Підвищення ефективності системи охолодження турбогенератора шляхом використання в газоохолоджувачі оребрених трубок

image_print
DOI
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 28, № 3, 2025 (вересень)
Сторінки 34–41

 

Автор

Б. К. Шестак, Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут» (61070, Україна, м. Харків, вул. Вадима Манька, 17), e-mail: Bogdan.Shestak@gmail.com, ORCID: https://orcid.org/0000-0000-0000-0000

 

Анотація

Надійність турбогенератора великої потужності багато в чому залежить від його системи охолодження. Безаварійна й ефективна робота цієї системи, зокрема газоохолоджувача, є проблемою, яка не повністю вирішена на теперішній час. У статті запропоновано модернізовану конструкцію газоохолоджувача для турбогенератора потужністю 325 МВт, в якому використовуються біметалеві трубки з високим оребренням. Для обґрунтування ефективності такої конструкції та визначення запасу теплопередачі газоохолоджувача проведено розрахунок його теплового стану. Отримані результати показали, що перегрів води в газоохолоджувачі становить 5 °С. При цьому одна секція газоохолоджувача забезпечує відведення теплових втрат у 1266 кВт при витратах водню 6,66 м3/с і охолоджуючої води 200 м3/с, що задовольняє вимогам до цього газоохолоджувача.

 

Ключові слова: турбогенератор, газоохолоджувач, оребрені трубки, тепловий розрахунок, критеріальні рівняння.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Kerszenbaum I., Klempner G. Generator design and construction. In: Kerszenbaum, I. & Klempner, G. (eds). Handbook of Large Turbo-Generator Operation and Maintenance. 2018. Chapter 2. P. 53–168. https://doi.org/10.1002/9781119390718.ch2.
  2. Miction M., Calverley S. D., Clark R. E., Howe D., Chambers J. D. A., Sykes P. A., Dickinson P. G., Mc Clelland M., Johnstone G., Quinn R., Morris G. Modelling and testing of a turbo-generator system for exhaust gas energy recovery. Proceedings of 2007 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (Arlington, TX, USA). 2007. P. 544–550. https://doi.org/10.1109/VPPC.2007.4544184.
  3. Miction M., Calverley S. D., Clark R. E., Howe D., McClelland M., Sykes P. Switched reluctance turbo-generator for exhaust gas energy recovery. Proceedings of 12th International Power Electronics and Motion Control Conference (Portoroz, Slovenia). 2006. P. 1801–1807. https://doi.org/10.1109/EPEPEMC.2006.4778667.
  4. ДСТУ EN 60034-6:2019 Машини електричні обертові. Частина 6. Методи охолодження (ІС-код) (EN 60034-6:1993, IDT; IEC 60034-6:1991, IDT) / ДП «Український науково-дослідний та навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості» (ДП «УкрНДНЦ»). Київ, 2019. https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=89126
  5. Яйченя В. В. Автоматизація системи охолодження турбогенератора ТВФ-125-2У3: магістерська дис.: 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології / КПІ ім. Ігоря Сікорського, Київ, 2018. 89 с. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/28999.
  6. ДСТУ IEC 60034-1:2016 Машини електричні обертові. Частина 1. Номінальні та робочі характеристики EN 60034-1:2010; EN 60034-1:2010/AC:2010, IDT) / ДП «Український науково-дослідний та навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості» (ДП «УкрНДНЦ»). Київ, 2018. https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=68104.
  7. Минко А. Н. Оптимальная геометрия и массогабаритные параметры конструкции корпуса статора турбогенераторов с воздушной системой охлаждения. Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2012. № 01 (95). С. 33–39. https://repository.kpi.kharkov.ua/server/api/core/bitstreams/10bab92d-75b0-44eb-9068-60e0b9427b73/content.
  8. Alexopoulos C., Aljolani O., Heberle F., Roumpedakis T. C., Brüggemann D., Karellas S. Design evaluation for a finned-tube CO2 gas cooler in residential applications. Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 10. Article 2428. https://doi.org/10.3390/en13102428.
  9. Chai L., Tsamos K. M., Tassou S. A. Modelling and evaluation of the thermohydraulic performance of finned-tube supercritical carbon dioxide gas coolers. Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 5. Article 1031. https://doi.org/10.3390/en13051031.
  10. Zhang X., Ge Y., Sun J. CFD performance analysis of finned-tube CO2 gas coolers with various inlet air flow patterns. Energy and Built Environment. 2020. Vol. 1. Iss. 3. P. 233–241. https://doi.org/10.1016/j.enbenv.2020.02.004.
  11. Wang S., He Y., Tuo H., Cao F., Xing Z. Effect of heat transfer area and refrigerant mass flux in a gas cooler on heating performance of air-source transcritical CO2 heat pump water heater system. Energy and Buildings. 2013. Vol. 67. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.07.078.
  12. Taher M., Evans B. F. (2020). Using a cubic polynomial temperature-entropy constant efficiency path for centrifugal compressor polytropic performance evaluation. Назва журналу. 2020. Номер. Сторінки. http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.23470.54083/1.
  13. Evans B. F., Huble S. Centrifugal compressor performance: Making enlightened analysis decisions. Proceedings of the 46th Turbomachinery Symposium (Houston, TX, USA, 11–14 December 2017). 2017. 55 p. https://core.ac.uk/reader/187128036.
  14. Khoshvaght-Aliabadi M., Ghodrati P., Rashidi M. M., Kang Y. T. Structural analysis and optimization of flattened tube gas cooler for transcritical CO2 heat pump systems. Energy. 2024. Vol. 307. Article 132588. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.132588.
  15. Кузьмин В. В., Шевченко В. В., Минко А. Н. Оптимизация массы и размеров элементов неактивной зоны турбогенераторов с воздушной системой охлаждения. Вестник КрНУ имени Михаила Остроградского. 2011. Вип. 6/2011 (71). Ч. 1. С. 100–104.
  16. Hattori K., Ide K., Goto F., Semba A., Watanabe T. Sophisticated design of turbine generator with inner cooler ventilation system. Hitachi Review. 2002. Vol. 51. No. 5. P. 148–152.
  17. Ge Y. T., Cropper R. T. Simulation and performance evaluation of finned-tube CO2 gas coolers for refrigeration systems. Applied Thermal Engineering. 2009. Vol. 29. Iss. 5–6. P. 957–965. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.05.013.
  18. Zhang X., Ge Y. T. The effect of heat conduction through fins on the performance of finned-tube CO2 supercritical gas coolers. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021. Vol. 181. Article 121908. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121908.
  19. Jadhav N. P., Deshmukh S., Lele M. M.. Numerical simulation of fin and tube gas cooler for transcritical CO2 air conditioning system. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). 2012. Vol. 1. Iss. 10. 8 p.
  20. Maiorino A., Aprea C., Del Duca M. G. A flexible top-down numerical modeling of an air-cooled finned-tube CO2 trans-critical gas cooler. Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 22. Article 7607. https://doi.org/10.3390/en14227607.
  21. Chen Y., Lundqvist P. Analysis of supercritical carbon dioxide heat exchangers in cooling process. Proceedings of International Refrigeration and Air Conditioning Conference. 2006. Paper 765.
  22. Anderson D., Tannehill J. C., Pletcher R. H., Munipalli R., Shankar V. Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. 4th Edition. CRC Press, 2020. 974 p. https://doi.org/10.1201/9781351124027.

 

Надійшла до редакції 25.06.2025

Прийнята 20.08.2025