Расчет компонентного состава выхлопных газов ГТД НК-38 СТ

CALCULATION OF THE COMPONENT COMPOSITION OF THE COMBUSTION PRODUCTS OF A GAS TURBINE ENGINE NK-38 ST

Ivan Kabatov

Master program student, Kazan state power engineering Univercity, Russia, Kazan

Artur Gaifullin

Master program student, Kazan state power engineering Univercity, Russia, Kazan

Alexander Titov

Candidate of science, professor, Kazan state power engineering Univercity, Russia, Kazan

Аннотация. Газотурбинный двигатель НК-38 СТ предназначен для привода компрессора в составе газоперекачивающих агрегатов серии «Волга». Он работает на природном газе и состоит из двух модулей: газогенератора и свободной турбины, с выходного вала которой снимается мощность на привод нагнетателя. На базе программы АС ГРЭТ была выполнена модель газотурбинного двигателя, а именно: сформирован облик двигателя, сформирована математическая модель и произведены расчеты для уточнения математической модели. В данных расчетах применялись данные приемо-сдаточных испытаний серийного двигателя.

Abstract. The NK-38 ST gas turbine engine is designed to drive a compressor as part of the Volga gas pumping units. It runs on natural gas and consists of two modules: a gas generator and a free turbine, from the output shaft of which power used to drive the compressor. Using the AS GRET program, a model of a gas turbine engine was implemented, namely: the appearance of the engine was formed, a mathematical model was formed, and calculations were made to refine the mathematical model. In these calculations, acceptance tests of a serial engine were used.

Ключевые слова: ГТД, математическая модель, характеристики двигателя, продукты сгорания.

Keywords: Gas turbine engine, mathematical model, engine characteristics, combustion products.

Газотурбинный двигатель НК-38 СТ разработан на базе авиационного двигателя НК-93 и предназначен для привода компрессора в составе газоперекачивающих агрегатов серии «Волга».

Он работает на природном газе и состоит из двух модулей: газогенератора и свободной турбины, с выходного вала которой снимается мощность на привод нагнетателя.

Привод нагнетателя осуществляется через мультипликатор, соединенный с выходным валом свободной турбины двигателя. Газотурбинный двигатель НК-38 СТ спроектирован для привода нагнетателя линейных и дожимных компрессорных станций, а также в последнее время ведутся работы по применению этого двигателя в составе газотурбинных электростанций. 

Для исследования работоспособности ГТУ, использовалась программа АС ГРЭТ – Автоматизированная Система Газодинамических Расчетов Энергетических Турбомашин.

На базе программы АС ГРЭТ была построена модель газотурбинного двигателя, а именно: сформирован облик двигателя и произведены расчеты для уточнения математической модели, в которых применялись данные результатов приемо-сдаточных испытаний серийного двигателя.

Проведены расчеты по формированию математической модели ГТД, после чего проведена идентификация, т.е. уточнение математической модели конкретного двигателя, произведенная по результатам испытаний данного двигателя работающего на топливном газе по ГОСТ 5542-2014 «Газы горючие  природные  промышленного и коммунально-бытового значения. Технические  условия», далее выполнены расчеты характеристик двигателя (дроссельная, климатическая) и компонентного состава продуктов сгорания.

Результаты расчетов приведены ниже.

Дроссельная характеристика – зависимости параметров двигателя от мощности на выходном валу свободной турбины.

Рисунок 1. Зависимость удельного расхода топлива от мощности

Рисунок 2. Зависимость суммарного часового расхода топлива от мощности

Рисунок 3. Зависимость эффективного КПД двигателя от мощности

Климатическая характеристика, представляющая собой зависимости параметров двигателя на номинальном режиме (16 МВт) при различной температуре окружающего воздуха.

Рисунок 4. Зависимость эффективного КПД двигателя от температуры окружающего воздуха

Рисунок 5. Зависимость удельного расхода топлива от температуры окружающего воздуха

Рисунок 6. Зависимость суммарного часового расхода топлива от температуры окружающего воздуха

Таблица 1.

Компоне нтный соста в продуктов сгора ния при ра боте  уста новки на  топливном га зе  по ГОСТ 5542-2014 на разных режимах мощности (16.5 МВт, 15.3 МВт, 14.5 МВт, 8.1 МВт) в проце нта х от обще го потока  выхлоных га зов