Экспериментальное исследование тонкодисперсного распыла перегретой воды тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рук

МАРИНИЧЕВ Дмитрий Викторович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКОДИСПЕРСНОГО РАСПЫЛА ПЕРЕГРЕТОЙ ВОДЫ

01.04.14-Теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 СЕН 2013

005533621

Москва - 2013

005533621

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Объединенном институте высоких температур Российской академии наук.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Зейгарник Юрий Альбертович

доктор технических наук,

профессор

Ягов В.В.;

доктор технических наук,

профессор

Поляков А.Ф.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский

государственный политехнический университет, г. Санкт-Петербург.

Защита состоится _2013 г. в // ч. О О мин. на заседании

диссертационного совета Д 002.110.02 Федерального государственного бюджетного учреждения Российской академии наук Объединенного института высоких температур РАН по адресу: 125412, Москва, ул. Ижорская, 13, строение 2, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН. Автореферат разослан "{2" 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. ф.-м.н.

А.Л. Хомкин

© Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, 2013

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время наращивание мощностей стационарной энергетики осуществляется преимущественно путем ввода парогазовых установок (ПГУ), у которых КПД лучших образцов приближается к 60 %. В свою очередь, технико-экономические показатели ПГУ в значительной мере определяются совершенством газотурбинной части комбинированного цикла, т.е. технико-экономическими характеристиками газотурбинной установки (ГТУ). Одним из путей повышения характеристик ГТУ является переход к сложному циклу, в том числе использование промежуточного охлаждения (в общем случае, приближение к изотермическому сжатию). В этом случае снижается техническая работа сжатия в компрессоре ГТУ, на которую затрачивается от 40 до 60 % работы расширения газов в турбине, т.е. без потери мощности снижается температура газов на входе в турбину, что благоприятно сказывается на ресурсе ГТУ или появляется возможность повысить мощность ГТУ без снижения ресурса ее работы.

Промежуточное охлаждение воздуха в компрессоре обычно осуществляется в поверхностном охладителе, устанавливаемом в рассечку между ступенями компрессора. Другим вариантом промежуточного охлаждения сжимаемого рабочего тела (воздуха) является впрыск воды в виде капель на вход в тракт компрессора и/или его промежуточные ступени, когда испаряющиеся капли воды забирают тепло от воздушного потока, охлаждая его. Чтобы обеспечить полное испарение капель за время их пребывания в тракте компрессора (оно исчисляется миллисекундами), необходимо интенсифицировать их испарение. Эффективность процесса испарения зависит от удельной поверхности капель, т.е. поверхности, приходящейся на единицу объема (массы) вводимой жидкости, которая обратно пропорциональна диаметру капель. Чем меньше капли, т.е. чем тоньше распыл влаги форсунками, тем интенсивней теплообмен капель с охлаждаемым горячим воздухом и их испарение.

Существует и второе важное обстоятельство, влияющее на интенсивность испарения. Крупные капли (диаметром 15 мкм и выше) достаточно инерционны, они осаждаются на рабочих лопатках компрессора и отбрасываются на его корпус. Поверхность образующихся пленок значительно меньше поверхности капель, ниже и коэффициенты теплоотдачи, что уменьшает количество тепла, отводимого от охлаждаемого воздуха. В результате, вводимая (впрыскиваемая) в тракт компрессора охлаждающая вода испаряется лишь частично и значительная часть введенной воды (до 20 %) следует транзитом в камеру сгорания ГТУ. На ее испарение затрачивается тепло топлива, ухудшая показатели ГТУ.

Тем самым, обеспечение тонкого распыла капель (до диаметра 2-3 мкм) является важной инженерной задачей.

Столь тонкий распыл не достижим в традиционно применяемых центробежных и пневматических форсунках любой конфигурации, в которых капли дробятся до диаметра 15 мкм и больше. Поэтому требуются принципиально новые технологические приемы. Одним из таких методов является использование сильно перегретой относительно температуры насыщения жидкости, предложенный в ряде работ, в частности фирмой Кета. В процессе истечения такой жидкости через сопло распыляющего устройства происходит ее взрывное вскипание, в результате которого жидкость дробится на тонкие фрагменты. Изучение закономерностей этого процесса составляет предмет выполненных исследований.

Цель работы: получение экспериментальной информации по характеристикам дисперсной фазы факелов распыла перегретой воды в условиях взрывного вскипания и выдача рекомендаций по реализации технологии впрыска перегретой воды в тракты компрессоров ГТУ. Основное внимание в диссертации уделено экспериментальному изучению влияния технологии распыла, типов форсунок и режимных параметров на получаемые размеры капель воды и их смешение с потоком сносящего воздуха.

Научная новизна работы заключается в том, что получен оригинальный опытный материал, позволяющий прояснить основные режимные параметры взрывного вскипания и дисперсионные характеристики факела распыла перегретой воды. Показано наличие бимодальной структуры размеров капель при распылах перегретой воды, что, по всей видимости, вызвано взаимодействием двух механизмов дробления жидкости, одним из которых является взрывное вскипание. Показано незначительное влияние добавок в виде растворенного газа на фрагментирование факелов распыла при существенных перегревах жидкости. Отмечен эффект «шнурования» тонкодисперсных факелов распыла, что затрудняет их перемешивание со сносящим потоком воздуха.

Достоверность работы подтверждена использованием в экспериментах системы измерения размеров частиц собственной разработки, тщательными измерениями индикатрис рассеяния света в широком диапазоне углов, выполненными в комплексе с кино-фотосъемками процессов, использованием термозондовых измерений факелов распыла, сопоставлением полученных данных с имеющимися экспериментальными данными других авторов.

Практическая ценность работы. Полученные результаты обеспечивают надежное проектирование эффективных систем впрыска воды в компрессоры ГТУ.

Положения выносимые на защиту.

1. Результаты методических разработок:

методику получения тонкодисперсного распыла вводы вплоть до субмикронных размеров; методику измерения размеров капель в факелах распыла

воды и ее аппаратное и приборное обеспечение; методику определения границ факелов распыла.

2. Результаты экспериментальных исследований впрысков перегретой воды в воздушный поток, в частности, дисперсионные характеристики факелов распыла, данные по эволюции факелов распыла и режимные параметры, обеспечивающие тонкодисперсный распыл воды путем взрывного вскипания.

3. Рекомендации по реализации технологии тонкодисперсного распыла воды в компрессорах ГТУ.

Апробация работы и публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах, в том числе в четырех статьях в рецензируемых журналах, включенных в список ВАК. Вопросы, изложенные в диссертации, были доложены на международной конференции по тепломассобмену (14th International Heat Transfer Conference, 2010, Washington), 5-й Российской национальной конференции по тепломассообмену (2010, Москва) и обсуждены на 3-м теплофизическом семинаре "Турбулентные газокапельные струи" (2011 г., Санкт-Петербург). Работа являлась составной частью Контракта с Федеральным агентством по науке и инновациям (Контракт №2008-6-1.6-19-01-006) и поддерживалась РФФИ (фант 09-08-00258а).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав основного текста и заключения. Работа изложена на 116 листах машинописного текста, содержит 2 таблицы и 52 рисунка. Список литературы содержит 68 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В разделе 1.1 приведен обзор современных высокоэффективных циклов ГТУ.

Выполненный анализ позволил сделать следующие заключения:

• Впрыск воды в тракт компрессора является эффективным средством повышения абсолютной и удельной мощностей ГТУ, а во многих случаях и его КПД.

• Время пребывания впрыскиваемой воды в компрессоре весьма мало, что требует максимально высоких темпов испарения капель. Для эффективного испарения капель их размер должен быть достаточно мал, так как скорость испарения единичной концентрации (массы) капель при одинаковом температурном напоре обратно пропорциональна квадрату их размера.

• Имеется ряд отечественных экспериментальных и расчетных исследований эффективности ввода воды в компрессор ГТУ (СПбГТУ, ММПП "Салют" и др.). Все они выполнены на холодной воде. Исследования с впрыском перегретой воды не проводились.

В главе 1 описаны методы тонкого распыла и механизмы дробления жидкости. Там же представлен анализ немногочисленных работ по теоретическому и

экспериментальному исследованию дисперсионных характеристик факелов распыла перегретой воды. Внешний вид и эволюция факелов изучалась в Институте теплофизики УРО РАН; некоторый анализ гидродинамики вскипающих потоков в каналах распыливающих устройств содержится в работах Е. Sher с сотрудниками (Университет Бен-Гуриона, Израиль); фотографии распыла приведены в работах фирмы Кета. В этих работах данные по дисперсионным характеристикам факелов распыла сильно перегретой воды отсутствуют.

В разделе 1.2 рассмотрены современные методы определения дисперсионных характеристик факелов распыла. Сегодня наиболее эффективным инструментом измерения размеров капель являются методы, основанные на измерении рассеяния лазерного излучения. Достоинством этих методов являются гибкие возможности по их комплексной автоматизации, включая обработку результатов измерений. Недостатком является то, что в отличие от фотоизмерений получаемые результаты - непрямые, и требуется их дополнительная обработка в соответствии с принятой теорией рассеяния (решение обратной задачи).

Метод рассеяния лазерного излучения основан на измерении распределения интенсивности рассеянного монохроматического (лазерного) света под разными углами, которая в случае частиц шаровой формы зависит от их размера и природы, а в случае полидисперсной смеси и от распределения частиц по размерам

/ F(k,m,&) /о = '

где I и 10 - интенсивность рассеянного и падающего света; г - расстояние между частицей и точкой наблюдения, к = 2ndlЛ - параметр, характеризующий отношение диаметра частицы d к длине волны лазера Á, т - относительный показатель преломления частицы, и в-угол рассеяния.

При известной функции рассеяния на частице F{k, т, в), измерив отношение I / lo, решая обратную задачу, можно найти ее размер. В случае рассеяния света на множестве монодисперсных частиц функция рассеяния F(N, к, т, б) = N-F(k, т, в) прямо пропорциональна числу (концентрации) частиц Л/, а в случае полидисперсной среды - зависит от функции распределения частиц по размерам F(/V„ k¡, т, в) = Y.Ni-F(kj, т, 9). Заметим, что с увеличением диапазона углов измерений интенсивности рассеянного лазерного излучения обратная задача по нахождению размеров частиц становится лучше определена.

Для выполнения вышеприведенного закона рассеяния объемная концентрация частиц не должна быть значительной, иначе будет иметь место многократное рассеяние света, искажающее результаты измерений. Исследование многократного рассеяния в факелах распыла проведено С. Dumouchel. В частности,

им показано, что для характерных факелов распыла при определенном светопропускании /(0°)//„ > 0,3 вкладом вторичного рассеяния можно пренебречь. Это условие соблюдалось в наших экспериментах.

Решение задачи об определении Р (к, т, 9) для любых размеров частицы в форме шара было найдено Г. Ми. Решение основано на знании об электромагнитной природе света и решении системы уравнений максвелла для распространения монохроматического света в среде при наличии в ней частицы. Данное решение используется в нашей работе.

В результате проведенного анализа были сформулированы представленные выше цели работы.

В разделе 2 приведено описание методики исследования и экспериментальной установки.

Схема рабочего участка для исследования спектра размеров капель перегретой воды показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема рабочего участка и системы регистрации излучения: 1 - рабочий участок — труба 130*1 мм, длина 1500 мм; 2 - входное устройство — труба 130*1 мм, длина 400 мм; 3 - хонейкомб 15*15мм, длина 200 мм; 4 - патрубки подвода воздуха 100*1 мм; 5 - форсунка; б - видеокамера; 7 - поворотный стол; 8 - источник монохроматического излучения; 9 - ограничительная диафрагма; 10- ослабляющий нейтральный светофильтр; 11 - регистрирующее устройство интенсивности рассеянного излучения с фотодиодным модулем; 12 - апертурная диафрагма; 13 - объектив; 14 - ловушка прямого излучения с фотодиодом для регистрации ослабления зондирующего излучения ; 15-датчики влажности и температуры

Рабочий участок 1 представляет собой тонкостенный металлический трубопровод. Форсунка 5 могла быть ориентирована как вдоль оси рабочего участка, так и под любым заданным углом к направлению движения воздуха. Расстояние от среза сопла форсунки до точки оптических измерений также могло изменяться от опыта к опыту в соответствии с задачами эксперимента. Для визуального наблюдения факела распыла и его видео- и фотосъемки входная часть рабочего участка оснащена стеклянными окнами. Съемка производились видеокамерой 6 с использованием подсветки от осветителя. Угловая зависимость интенсивности рассеянного света лазера измерялась с постоянной угловой скоростью 4,5 град/с в диапазоне углов от - 45 до +45°.

В экспериментах в качестве источника монохроматического излучения 8 использовались газовый гелий-неоновый лазер ЛГН-207А с длиной волны излучения 632,8 нм или твердотельные лазерные модули KLM с длиной волны излучения 532, 650 и 808 нм.

В качестве датчика интенсивности излучения, рассеянного на каплях света, использовался фотодиод 11 с размером чувствительного элемента 2,5x2,5 мм и интегрирующим 12 разрядным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), который располагался в фокальной плоскости фокусирующего фотообъектива 13 типа ГРАНИТ-11 4,5/80-200 с переменным фокусным расстоянием.

Для снижения паразитной засветки датчиков прямым излучением лазера при регистрации рассеянного излучения на поворотном столе устанавливалась ловушка 14, представляющая собой модель абсолютно черного тела (исключалось излучение в диапазоне углов ±1,8°). Одновременно исключалось влияние рассеяния «вперед» от частиц наиболее крупного размера. Для измерения сред с различной оптической плотностью, при постоянной мощности лазерного излучения, использовался набор нейтральных светофильтров 10.

Регистрация углового распределения интенсивности рассеянного излучения осуществлялась следующим способом. Оптическая система 8 - 10, формирующая зондирующий лазерный световой пучок, вращалась в горизонтальной плоскости на определенный угол относительно точки пересечения измеряемого сечения и оси факела распыла. Рассеянное лазерное излучение ограничивалось диафрагмой 12 с диаметром отверстия 2 мм. При частоте регистрации 100 Гц в течение 20 с определялись 2000 локальных значений интенсивности, которые давали угловую зависимость рассеянного излучения.

При обработке результатов измерений экспериментальная угловая индикатриса рассеяния принималась как средняя двух индикатрис, определенных в положительном и отрицательном направлениях вращения оптической системы. К найденной экспериментальной индикатрисе рассеяния вводилась поправка на

размер исследуемого рассеивающего объема, пропорциональная синуса угла поворота.

Для нахождения расчетной индикатрисы рассеяния отдельных капель использовался разработанный д.т.н. Л. А. Домбровским на основе теории Ми численный код, написанный на языке Фортран. Используя индикатрисы рассеяния индивидуальных капель, задавая функцию распределения капель по размерам, с помощью специальной расчетной программы находилась теоретическая суммарная индикатриса рассеяния полидисперсной среды выбранного состава. Обратная задача нахождения размеров частиц решалась с помощью сравнения экспериментальной индикатрисы рассеяния с расчетной.

Функция распределения капель по размерам в расчетной программе задавалась итеративным подбором весовых коэффициентов (массового содержания капель) по спектру из 32-х диаметров. Как показала практика обработки результатов измерений, это число близко к оптимальному: оно обеспечивает приемлемую точность при умеренных трудозатратах.

Перед серией основных экспериментов была проведена верификация используемой системы измерений на образцовых частицах полистирола производства Duke Scientific Corp размерами dnon = 2, 5 и 10 мкм. Результаты верификации методики измерений показали точность лучше 0,1 мкм.

В разделе 3 представлены результаты экспериментальных исследований факелов распыла.

Измерения характеристик рассеяния лазерного излучения образующимися факелами распыла воды несут в себе основную информацию о дисперсионных параметрах исследуемой среды. С уменьшением размеров частиц рассеяние света усиливается, а интенсивность рассеянного излучения на больших углах возрастает. Напротив, для частиц размеров d = 10 мкм основная часть рассеянного лазерного излучения сосредоточена на угле <5°.

На рис. 2 представлены индикатрисы рассеяния, измеренные в сечение факела распыла воды центробежной форсунки на расстоянии 60 мм от среза сопла форсунки (расстояние от оси факела распыла г = 0) при различной температуре распыливаемой воды. Ход кривых рассеяния на рис. 2 показывает, что при температуре воды выше 170 °С в исследованном потоке содержатся как капли субмикронных размеров (наличие рассеянного излучения на больших углах), так и сравнительно крупные капли размером в единицы микрометра (существенное падение измеренной интенсивности света на малых углах).

а

I

га

§ 100 I

I "

|

0

«

1

5 10 15 20 25 30 35 40 Угол, град

Рис. 2. Экспериментальные индикатрисы рассеяния для различных температур впрыскиваемой воды (центробежная форсунка, <1= 0,6 мм, в = 8 г/с, р = 8 МПа, ?воза = 25 °С); температура распыливаемой воды, °С: 25 (1), 170 (2), 200 (3), 240 (4)

На рис. 3 показаны гистограммы (доли) капель разного размера, найденные по описанной выше методике. Там же приведены кривые суммарной массовой доли капель (сплошная линия), считая (условно) от капель нулевого радиуса. При этом для перегретой воды наблюдается явно выраженная бимодальная (двугорбая) структура распределения частиц по размерам. Впервые это было обнаружено в наших экспериментах.

Из рис. 3 видно, что при температуре воды 25 °С практически все капли имеют радиус более 2 мкм. Средний радиус капель лежит в диапазоне 7 + 10 мкм, что типично для распылов холодной воды центробежными механическими форсунками и хорошо совпадает с литературными источниками. При Тв = 240 "С 65 % капель (по массе) имеют радиус менее 1 мкм. Данный эффект достигается на обоих исследованных типах форсунок: центробежной (рис. 3, б) и струйной (рис. 4, а).

Дисперсионные характеристики факела распыла, измеренные для трех положений зондирующего лазера относительно оси факела, показаны на рис. 4. Из рисунка видно, что по краям факела распыла наблюдается уменьшение до 10% доли субмикронных капель относительно их общей массы. Такое изменение дисперсионных характеристик, по-видимому, связано с более интенсивными процессами испарения на краях факела, где воздушно-паро-капельная смесь содержит большую долю сухого воздуха.

Таким образом, выполненные эксперименты показали, что распыл перегретой воды обеспечивает поставленную цель исследований - достижение тонкой фрагментации жидкости, т.е. получение капель диаметром менее 2 — 3 мкм. При этом необходимо отметить, что все же определенная доля (до 35 %) капель более крупного размера диаметром 7-10 мкм остается в потоке, но их размер все же в 1,5 +• 2 раза (а объем в 4 + 8 раз) меньше, чем при распыле холодной воды.

0,1 « 10

Радиус капель, мкм

Радиус капель, мкм

Рис. 3 (слева). Распределение капель по размерам (центробежная форсунка с/ = 0,6 мм, расстояние от среза сопла форсунки х = 60 мм, (в03д = 25 °С): а - ?„вы = 25 "С и Ь- ?вО0ы = 240 °С

Рис. 4 (справа). Распределение капель по размерам (струйная форсунка с/ = 0,3 мм, расположение перпендикулярно потоку, (/воздуха = 40 м/с, расстояние от среза сопла форсунки х = = 60 мм, (,щы = 240 °С, /в03д = 25 °С):

а - ось факела распыла; Ь - верхняя граница факела; с — нижняя граница факела

Видеосъемки процесса распыла позволили определить изменение формы факела капель в потоке воздуха при вариации давления и температуры воды перед форсункой (рис. 5).

С повышением температуры воды факел вытягивается, переходит от конической формы с углом раскрытия ~ 70°, характерной для распыла холодной воды (рис. 5, а) к параболической (рис. 5, в). Он как бы следует за воздушным потоком, одновременно становясь существенно менее прозрачным, что свидетельствует об уменьшении размеров капель и росте доли мелких капель по мере повышения температуры воды перед форсункой.

Рис. 5. Результаты фотосъемки факелов распыла. Центробежная форсунка б = 0,6 мм, р6 = 8 МПа, = 25 °С; форсунка расположена соосно потоку (а - в) и под углом к потоку воздуха (г)

По-видимому, в данном случае более правильно говорить об изменении формы факела распыла мелких капель, так как остающиеся более крупные капли сравнительно слабо отклоняются воздушным потоком. На рис. 6, б, полученном при промежуточной температуре 170 °С, можно наблюдать как «сжатый» воздушным потоком факел мелких капель, так и «следы» конуса крупных капель.

Сильное влияние потока воздуха на траекторию капель малого размера хорошо прослеживается при расположении форсунки под углом к воздушному потоку Факела распыла разворачивается в направлении потока воздуха.

Поскольку видимый непрозрачный факел формируется непосредственно по выходе из форсунки, можно полагать, что тонкое диспергирование капель определяется в основном взрывным вскипанием выходящего из форсунки потока перегретой воды, а не его взаимодействием с потоком воздуха.

Эксперименты показали высокую степень «шнурования» факела распыла перегретой воды (рис. 5, в), когда он приобретает вытянутую форму с небольшим (20-25°) углом раскрытия по длине. Для сравнения, распыл неперегретой воды (рис. 5, а) дает конус с углом при вершине приблизительно 60-70°, не сжимающийся под действием сносящего потока воздуха.

С помощью термопарных зондов были проведены исследования температуры в невозмущенном воздушном потоке за пределами факела распыла и на оси факела. Данные измерения предоставили дополнительные сведения о границах и эволюции факела распыла. Показания термопар в воздушно-паро-капельном потоке соответствовали температурам насыщения жидкости при локальных парциальных давлениях водяных паров. Поэтому результаты термопарного зондирования могут приниматься как достоверные показания температуры потока только в области за пределами факела распыла или вблизи форсунки на оси факела распыла, куда несущий воздушный поток подмешен в малых количествах. В первом случае отсутствуют капли на корольке термопары, что приводит к измерениям истинной температуры однофазного воздушного потока, а во втором случае влагосодержание близко к 100 %, что также приводит к измерению истинной температуры, но уже водяного пара.

Результаты термопарного зондирования факелов распыла для двух температур воздуха представлены на рисунке 6. На приведенном рисунке виден характерный максимум показаний термопар по центру факела распыла, в «струе» диаметром 7-10 мм. Эти центральные части факелов (~10 % площади поперечного сечения факела) пронизываются высокоскоростным потоком пара, образующегося в результате срабатывания тепла начального перегрева воды и резкого парообразования на выходе из сопла форсунки, что соответсвует парциальному давлению паров в центральной зоне факела, близкому к 0,1 МПа. Соответствующая температура в центральной зоне определяется этим парциальным давлением и приближается к 100 "С.

0 20 40 60 80 о 20 40 60 80

Расстояние от стенки рабочего участка, мы Расстояние от стенки рабочего участка, мм

а) 6)

Рис. 6. Результаты термопарного зондирования потока на различных расстояниях І. от среза

сопла форсунки

(иво,д = 40 м/с, центробежная форсунка с/= 0,6 мм, Є.0аь, = 7 г/с, Ар = 8,0 МПа, іеодь, = 240 °С)

Дополнительно были проведены опыты по интенсификации распыла перегретой воды, которые показали, что растворение в воде углекислого газа существенно снижает долю крупных капель в дисперсионном распределении, особенно в диапазоне температур воды перед форсунками от 25 до 170'С (рис. 7).

Добавки как в перегретую, так и холодную воду, поверхностно-активных веществ (ПАВ) существенно не изменили дисперсионные характеристики факелов распыла, добавки углеродных наночастиц с1 - 30 нм увеличивают долю малых капель сУ < 2 мкм до 90 %.

Рис. 7. Гистограмма объемного (массового) содержания капель диаметром менее

2 (нижняя часть столбцов) и 4 мкм в факеле распыла центробежной форсунки (с? = 0,65 мм, веобы- 8,5 г/с, Рвоаы- 5,5 МПа, иозд = 25 °С) для деаэрированной воды и воды,

насыщенной С02

В разделе 4 представлены технологические схемы впрыска перегретой воды в ГТУ и ПГУ, разработанные на основе проведенных экспериментов.

В варианте ПГУ впрыскиваемая горячая вода с температурой 200-220 °С отбирается из входного коллектора экономайзера котла-утилизатора ПГУ. В варианте ГТУ подогрев впрыскиваемой воды до нужной температуры осуществляется в специальном трубчатом подогревателе, обогреваемом отработанными продуктами сгорания газовой турбины. Подогреватель устанавливается в выходном канале газовой турбины.

В обоих вариантах должна быть предусмотрена установка фильтров тонкой очистки. Газотурбинная установка должна быть снабжена устройствами для периодической промывки тракта компрессора на ходу и развитой системой дренажей

белам СО1 &зган СОг «ыгад СО1 белам СОз бадпш СО, Деаэрированная вода и насыщенная двуокисью углерода

для надежной продувки системы при пусках. Технология такой отмывки отработана для газотурбинных двигателей морского назначения.

Была проведена серия экспериментов по определению тепловых и динамических характеристик при впрыске перегретой воды на газовой турбине ТВЗ-117 мощностью 1,2 МВт Демоцентра ОИВТ РАН. Прирост мощности установки при впрыске 240 градусной воды в количестве - 1,5 % от расхода воздуха через компрессор и поддержании постоянной температуре газов за камерой сгорания оказывается значительным - 9 - 12 %. При этом, согласно данным измерений, количество неиспарившейся влаги не превышает 8 % от введенного количества воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Ввод воды и пара в тракт ГТУ позволяет совершенствовать схемы установок, улучшать их технико-экономические характеристики и эксплуатационные показатели. В частности, впрыск воды в тракт компрессора ГТУ является эффективным средством повышения мощности, динамических характеристик и КПД установок. Для более успешной реализации данной технологии необходимо достижение тонкого распыла вводимой жидкости.

2. Показано, что тонкий распыл воды с преобладанием капель диаметром менее 3 мкм может быть достигнут в результате применения технологии взрывного вскипания сильно перегретой жидкости.

3. Разработана методика определения дисперсионных характеристик образующегося при распыле перегретой воды воздушно-паро-капельного потока, базирующаяся на измерении распределения интенсивности рассеяния зондирующего лазерного излучения в широком диапазоне углов. Распределение частиц по размерам находится из этого измеренного распределения решением обратной задачи рассеяния света на базе теории рассеяния Ми.

4. Создана экспериментальная установка для исследования дисперсионных характеристик распыла воды форсунками разного типа в диапазоне температур распыляемой воды от 20 до 250 °С и давления перед форсункой до 15 МПа. Кроме оптических измерений, на установке используются фото и видеосъемка, термопарное зондирование факелов распыла.

5. Проведены эксперименты по измерению дисперсионных характеристик распыла воды в диапазоне температур 20-250 "С и давлении перед форсункой 8 МПа. Распыл осуществлялся в сносящем воздушном потоке атмосферного давления, движущемся со скоростью до 40 м/с.

6. Впервые установлено, что при распыле перегретой воды распределение капель по размерам носит явно выраженный бимодальный характер. При этом при температуре распыляемой воды 220-240 "С 65-70% капель (по массе) имеет

диаметр менее 3 мкм, а средний диаметр крупных капель (около 8мкм), что примерно в 1,5-2,5 раза меньше, чем при распыле холодной воды. При распыле холодной воды (до 150 °С) распределение капель по размерам остается одномодальным.

7. Показано, что бимодальное распределение капель по размерам при распыле перегретой воды не зависит от типа форсунки: центробежная или струйная.

8. Доминирующим механизмом распыла перегретой воды является ее объемное взрывное вскипание (flashing). Пересыщение жидкости растворенным углекислым газом при температурах до 240 °С несущественно сказываются на дисперсионных характеристиках факела распыла перегретой воды, добавки частиц размером ~ 30 нм позволяют получать 90 % капель (по массе) с d < 2 мкм.

9. Получены термограммы и фотографии эволюции факелов распыла при различных температурах распыляемой жидкости. При высоких температурах распыла образующиеся капли воды, будучи малыми по размерам, следуют за потоком сносящего воздуха, формируя более компактный шнурующийся факел. Данные кинофотосъемки и термограмм факелов распыла хорошо согласуются между собой.

10. Приведены исходные данные и рекомендации для проектирования систем впрыска перегретой воды.

11. Эффективность работы системы впрыска перегретой воды продемонстрирована экспериментами на газовой турбине ТВЗ-117 демоцентра ОИВТ РАН.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н. Л.А. Домбровскому за ценные советы при разработке методики эксперимента и к.ф.-м.н. В.Л. Низовскому за постоянную помощь в выполнении работы.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Вараксин А.Ю., Алексеев В.Б., Залкинд В.И., Зейгарник Ю.А., Мариничев Д.В., Низовский В.Л., Низовский Л.В. Взрывное вскипание перегретой жидкости как способ ее тонкой фрагментации II Доклады академии наук. 2013. Т. 448. № 6. С. 654.

2. Алексеев В.Б., Залкинд В.И., Зейгарник Ю.А., Мариничев Д.В., Низовский В.Л., Низовский Л.В. Впрыск высокодисперсионной воды в компрессоры ГТУ: теплофизические исследования и инженерные проблемы // Тепловые процессы в технике. 2011. № 11. С. 490-499.

3. Мариничев Д.В., Низовский Л.В. Характеристики факелов распыла при впрыске сильно перегретой воды в воздушный поток // Труды 5-й Российской национальной конференции по теплообмену. РНКТ5. 2010 г. Том 8. С. 103-106.

4. Алексеев В.Б., Залкинд В.И., Зейгарник Ю.А., Мариничев Д.В., Низовский В.Л., Низовский Л.В. Теплофизические и инженерные проблемы мелкодисперсионного распыла и впрыска воды в компрессоры ГТУ // Труды 5-й Российской национальной конференции по теплообмену. РНКТ5. 2010 г. Том 5. С. 125-128.

5. Marinichev D.V., Nizovskii L.V., Nizovskii V.L., Zalkind V.I., Zeigarnik Y.A. Atomization of Superheated Water // Proceedings of the 14* International Heat Transfer Conférence. IHTC14. Washington, USA. 2010. C. 667-675.

6. Алексеев В.Б., Залкинд В.И., Зейгарник Ю.А., Мариничев Д.В., Низовский В.Л., Низовский Л.В., Оксман А.А., Силина Н.Н., Ходаков К.А. Развитие факела распыла перегретой воды в воздушном потоке // Теплоэнергетика. 2010. № 3. С. 23-27.

7. Алексеев В.Б., Залкинд В.И., Зейгарник Ю.А., Мариничев Д.В., Низовский В.Л., Низовский Л.В. Осевой компрессор с системой впрыска мелкодисперсионной воды. Патент на полезную модель RUS 95764 28.09.2009.

8. Зейгарник Ю.А., Залкинд В.И., Мариничев Д.В., Низовский В.Л. Экспериментальное исследование распыла перегретой воды с целью оптимизации системы впрыска в компрессоры ГТУ // Труды I Международной научно-технической конференции. Энергетические установки: тепломассообмен и процессы горения. Рыбинк: РГАТА. 2009 г. С.123-126.

9. Домбровский П.А., Залкинд В.И., Зейгарник Ю.А., Мариничев Д.В., Низовский В.Л., Оксман А.А., Ходаков К.А. Распыление перегретой воды: результаты экспериментальных исследований //Теплоэнергетика. 2009. № 3. С. 12-20.

Мариничев Дмитрий Викторович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКОДИСПЕРСНОГО РАСПЫЛА ПЕРЕГРЕТОЙ ВОДЫ

Автореферат

Подписано в печать 22.04.2013 Формат 60x84/16

Печать офсетная Уч.-изд.л. 1.0 Усл.-печ.л. 0,92

Тираж 100 экз. Заказ N133 Бесплатно ОИВТ РАН. 125412, Москва, Ижорская ул., 13, стр. 2

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

на правах рукописи

042013631 ВО

Мариничев Дмитрий Викторович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКОДИСПЕРСНОГО РАСПЫЛА ПЕРЕГРЕТОЙ ВОДЫ

(01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, Зейгарник Юрий Альбертович

Москва 2013

t [

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 4

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 10

1.1 Высокоэффективные циклы ГТУ 10

1.2 Методы тонкого распыла и механизмы дробления жидкости 20

1.3 Методы определения дисперсионного состава факелов распыла 39

1.4 Выводы 52

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ 54

2.1 Экспериментальная установка 54

2.2 Методика измерений 61

2.2.1 Размеры капель 61

2.2.2 Фото и видеосъемка 69

2.2.3 Термопарное зондирование факелов распыла 69

2.3 Выводы 71

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 73

3.1 Дисперсионные характеристики факелов распыла 73

3.2 Фотосъемка процесса и визуальные наблюдения 84

3.3 Расходные характеристики форсунок 89

3.4 Термопарное зондирование потока 90

3.5 Шнурование факела распыла 94

3.6 Интенсификация взрывного вскипания 95

3.7 Выводы 99 4. ИНЖЕНЕРНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА 101

4.1 Основные практические результаты исследований

факелов распыла 101

4.2 Технологическая схема системы впрыска 102

2

4.3 Исходные данные и рекомендации для проектирования

системы впрыска перегретой воды 104

4.4 Эксплуатационные вопросы 106

4.5 Эксперименты на ГТУ 106

4.6 Выводы 107 Заключение 108 Литература 110

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время наращивание мощностей стационарной энергетики осуществляется преимущественно путем ввода парогазовых установок (ПГУ), у которых КПД лучших образцов приближается к 60 %. В свою очередь, технико-экономические показатели ПГУ в значительной мере определяются совершенством газотурбинной части комбинированного цикла, т.е. технико-экономическими характеристиками газотурбинной установки (ГТУ). Одним из путей повышения характеристик ГТУ является переход к сложному циклу, в том числе использование промежуточного охлаждения (в общем случае, приближение к изотермическому сжатию). В этом случае снижается техническая работа сжатия в компрессоре ГТУ, на которую затрачивается от 40 до 60 % работы расширения газов в турбине, т.е. без потери мощности снижается температура газов на входе в турбину, что благоприятно сказывается на ресурсе ГТУ или появляется возможность повысить мощность ГТУ без снижения ресурса ее работы.

Промежуточное охлаждение воздуха в компрессоре обычно осуществляется в поверхностном охладителе, устанавливаемом в рассечку между ступенями компрессора. Другим вариантом промежуточного охлаждения сжимаемого рабочего тела (воздуха) является впрыск воды в виде капель на вход в тракт компрессора и/или его промежуточные ступени, когда испаряющиеся капли воды забирают тепло от воздушного потока, охлаждая его. Чтобы обеспечить полное испарение капель за время их пребывания в тракте компрессора (оно исчисляется миллисекундами), необходимо интенсифицировать их испарение. Эффективность процесса испарения зависит от удельной поверхности капель, т.е. поверхности, приходящейся на единицу объема (массы) вводимой жидкости, которая обратно пропорциональна диаметру капель. Чем меньше капли, т.е. чем тоньше распыл влаги форсунками, тем интенсивней теплообмен капель с охлаждаемым горячим воздухом и их испарение.

Существует и второе важное обстоятельство, влияющее на интенсивность испарения. Крупные капли (диаметром 15 мкм и выше) достаточно инерционны, они осаждаются на рабочих лопатках компрессора и отбрасываются на его корпус. Поверхность образующихся пленок значительно меньше поверхности капель, ниже и коэффициенты теплоотдачи, что уменьшает количество тепла, отводимого от охлаждаемого воздуха. В результате, вводимая (впрыскиваемая) в тракт компрессора охлаждающая вода испаряется лишь частично и значительная часть введенной воды (до 20 %) следует транзитом в камеру сгорания ГТУ. На ее испарение затрачивается тепло топлива, ухудшая показатели ГТУ.

Тем самым, обеспечение тонкого распыла капель (до диаметра 2-3 мкм) является важной инженерной задачей.

Столь тонкий распыл не достижим в традиционно применяемых центробежных и пневматических форсунках любой конфигурации, в которых капли дробятся до диаметра 15 мкм и больше. Поэтому требуются принципиально новые технологические приемы. Одним из таких методов является использование сильно перегретой относительно температуры насыщения жидкости, предложенный в ряде работ, в частности фирмой Кета. В процессе истечения такой жидкости через сопло распыляющего устройства происходит ее взрывное вскипание, в результате которого жидкость дробится на тонкие фрагменты. В диссертационной работе изучено влияние режимных факторов, в первую очередь перегрева жидкости относительно температуры насыщения, и типов форсунок на дисперсионные характеристики факела распыла воды, его форму и интенсивность испарения. На базе выполненных исследований, представлены инженерные рекомендации по оптимизации разработанной технологии.

Главной целью представленной работы являлось получение экспериментальной информации по характеристикам дисперсной фазы факелов распыла перегретой воды в условиях взрывного вскипания и выдача рекомендаций по устройству впрыска воды в тракты компрессоров ГТУ. Основное внимание в диссертации уделено экспериментальному изучению влияния технологии распыла, типов форсунок и режимных параметров на получаемые размеры капель воды и их смешение с потоком сносящего воздуха. Для достижения поставленных целей было необходимо:

• Разработать и создать экспериментальную установку, позволяющую в лабораторных условиях на одиночных форсунках изучать процессы, связанные с впрыском, сильно перегретой, воды в среду, близкую к существующей в тракте компрессора ГТУ.

• Разработать методику измерения размеров капель по интенсивности рассеяния лазерного луча, включая создание программных продуктов, позволяющих в максимальной степени автоматизировать измерения и обработку экспериментальных данных.

• Определить основные режимные параметры и типы форсунок, обеспечивающие взрывное вскипание воды в факелах распыла, и изучить эволюцию факелов распыла по результатам кинофотосъемки процесса и температурным диаграммам.

Работа состоит из введения, четырех глав основного текста и заключения. В первой (обзорной) главе проанализировано современное состояние вопроса по методам, повышающим эффективность компрессоров ГТУ, с акцентом на охлаждение сжимаемого воздуха впрыском воды, и механизмам фрагментации капель. Дано краткое описание физики взрывного вскипания капель. Рассмотрены различные методики исследования размеров капель в двухфазных потоках и результаты проведенных ранее экспериментальных исследований. На основании проведенного анализа обоснованы задачи исследования, связанные с детальным изучением размеров капель в факелах распыла и их эволюции в сносящем потоке воздуха.

Вторая глава посвящена описанию созданной экспериментальной установки с возможностью генерации факелов распыла перегретой воды и разработанной методики измерения размеров капель в получаемых факелах распыла по измеренному распределению по углу интенсивности рассеяния диагностирующего лазерного луча с решением обратной задачи рассеяния на основе теории Ми. В ней также изложена методика проведения опытов и представлены результаты верификации методики измерений размеров капель на образцовых частицах полистирола.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований размеров капель в зависимости от степени перегрева подаваемой воды, добавок растворимого газа, поверхностно-активных веществ и наночастиц. В опытах, помимо измерений дисперсионных характеристик факелов распыла, проведены визуальные наблюдения эволюции факелов распыла с использованием обычной и скоростной фотосъемок, термопарное зондирование потока.

Четвертая глава посвящена инженерным проблемам впрыска воды в компрессоры ГТУ и выработке рекомендаций по конструированию систем впрыска перегретой воды в компрессоры ГТУ с целью повышения их эффективности.

В заключении приведены выводы по проведенной работе и представлены рекомендации по ее дальнейшему развитию.

Научная новизна работы заключается в том, что получен оригинальный опытный материал, позволяющий прояснить основные режимные параметры взрывного вскипания и дисперсионные характеристики факела распыла перегретой воды. Показано наличие бимодальной структуры размеров капель при распылах перегретой воды, что, по всей видимости, вызвано взаимодействием двух механизмов дробления жидкости, одним из которых является взрывное вскипание. Показано незначительное влияние добавок в виде растворенного газа на фрагментирование факелов распыла при существенных перегревах жидкости. Отмечен эффект «шнурования» тонкодисперсных

факелов распыла, что затрудняет их перемешивание со сносящим потоком воздуха.

Практическая ценность работы: Полученные результаты обеспечивают надежное проектирование эффективных систем впрыска воды в компрессоры ГТУ.

Автор выносит на защиту:

1. Результаты методических разработок:

• Методику получения тонкодисперсного распыла вводы вплоть до субмикронных размеров;

• Методику измерения размеров капель в факелах распыла воды и ее аппаратное и приборное обеспечение;

• Методику определения границ факелов распыла.

2. Результаты экспериментальных исследований впрысков перегретой воды в воздушный поток, в частности дисперсионных характеристик факелов распыла и данные по эволюции факелов, режимные параметры, обеспечивающие тонкодисперсный распыл воды путем взрывного вскипания.

3. Рекомендации по реализации технологии тонкодисперсного распыла воды в компрессорах ГТУ.

Основное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах, в том числе в четырех статьях в рецензируемых журналах, включенных в список ВАК.

Апробация работы.

Вопросы, изложенные в диссертации, были доложены на международной конференции по тепломассобмену (14th International Heat Transfer Conference, 2010, Washington) и обсуждены на семинаре (Третий теплофизический семинар "Турбулентные газокапельные струи. Модели и приложения", 2011 г., Санкт-Петербург). Результаты проведенной работы были также представлены на конференциях (Энергетические установки: тепломассообмен и процессы

горения, 2009, Рыбинск; 5-й Российской национальной конференции по теплопломассообмену, Москва, 2011).

Работа является составной частью Контракта с Федеральным агентством по науке и инновациям (Контракт №2008-6-1.6-19-01-006) и поддерживалась РФФИ (грант 09-08-00258а).

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н. Л. А. Домбровскому за ценные советы при разработке методики эксперимента и к.ф.-м.н. В. Л. Низовскому за постоянную помощь в выполнении работы.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В представленном анализе будут кратко рассмотрены системы ввода воды в тракт ПГУ (ГТУ) с акцентом на технологии ввода воды в компрессоры ГТУ, существующие и перспективные методы получения тонкого распыла впрыскиваемой воды, а также методы исследования характеристик факелов тонкого распыла воды, прежде всего их дисперсионных характеристик.

1.1 Высокоэффективные циклы ГТУ

Магистральным направлением современной тепловой энергетики является создание парогазовых установок разного типа [1, 2]. Среди них доминирующее положение занимают бинарные установки, включающие газовую турбину, паровой котел-утилизатор (КУ) и паротурбинную установку (ПТУ) (рис. 1.1). При использовании современных ГТУ с К.П.Д. 36-38%, КУ трех давлений и ПТУ с современной проточной частью КПД бинарных установок может достигать 60-62%. Наибольшего успеха в этом направлении добились фирмы General Electric, Siemens-Westinghouse, Mitsubishi, ABB.

Другим вариантом парогазовой установки является ПГУ смешения или STIG [1, 3, 4] когда пар, вырабатываемый КУ, направляется в камеру сгорания ГТУ, смешивается с основным рабочим телом — продуктами сгорания топлива и совершает дополнительную работу в газовой турбине (рис. 1.2). Уступая бинарной установке по КПД примерно на 2 - 3 %, ПГУ с впрыском пара имеют меньшие капитальные затраты (на ~ 15 %) и меньшую результирующую стоимость выработки электроэнергии. В настоящее время General Electric установила несколько десятков ПГУ STIG. В обоих случаях, как в бинарных ПГУ, так и ПТУ STIG, высокая экономичность установок достигается путем глубокой утилизации тепла отработавших газов ГТУ.

Рис. 1.1 Простейшая тепловая схема ПГУ с КУ [1]. ОК - осевой компрессор; КС - камера сгорания; ГТ - газовая турбина; ЭГ -электрогенератор; ГТУ - газотурбинная установка; КУ - котел-утилизатор; ПТУ -паротурбинная установка; КД - конденсатор; Н - насос; УД Ып - электрические мощности ГТУ и ПТУ; £>гс - теплота сжигаемого в ГТУ топлива.

Рис. 1.2 Простейшая тепловая схема ПГУ смешения или БТЮ [1]. ОК - осевой компрессор; КС - камера сгорания; ГТ - газовая турбина; ЭГ электрогенератор; КУ- котел-утилизатор; Н- насос; ХВО - химводоочистка.

Вместе с тем, подобно пути пройденному паротурбинной технологией, циклы газовых турбин постепенно начинают усложняться. Пути усложнения, обеспечивающие повышение характеристик установки, известны давно. Это, прежде всего, промежуточное охлаждение сжимаемого в компрессоре воздуха, промежуточный подогрев рабочего тела (уже используемый фирмой ABB) и регенерация тепла отработанных газов путем подогрева ими сжатого в компрессоре воздуха. Последний вариант, по сути, в известной степени перекликается с ПГУ-STIG (циклом смешения).

Охлаждение сжимаемого в компрессоре воздуха уменьшает мощность, затрачиваемую на сжатие рабочего тела, и тем самым увеличивает удельную (на единицу расхода сжимаемого воздуха) и абсолютную полезную мощность ГТУ. Однако, К.П.Д. установки падает, если тепло, отведенное от сжимаемого воздуха, сбрасывается в окружающую среду. Этим объясняется появление предложений, позволяющих в определенной степени возвратить это тепло в цикл. К таким разработкам относятся показанная на рис. 1.3 схема с насыщением (увлажнением) рабочего тела ГТУ перед камерой сгорания паром, полученным в сатураторе (испарителе) путем испарения воды, подогретой в промежуточном охладителе компрессора, и дополнительно нагретого в рекуператоре (своего рода аналоге котла-утилизатора) отработанными газами ГТУ. В зарубежной литературе [5, 6] они называются циклами HAT (Humidified Advanced Turbine) при одноступенчатой сатурации и CHAT (Cascaded Humidified Advanced Turbine) при многоступенчатой сатурации.

Рис. 1.3 Простая тепловая схема цикла с увлажненным воздухом (HAT) [5]

Добиться охлаждения сжимаемого в компрессоре воздуха и снижения работы на сжатие можно и другим путем - впрыском воды на вход и в промежуточные ступени, т.е. осуществить так называемое «влажное» сжатие в компрессоре. При впрыске воды на вход компрессора и снижении температуры воздуха (эффект аналогичен снижению температуры окружающей среды), а также благодаря увеличению массового расхода рабочего тела, возрастает абсолютная полезная мощность ГТУ. Наибольший эффект, особенно при невысоких температурах окружающей среды, достигается при распределенном по тракту компрессора впрыске охлаждающей воды, когда впрыск осуществляется как на входе в компрессор, так и в его промежуточные ступени [7, 8, 9,10].

Если впрыском воды охладить воздух перед компрессором и подать его в камеру сгорания через регенератор тепла отработанных газов ГТУ рис. 1.4., мы

получим еще один вариант комбинированной установки, в чем-то аналогичный технологиям ПГУ-STIG и HAT [11].

rfefepaiGf

Система эпрз1Сг:з зодз!

ПЭДЗЭЗЭЧ'ЗМ

воздух

£«иccrs CtCACi

Подофев

турв»»<а

Промежутсчиыи

:. ХОЛСЗКЛаПИК

Рис. 1.4 Модифицированный увлажненный цикл (АНАТ) [11]

Анализ преимуществ и недостатков той или иной комбинированной схемы требует технико-экономических сравнений, выходящих за рамки данного обзора. Однако, из представленного выше материала очевидно, что должным образом организованный впрыск воды в тракт ГТУ позволяет реализовать ряд технических усовершенствований установки.

Впрыск воды в компрессор ГТУ расширяет ее возможности по нормированному первичному и автоматическому вторичному регулированию частоты и мощности в энергосистеме. Эксперименты, в частности опыты ОИВТ РАН на турбине ТВЗ-117, показывают, что скорость реакции полезной мощности ГТУ на впрыск воды отвечает требованиям соответствующих

стандартов Федеральной сетевой компании (ФСК) [12]. Кроме того, увеличение в результате впрыска воды максимальной располаг�