Створення методу проєктування багатокомпонентних дифузорів компресорів турбогенераторів з водневим охолодженням
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.337285Ключові слова:
турбогенератор, дифузор компресора, багатошарове ущільнення, газодинамічні розрахунки, циркулюючи струмиАнотація
Об’єктом дослідження є аеродинамічні характеристики дифузорів компресорів турбогенераторів з водневим охолодженням.
В дослідженні вирішувалась проблема підвищення ефективності нагнітального вузла системи охолодження, пов’язана з забезпеченням необхідних витрат газу при зменшенні кількості лопаток дифузора. Проблема вирішувалась введенням ущільнення з покращеною можливістю технологічного регулювання та покроковою оптимізацією проточної частини дифузора. Іншою проблемою є теплові навантаження на силові компоненти вузла дифузора внаслідок дії циркулюючих струмів та через температурні градієнти. Проблема вирішувалась впровадженням діелектричних і немагнітних елементів в конструкцію, додаткового оребрення та багатокомпонентності для силових контурів дифузора.
Основним результатом дослідження є створена конструкція багатокомпонентного дифузору з кількістю лопаток 20 при забезпеченні напору Hst = 978 мм в. ст. Прийнятий кут розкриття каналу становив 20º. Були визначені інші необхідні геометричні параметри. Впровадження багатошарового ущільнення дозволило зменшити проміжок між робочим колесом і дифузором до 0,9 мм. Запропонована конструкція пройшла випробування на стенді підприємства-виробника.
Результати пояснюються застосуванням немагнітних та діелектричних матеріалів (сталь AISI 321 та склотекстоліт), впровадженням додаткових елементів силової розв’язки, покроковою оптимізацією проточної частини.
Особливістю запропонованого методу є використання математичних моделей, заснованих на основних рівняннях газодинаміки, з урахуванням принципів композиції інженерних сплавів і синтетичних матеріалів та з покроковою оптимізацією конструкції.
Запропонована конструкція може бути впроваджена при проєктуванні та модернізації турбогенераторів з водневим охолодженням
Посилання
- Biswal, G. R., Dewal, M. L., Maheshwari, R. P. (2012). A comprehensive scheme for cooling of large generators using hydrogen cooling systems. 2012 IEEE 8th International Colloquium on Signal Processing and Its Applications, 105–109. https://doi.org/10.1109/cspa.2012.6194700
- Pulagam, M. K. R., Rout, S. K., Muduli, K. K., Syed, S. A., Barik, D., Hussein, A. K. (2024). Internal Finned Heat Exchangers: Thermal and Hydraulic Performance Review. International Journal of Heat and Technology, 42 (2), 583–592. https://doi.org/10.18280/ijht.420225
- Venkatesh, B., Kiran, A., Khan, M., Rahmani, M. K. I., Upadhyay, L., Babu, J. C., Narayana, T. L. (2024). Performance optimization for an optimal operating condition for a shell and heat exchanger using a multi-objective genetic algorithm approach. PLOS ONE, 19 (6), e0304097. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0304097
- Balitskii, A. I., Syrotyuk, A. M., Havrilyuk, M. R., Balitska, V. O., Kolesnikov, V. O., Ivaskevych, L. M. (2023). Hydrogen Cooling of Turbo Aggregates and the Problem of Rotor Shafts Materials Degradation Evaluation. Energies, 16 (23), 7851. https://doi.org/10.3390/en16237851
- Balitskii, A. I., Kvasnytska, Y. H., Ivaskevych, L. M., Kvasnytska, K. H., Balitskii, O. A., Shalevska, I. A. et al. (2023). Hydrogen and Corrosion Resistance of Nickel Superalloys for Gas Turbines, Engines Cooled Blades. Energies, 16 (3), 1154. https://doi.org/10.3390/en16031154
- Dong, J., Song, B., Yuan, X., Jin, W., Wang, J. (2024). Research on aerodynamic performance of centrifugal compressors for hydrogen-mixed natural gas. PLOS ONE, 19 (10), e0312829. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0312829
- Zhang, Y., Xu, S., Wan, Y. (2020). Performance improvement of centrifugal compressors for fuel cell vehicles using the aerodynamic optimization and data mining methods. International Journal of Hydrogen Energy, 45 (19), 11276–11286. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.02.026
- SanAndres, U., Almandoz, G., Poza, J., Ugalde, G. (2014). Design of Cooling Systems Using Computational Fluid Dynamics and Analytical Thermal Models. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 61 (8), 4383–4391. https://doi.org/10.1109/tie.2013.2286081
- Dang, D.-D., Pham, X.-T., Labbe, P., Torriano, F., Morissette, J.-F., Hudon, C. (2018). CFD analysis of turbulent convective heat transfer in a hydro-generator rotor-stator system. Applied Thermal Engineering, 130, 17–28. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.11.034
- Korovkin, N. V., Verkhovtsev, D., Gulay, S. (2021). Rotor Air-Cooling Efficiency of Powerful Turbogenerator. IEEE Transactions on Energy Conversion, 36 (3), 1983–1990. https://doi.org/10.1109/tec.2020.3045063
- Peng, Q., Bao, R., Li, J., Ren, J., Tang, J., Li, J. et al. (2024). Centrifugal compressor performance prediction and dynamic simulation of natural gas hydrogen blended. International Journal of Hydrogen Energy, 52, 872–893. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.10.023
- Taher, M., Evans, F. (2021). Centrifugal Compressor Polytropic Performance – Improved Rapid Calculation Results – Cubic Polynomial Methods. International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power, 6 (2), 15. https://doi.org/10.3390/ijtpp6020015
- Taher, M., Evans, B. (2020). Using a Cubic Polynomial Temperature-Entropy Constant Efficiency Path for Centrifugal Compressor Polytropic Performance Evaluation. http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.23470.54083/1
- Evans, B. F., Huble, S. (2017). Centrifugal Compressor Performance: Making Enlightened Analysis Decisions. In Proceedings of the 46th Turbomachinery Symposium. Available at: https://oaktrust.library.tamu.edu/server/api/core/bitstreams/24440913-33e7-4938-9fcf-c6aa37860751/content
- Zhou, G.-H., Han, L., Fan, Z.-N., Zhang, H.-B., Dong, X.-C., Wang, J. et al. (2018). Ventilation Cooling Design for a Novel 350-MW Air-Cooled Turbo Generator. IEEE Access, 6, 62184–62192. https://doi.org/10.1109/access.2018.2875757
- Tang, Q., Wu, H., Li, J., Lou, H., Yang, C. (2022). Performance Optimization of Centrifugal Compressors Based on Throughflow Model. Arabian Journal for Science and Engineering, 47 (12), 16439–16450. https://doi.org/10.1007/s13369-022-06736-2
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Oleksii Tretiak, Stanislav Kravchenko, Bogdan Shestak, Denys Shpitalnyi, Mariia Arefieva, Iryna Tretiak, Serhii Serhiienko, Anton Kovryga
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
