Пошук та аналіз способів підвищення потужності і ефективності турбодетандерів, які працюють на суміші природного газу

Abstract

В роботі наведені результати аналізу впливу основних геометричних параметрів проточних частин осьових турбодетандерів на їх ефективність. Для проведення розрахункових досліджень використано удосконалену математичну модель одновимірної течії в проточній частині та алгоритму, що її реалізує в програмному комплексі TurboOptProject (TOP). Розроблені алгоритми, що описують рівняння стану 9-компонентної суміші природного газу в діапазоні зміни параметрів, які відповідають умовам роботи вихідного і оптимального варіантів турбодетандера. Також враховано взаємодію і вплив на ефективність проточної частини протікань в кінцеві ущільнення системи регулювання осьового зусилля на ротор. Для отримання оптимального варіанту турбодетандера виконано удосконалення оптимізаційного алгоритму багаторівневої оптимізації складних технічних об’єктів. Проведені розрахункові дослідження та аналіз їх результатів показали можливість підвищення потужності оптимального варіанту проточної частини турбодетандера на 125,81 кВт (з 1608,86 кВт до 1734,67 кВт), а внутрішнього відносного ККД на 6,17 % (з 77,34 % до 83,51 %) в порівнянні з вихідним варіантом проточної частини. This scientific paper presents the data of the analysis of the effect of the main geometric parameters of the flow parts of axial turboexpanders on their efficiency. An improved mathematical model of one-dimensional flow in the flow part and an algorithm that implements it in the TurboOptProject (TOP) software package were used to conduct computational studies. The algorithms that describe the equation of state of a 9-component mixture of natural gas in the range of changes in the parameters that correspond to the operating conditions of the initial and optimal options of the turboexpander have been developed. The interaction and the effect of the leaks into the end seals of the control system of the axial force on rotor on the efficiency of the flow part have also been taken into account. To obtain the optimal variant of the turboexpander, the optimization algorithm for multi-level optimization of composite technical objects has been improved. The computational studies and the analysis of the obtained data have shown the possibility of increasing the power of the optimal option of the flow part of the turboexpander by 125.81 kW (from 1608.86 kW to 1734.67 kW), and the relative internal efficiency factor by 6.17 % (from 77.34 % to 83.51 %) as compared to the initial option of the flow part.