональное недропользование».
