Розробка енергозберігаючих технологій в газопаротурбінних установках для отримання електроенергії, теплоти і води у посушливих регіонах України

Інтенсифікація процесу диспергації рідини за рахунок використання перегрітої води дозволило розробити нову технологію дрібнодисперсного розпилення води без застосування високого початкового тиску, що значно спростило систему подачі води в потік циклового повітря з метою реалізації високоефективного процесу випарного охолодження циклового повітря ГТД. Застосування перегрітої води реалізує вибухове скипання водяного струменя на виході з форсунки, що дозволило досягти необхідну якість розпилення без використання високих тисків та форсунок складної конструкції. За результатами роботи розроблено, виготовлено та випробувано в лабораторних умовах форсунки для реалізації випарного охолодження із застосуванням перегрітої води. Експериментальне дослідження еволюції струменя перегрітої води із застосуванням поетапного розгляду процесу, починаючи з адіабатного скипання в соплі і закінчуючи утворенням крапель на його виході дозволило отримати оптимальні геометричні та режимні параметри для системи розпилення перегрітої води а також підтвердити високу ефективність охолодження повітря перегрітою водою на вході в газотурбінний двигун. Уточнення математичної моделі нестаціонарного процесу випаровування крапель із врахуванням процесу випаровування перегрітої води в рухомому потоці повітря дозволило оцінити проміжок часу температурної релаксації одиночної краплі перегрітої води, а також аналітично знайти діаметр краплі в кінці процесу охолодження в залежності від довжини ділянки випаровування та початкових параметрів води і повітря. На основі проведених досліджень розроблено принципову схему газопаротурбінної установки з охолодженням циклового повітря перегрітою водою та надано рекомендації для проектування вхідного повітряного колектора ГТУ з системою розпилення перегрітої води, що забезпечують надійний та ефективний режим роботи компресора.

Intensification of the process of dispersing the liquid through the use of hot water made it possible to develop a new technology for the fine spray of water without using high initial pressure, which greatly simplify the system of water supply to the flow of cyclic air in order to implement a highly efficient process of evaporative cooling cyclic air GTE. The use of superheated water implements explosive boiling of the water jet exiting the nozzle, allowing to achieve the necessary quality of atomization without the use of high pressure nozzles and complicated construction. The result of the designed, constructed and tested under laboratory conditions for injector implementation evaporative cooling with hot water. Experimental study of the evolution of the jet of superheated water using a stepwise consideration process from adiabatic boiling in the nozzle and finishing with the formation of drops at the outlet, it possible to obtain optimal geometrical and operational parameters of spraying hot water, and also to confirm the high efficiency of cooling the superheated water inlet a gas turbine engine. Refinement mathematical model unsteady process of evaporation of droplets in view of evaporation of superheated water in a moving stream of air allowed to evaluate the time interval of the temperature relaxation of a single hot water drop, as well as analytically find the diameter of the droplet at the end of the cooling process according to the length of the portion of evaporation and the initial parameters of the water and air. On the basis of researches the concept GTE cooling cyclic air using superheated water proposes and gives recommendations for the design of gas turbine inlet air manifold with superheated water spray system, which provide reliable and efficient operation of the compressor.

Интенсификация процесса диспергирования жидкости за счет использования перегретой воды дало возможность разработать новую технологию мелкодисперсного распыления воды без применения высокого начального давления, что значительно упростило систему подачи воды в поток циклового воздуха с целью реализации высокоэффективного процесса испарительного охлаждения циклового воздуха ГТД. Применение перегретой воды реализует взрывное вскипание водяной струи на выходе из форсунки, что позволило достичь необходимое качество распыления без использования высоких давлений и форсунок сложной конструкции. По результатам работы разработаны, изготовлены и испытаны в лабораторных условиях форсунки для реализации испарительного охлаждения с применением перегретой воды. Экспериментальное исследование эволюции струи перегретой воды с применением поэтапного рассмотрения процесса, начиная с адиабатного вскипания в сопле и заканчивая образованием капель на его выходе, позволило получить оптимальные геометрические и режимные параметры системы распыления перегретой воды, а также подтвердить высокую эффективность охлаждения воздуха перегретой водой на входе в газотурбинный двигатель. Уточнение математической модели нестационарного процесса испарения капель с учетом процесса испарения перегретой воды в движущемся потоке воздуха позволило оценить промежуток времени температурной релаксации одиночной капли перегретой воды, а также аналитически найти диаметр капли в конце процесса охлаждения в зависимости от длины участка испарения и начальных параметров воды и воздуха. На основе проведенных исследований разработана принципиальная схема газопаротурбинной установки с охлаждением циклового воздуха перегретой водой и даны рекомендации для проектирования входного воздушного коллектора ГТУ с системой распыления перегретой воды, которые обеспечивают надежный и эффективный режим работы компрессора.