Безлопаточные центробежные ступени для турбодетандеров малой мощности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.12, кандидат наук Смирнов, Максим Викторович

• Смирнов, Максим Викторович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Смирнов, Максим Викторович

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................4

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ШИРОКОГО ВНЕДРЕНИЯ ТУРБ ОДЕТАНДЕРНЫХ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ.......................................................10

1.1. Оценка потенциала выработки электрической энергии на объектах газотранспортной системы с помощью детандер-генераторных агрегатов..................11

1.2. Подогрев газа перед ДГА, необходимость и возможные решения......................15

1.3. Определение востребованного мощностного диапазона детандер-генераторных агрегатов ............................................................................................................................... 22

1.4. Определение конструктивного облика детандер-генераторных агрегатов малой мощности .............................................................................................................................. 25

1.4.1. Обзор установок ДГА малой мощности............................................................26

1.4.2. Общая компоновка ДГА, частота вращения турбины и электрогенератора . 27

1.4.3. Оптимальное количество ступеней турбины ДГА малой мощности.............30

1.4.4. Тип турбины ДГА................................................................................................30

1.5. Выводы по Главе 1 и постановка задач исследования............................................40

2. ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ И МЕТОДИКИ РАСЧЕТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНО-РЕАКТИВНЫХ ТУРБИН МОЩНОСТЬЮ ДО 100 кВт..................................................................................................................................42

2.1. Первичная оценка геометрических и режимных параметров ЦбРТ.....................44

2.2. Подход к описанию свойств рабочего тела.............................................................52

2.3. Одномерная математическая модель расчета параметров центробежно-реактивной турбины............................................................................................................55

2.3.1. Рабочий процесс в ЦбРТ и его особенности.....................................................55

2.3.2. Исходные данные для расчета и описание модели..........................................59

2.3.3. Потери дискового трения....................................................................................66

2.3.4. Потери от утечек рабочего тела.........................................................................68

2.3.5. Определение эффективности..............................................................................70

2.4. Исследование ЦбРТ методами численного моделирования..................................72

2.4.1. Существующие подходы к моделированию турбулентности.........................72

2.4.2. Ограничения численного моделирования турбомашин...................................74

2.4.3. Определение методики численного моделирования исследуемого объекта . 81

2.4.4. Методика обработки результатов численного моделирования исследуемого объекта.............................................................................................................................86

2.5. Верификация одномерной математической модели и методики трехмерного численного моделирования ЦбРТ......................................................................................88

2.5.1. Анализ режима течения в ЦбРТ СТ-2М............................................................94

2.5.2. Анализ неточностей одномерной и трехмерной методик моделирования ЦбРТ ...............................................................................................................................96

2.5.3. Верификация численного моделирования потерь трения диска.....................99

2.5.4. Выводы по верификации одномерной модели и методики трехмерного численного моделирования ЦбРТ...............................................................................101

2.6. Выводы по Главе 2...................................................................................................102

3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАТУРНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНО-РЕАКТИВНОЙ ТУРБИНЫ В СОСТАВЕ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА............................................104

3.1. Характеристики натурной центробежно-реактивной машины и их анализ.......110

3.2. Анализ режима течения и режимных параметров ЦбРТ......................................115

3.3. Основные источники потерь, направления совершенствования ЦбРТ...............120

3.4. Выводы по Главе 3...................................................................................................125

4. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНО-РЕАКТИВНЫХ ТУРБИН В СОСТАВЕ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА..

........................................................................................................................................126

4.1. Разработка и численная апробация осевого диффузора ЦбРТ............................126

4.1.1. Факторы, определяющие режим течения в диффузорах...............................126

4.1.2. Подход к моделированию диффузора ЦбРТ...................................................128

4.1.3. Проектирование диффузора.............................................................................130

4.1.4. Режим течения в осевом диффузоре ЦбРТ и эффективность разработанных вариантов ....................................................................................................................... 133

4.1.5. Оценка мощности и эффективности ЦбРТ при работе с диффузором.........135

4.2. Улучшение технологичности и характеристик уплотнений ЦбРТ.....................138

4.2.1. Конструкция ступенчатого лабиринтного уплотнения..................................138

4.2.2. Подход к численному моделированию уплотнений......................................139

4.2.3. Показатели работы ступенчатого лабиринтного уплотнения.......................141

4.2.4. Дальнейшее совершенствование бесконтактных и применение контактных уплотнений....................................................................................................................143

4.3. Выводы......................................................................................................................145

Заключение..............................................................................................................................147

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.................................................................149

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................153

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Безлопаточные центробежные ступени для турбодетандеров малой мощности»

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с данными BP Statistical Review of World Energy 2016 [53], потребление природного газа в мире возросло в 1,5 раза за последние 25 лет, рисунок 1.1, и заметна тенденция дальнейшего увеличения потребления. В 2015г было потреблено порядка 3500 млрд. м природного газа, что эквивалентно около 38 000 ТВт-ч энергии. По данным EIA [106], в перспективе до 2040г. потребление природного газа в мире возрастет с текущего значения

132-10e15 BTU/год (около 38 000 ТВт-ч) на 63% до значения 215-10e15 BTU/год (около 63 000 ТВт-ч).

Природный газ: потребление по регионам

Млрд. мЗ

4000

■ Остальные страны

Азиатско-Тихоокеанский per.

95 00 05 10 15

Рисунок 1.1 - Статистика мирового потребления природного газа [53]

Рост потребления газа ставит проблему развития и увеличения эффективности газотранспортной системы, в том числе, за счет использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). В России транспорт газа от месторождений конечному потребителю осуществляется преимущественно посредством трубопроводной газотранспортной системы. Протяженность газотранспортной системы России составляет 171,2 тыс. км, на ней функционирует 250 газокомпрессорных станций, суммарная установленная мощность агрегатов газотранспортной системы составляет 46,2 тыс. МВт [31]. При транспорте газа трубопроводной системой на компрессорных станциях (КС) газ сжимается до высоких давлений (5,4...10 МПа)

для уменьшения удельного объема газа и, таким образом, потерь трения и затрат на транспорт. На сжатие газа расходуется значительная энергия. При удаленном транспорте газа, например, от месторождений Ямала до потребителей в Западной Европе, до 6...7% транспортируемого газа расходуется на работу газоперекачивающих агрегатов [42]. Конечные потребители используют газ, имеющий давление в диапазоне 0,11.3,0 МПа. Давление газа снижается последовательно на объектах газораспределительной системы - газораспределительных станциях (ГРС), газораспределительных пунктах (ГРП) и газораспределительных щитах (ГРЩ). В настоящее время технологический процесс построен на последовательном дросселировании газа на объектах газораспределительной системы от давления в магистральном газопроводе до давления конечного потребителя. При этом полезная работа не производится, таким образом, потенциальная энергия газа высокого давления безвозвратно утрачивается. Альтернативой является технологический процесс с выработкой электрической энергии за счет потенциальной энергии сжатого газа. При этом часть энергии, затраченной на сжатие газа на КС, можно полезно использовать, превратив в электрическую энергию с помощью детандер-генераторных агрегатов (ДГА). Процесс утилизации энергии, затраченной газоперекачивающими агрегатами на процесс транспортировки, чрезвычайно важен для повышения эффективности всей газотранспортной системы. По данным исследователей из Польши [55], доля потерь эксергии, связанная с работой агрегатов, является доминирующей в общем балансе потерь газотранспортной системы, составляя более 70%.

В настоящее время ДГА не получили широкого распространения на объектах газотранспортной системы. Если в диапазоне больших мощностей (от 1 МВт и более) имеется некоторое количество реализованных в мире проектов, и несколько реализовано также в России [20], то в диапазоне малых мощностей количество реализованных проектов исчисляется единицами. При создании ДГА малых мощностей имеют место объективные технические и экономические сложности, связанные со сложностью создания и доводки высокооборотных установок, дороговизной изготовления лопаточных турбин, а также высокой эрозионной активностью рабочего тела. Указанные обстоятельства определяет высокую стоимость агрегатов, что находит отражение в долгих сроках их окупаемости.

Существенно снизить стоимость установок ДГА малой мощности и повысить их эксплуатационные характеристики могло бы применение безлопаточных турбомашин. Безлопаточные турбины существенно менее требовательны к качеству рабочего тела, обладают повышенной эрозионной стойкостью, практически не имеют в проточной части малых зазоров и сложных уплотнений. Их технологическая простота определяет низкую стоимость и производственную доступность.

В настоящее время существуют ДГА со струйно-реактивными турбинами [8], конструктивно простыми и обладающими хорошими эксплуатационными характеристиками. В то же время внутренний КПД струйно-реактивных турбин не превышает 29%. Представляется целесообразным развитие направления безлопаточных турбомашин для ДГА, эксплуатационно пригодных для объектов газотранспортной системы и обладающих, при этом, большей эффективностью.

Таким образом, целью настоящей работы является разработка подхода к проектированию эффективных безлопаточных турбин, их исследование и совершенствование для улучшения технико-экономических показателей детандер-генераторных агрегатов малой мощности.

Задачи исследования:

1) Определение конструктивного облика ДГА и типа применяемой безлопаточной турбины, обеспечивающих оптимальные технико-экономические показатели;

2) Разработка общего подхода к проектированию, а также одномерной и трехмерной методик расчета выбранной безлопаточной турбины ДГА с учетом специфики рабочего процесса. Валидация разработанных методик;

3) Анализ структуры потерь в исследуемой безлопаточной турбине, выявление резервов повышения эффективности;

4) Разработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию безлопаточных турбин ДГА.

Научная новизна работы выражается в следующем:

1) Впервые систематизирована информация по потенциалу генерации электрической энергии на ДГА в газотранспортных системах разных стран. Обоснована актуальность применения ДГА малой мощности. Систематизированы современные решения по интеграции ДГА в системы с возобновляемыми источниками энергии для организации подогрева газа.

2) Предложена безлопаточная центробежно-реактивная турбина, превосходящая по эффективности все известные на текущей момент типы безлопаточных турбин при их применении в ДГА, и обладающая приемлемыми эксплуатационными характеристиками.

3) Разработаны и валидированы одномерная и трехмерная расчетные модели центробежно-реактивной турбины с учетом термодинамических параметров реального газа.

4) Впервые проведена апробация использования центробежно-реактивной турбины в составе ДГА путем численного эксперимента.

5) Предложены и обоснованы мероприятия по совершенствованию центробежно-реактивных турбин в составе ДГА, направленные на повышение эффективности.

Теоретическая и практическая ценность работы

Работа вносит существенный вклад в систематизацию информации по перспективности применения ДГА малой мощности в газотранспортных системах. Разработаны инженерные методики выбора геометрических и режимных параметров ЦбРТ для ДГА, одномерная математическая модель ЦбРТ с учетом термодинамических свойств реального газа.

Предложенный математический аппарат может применяться при создании турбомашин для ДГА мощностью до 500 кВт.

Методы исследований

Работа проводилась с использованием методов математического моделирования (одномерный расчет) и численно-экспериментальных (вычислительная газодинамика) методов.

Газодинамические расчеты диссертационного исследования были реализованы на мощностях Суперкомпьютерного центра «Политехнический».

Личный вклад автора состоит в:

1) Проведении обзора и систематизации информации по потенциалу генерации электрической энергии на ДГА и по целесообразным источникам подогрева газа для ДГА малой мощности.

2) Обосновании предпочтительного конструктивного облика ДГА и типа применяемой турбины.

3) Создании и валидации одномерной и трехмерной моделей расчета турбины ДГА.

4) Апробация предложенной безлопаточной турбины в ДГА путем проведения численного эксперимента. Разработка и обоснование мероприятий дальнейшего совершенствования исследованной расширительной машины.

Защищаемые положения. Автор защищает:

1) Разработанную одномерную модель безлопаточной центробежно-реактивной турбины с интеграцией термодинамических свойств реального газа.

2) Методику проведения численного моделирования исследуемого объекта.

3) Результаты численной апробации применения центробежно-реактивной турбины в составе ДГА.

4) Разработанные предложения по дальнейшему совершенствованию безлопаточных центробежно-реактивных турбин. Достоверность и обоснованность полученных результатов

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена использованием в процессе выполнения работы апробированного методологического обеспечения численного эксперимента, показавшего удовлетворительную сходимость с результатами физических экспериментов на модельном варианте центробежно-реактивной турбины. Выносимые на защиту положения диссертации опубликованы в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ и индексируемых в SCOPUS, доложены на отечественных и международных конференциях.

Апробация результатов работы

Результаты работы были представлены и обсуждались на:

1) Международная отраслевая конференция «ANSYS в энергетике», Санкт-Петербург, СПбГПУ, 11 - 12 апреля 2012г., тема доклада: «Опыт численного моделирования течения в малорасходных турбинных ступенях конструкции ЛПИ».

2) XLI Научно-практическая конференция с международным участием «Неделя науки СПбГПУ», Санкт-Петербург, СПбПУ, 3 - 8 декабря 2012г., тема доклада: «Влияние формы горла малорасходного соплового аппарата на его эффективность».

3) XLIII Научно-практическая конференция с международным участием «Неделя науки СПбГПУ», Санкт-Петербург, СПбПУ, 1 - 6 декабря 2014г., тема доклада: «Особенности сравнения физического и численного экспериментов».

4) Результаты работы включены в отчет по Федеральной Целевой Программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» по теме «Разработка и создание турбогенераторных установок электрической мощностью 1 и 30 кВт, использующих энергию сжатого природного газа газотранспортной системы России», соглашение от 27.10.2015г. №14.578.21.0127.

Публикации

Материалы диссертационного исследования был опубликован в следующих работах:

1) Исследование особенностей течения в малорасходных турбинных ступенях конструкции ЛПИ / Н.А. Забелин, Г.Л. Раков, В.А. Рассохин, А.А. Себелев, М.В. Смирнов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. -2013. - №1 (166). - С. 45 - 53 (Перечень ВАК).

2) История создания и совершенствования малорасходных турбин / Н.А. Забелин, Г.Л. Раков, А.А. Себелев, М.В. Смирнов, Н.И. Куклина // Международный научно-исследовательский журнал. - 2014. - №5 (24) Часть I. - С. 106 - 113.

3) Особенности сравнения физического и численного экспериментов / Н.И. Куклина, А.А. Себелев, М.В. Смирнов, Г.Л. Раков // Мат-лы XLIII научно-практ. конф. с междунар. участ. «Неделя науки СПбПУ»: тез. докл. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. - С. 104 - 107.

4) Автономная энергоустановка, утилизирующая сбросную теплоту газотурбинных агрегатов / Н.А. Забелин, А.А. Себелев, М.В. Смирнов, А.С. Сайченко // Газовая промышленность. 2016. №9 (743). С. 28 - 36 (Перечень ВАК).

5) Prospects of centrifugal reaction turbines for microturbomachinery applications/ Maksim V. Smirnov, Aleksandr A. Sebelev, Viktor A. Rassokhin, Nikolai A. Zabeli et. al. // International Journal of Advanced Biotechnology and Research. -2017. - Vol 8, Issue 4. - P 1716 - 1723. (Индексируется в Scopus).

6) Experimental characteristics of the low consumption turbines with flow outlet small angle and rotor blades with a big spacing ratio/ Rassokhin V A, Fedorov M P, Matveev V Y, Fokin G A, Schisliaev S M, Zabelin N A, Besedin S N, Rakov G L, Smirnov M V.// J. Fundam. Appl. Sci. - 2018. - 10(6S). - P. 68 - 79. (Индексируется в Scopus).

7) Комплексные энерго- и ресурсосберегающие решения, применяемые на объектах ООО "Газпром трансгаз Санкт-Петербург" / Г.А.Фокин, Н.А.Забелин, В.М, Иванов, М.В. Смирнов // Газовая промышленность. 2018. №6 (769) С. 96-102 (Перечень ВАК).

Структура и объем работы

Диссертация включает раздел введения, 4 главы, заключение, перечень принятых обозначений и сокращений, а также список литературы. Текст диссертации изложен на 161 странице, содержит 75 рисунков, 15 таблиц, список использованных литературных источников, включающий 111 наименований.

Благодарности

Автор выражает огромную благодарность своей жене Наталье за моральную поддержку и обсуждение результатов работы. Также хотелось бы выразить признательность родителям; коллегам Александру Себелеву, Евгению Смирнову и Александру Сайченко за ценные советы по диссертационной работе; Сергею Александровичу Галаеву и Екатерине Эдуардовне Китаниной за рекомендации в методических вопросах в части численного моделирования. Николаю Алексеевичу Забелину за поддержку в организационных вопросах, Геннадию Леонидовичу Ракову за интересные идеи. Отдельно хочется поблагодарить команду Суперкомпьютеного центра «Политехнический» за оперативную техническую поддержку.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ШИРОКОГО ВНЕДРЕНИЯ

ТУРБОДЕТАНДЕРНЫХ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Целью настоящей главы является обоснование актуальности применения ДГА, а также установление основных проблем, препятствующих активному развитию рынка ДГА и их повсеместному внедрению на объектах газотранспортной системы и в технологических процессах. Стоит заметить, что данная работа имеет выраженный акцент на ДГА малой мощности (до 100.500 кВт). Эти мощностные диапазоны обладают спецификой, делающей оптимальные решения в них существенно отличными от диапазона больших мощностей.

Для обоснования актуальности использования ДГА выполнена оценка мирового потенциала утилизации давления газа на объектах газотранспортных систем, приводящаяся в разделе 1.1 текущей работы. Кроме суммарного потенциала газотранспортных систем в разных странах, также определено типичное распределение потенциалов генерируемой мощности по газораспределительным станциям, характерное для всех систем газораспределения.

Общим вопросам повышения эффективности газотранспортных систем с помощью генерации электроэнергии на ДГА посвящены многие работы авторов как в России, так и за рубежом [7, 42, 47, 77, 81, 86, 89]. Несмотря на во всех смыслах высокий потенциал идеи использования энергии сжатого газа, рынок ДГА на настоящий момент развит слабо. Результаты маркетинговых исследований энергетических агентств и исследования ученых в Европе и в США [86,108] свидетельствуют о том, что турбодетандеры на настоящий момент могут реализовываться исключительно как демонстрационные проекты [52], в основном, с государственной или грантовой финансовой поддержкой. В целом, можно выделить несколько основных факторов, ограничивающих процесс дальнейшего развития и повсеместного внедрения ДГА:

1. Высокая стоимость установок ДГА, длинные периоды окупаемости, техническая сложность установок, необходимость разработки индивидуальных технических решений.

2. Низкие температуры на выходе из ДГА, необходимость источника теплоты для подогрева газа или установки, использующей холод после ДГА.

3. Широкий диапазон параметров газа на входе/выходе объектов газотранспортной системы, сложности в создании унифицированного мощностного ряда установок.

4. Существенное изменение параметров газа (давления и, в особенности, расхода) в течение года на газораспределительных станциях (ГРС), что определяет переменные режимы работы как основные для ДГА.

5. Высокая загрязненность и эрозионная активность рабочего тела.

Для дальнейшего развития рынка ДГА малой мощности необходимо, во-первых, нахождение технологически реализуемого, термодинамически эффективного и экономически целесообразного источника теплоты для подогрева газа, что чаще всего требует интеграции ДГА в более сложные системы, например, мини-ТЭЦ, системы тригенерации или системы на основе возобновляемых источников энергии. Текущая работа не посвящена углубленной проработке этих вопросов, анализ схемных решений в части применения различных источников теплоты приводятся во многих исследованиях, их краткий обзор приведен ниже в разделе 1.2.

Далее, учитывая многообразие начальных параметров ГРС, необходима оценка наиболее распространенных значений потенциала генерации. В сопоставлении с типовыми значениям потребления электрической мощности на станциях может быть предварительно определен мощностной ряд ДГА. Этому анализу посвящен раздел 1.3.

С другой стороны, совершенно очевидно, что необходимо идти по пути снижения сложности установок и их стоимости, при этом повышая эксплуатационные показатели в части эрозионной стойкости, снижения требований к качеству рабочего тела и устойчивой работы в широком диапазоне режимов. Под устойчивостью работы понимается устойчивость режима течения, определяющего надежное вибрационное состояние машины при глубоко частичных режимах работы, а также стабильность во времени параметров на входе и выходе установки. Последний момент становится важным, принимая во внимание установленные до и после ДГА регуляторы давления ГРС, чувствительные к малейшим изменениям параметров газа. Раздел 1.4 посвящен определению конструктивного облика, отвечающего сформулированным выше требованиям, как установки ДГА в целом, так и турбины в частности.

1.1. Оценка потенциала выработки электрической энергии на объектах газотранспортной системы с помощью детандер-генераторных агрегатов

На настоящее время выполнено множество оценок потенциала давления сжатого газа на объектах газотранспортной системы. В данном разделе выполнен краткий обзор публикаций, в которых приводятся такие оценки.

Потенциал выработки электрической энергии с помощью ДГА в США оценивается в 21 ТВтч в год или 11% от суммарных затрат на транспорт газа [80].

Простые оценки потенциала использования давления газа в Канаде, приведенные в работе C.Howard [72], дают не менее 172 МВт установленной электрической мощности ДГА или около 1,4 ТВтч в год, принимая время работы агрегатов 8 000 часов в год. Более точные оценки, выполненные для района Канады Province of Alberta [56], дают около 60 МВт

доступного для использования потенциала давления, при этом единичная мощность ДГA в основном не превышает 500 кВт.

С 2009 года в Aнглии реализуется проект по созданию мини-ТЭЦ на биотопливе, работающих в связке с ^A [ 1G1 ]. Каждая такая станция проектируется на 20 МВт электрической мощности, а оценки возможности тиражирования таких станций по всей Aнглии дают не менее 1 ГВт установленной электрической мощности при КПД около 70%.

Обзор потенциала ^A, работающих без включения в состав мини-ТЭЦ для Aнглии дает не менее 390 МВт электрической мощности, при этом, суммарное значение потенциала не включает станции, на которых потенциал генерации не превышает 100 кВт [57].

Для региона Парана в Бразилии оценки потенциала утилизации давления газа на ГРС, выполненные специалистами Federal University of Paraná и Federal University of Rio Grande [9В] показывают возможность выработки 0,6 МВт электрической энергии при использовании турбодетандеров или по 2,4 МВт тепла и холода при использовании вихревых труб.

Газотранспортная система Дании по оценкам Danish Gas Technology Centre [95] обладает потенциалом выработки 80 ГВтч электроэнергии при установленной мощности агрегатов от 5 кВт до 1 МВт.

Корейские ученые [111] оценивают электрическую мощность утилизации давления газа в Южной Корее в пределах 100 - 200 МВт, цифра подвержена сезонным колебаниям расхода газа.

По расчетам Egyptian German High Level Joint Committee for Renewable Energy, Energy Efficiency and Environmental Protection [51], в Египте утилизация давления газа позволит получить 92 МВт электрической мощности, или 800 ГВтч электрической энергии каждый год, при этом мощность единичных установок на объектах газотранспортной системы варьируется в диапазоне от 70 кВт до 5,8 МВт.

Оценки, выполненный газовыми компаниями Ирана [49], показывают для типовой ГРС с суточным расходом 120 тыс. м3 потенциал выработки 1,8 МВт или 6 000 МВтч в год. Грубая экстраполяция на суммарное потребление газа Ираном 70 млрд. м в год дает около 121 МВт установленной электрической мощности или 405 ГВтч годовой выработки.

В Пакистане с его небольшим потреблением газа около 45 млрд м в год [5З], установленная мощность ^A оценивается всего в 6,32 МВт [1G5]. Aвторы принимали в учет только ГРС с потенциалом выработки электрической энергии не менее 140 кВт.

В Бангладеш оценки, произведенные Bangladesh University of Engineering and Technology [9G], показывают потенциал генерации электрической энергии от 150 до 500 кВт для скважин, после которых производится редуцирование газа от пластового давления до рабочего давления подготовки газа к транспорту; и от 200 кВт до 5 МВт на газораспределительных станциях.

Оценка суммарного потенциала по стране автором статьи не производилась. Однако, учитывая потребление природного газа страной около 27 млрд. м [53] в год, потенциал в абсолютных значениях представляется небольшим.

Как видно из приведенного обзора, тематика использования ВЭР считается актуальной не только в газодобывающих странах, но также и в странах, производящих импорт природного газа. На рисунке 1.2 приводится карта с отмеченными значениями потенциальной электрической мощности, генерируемой на ДГА. Нанесены значения из публикаций, перечисленных выше. При отсутствии данных для некоторых стран примерная оценка потенциальной мощности выполнена автором.

Рисунок 1.2 - Потенциал генерации электрической мощности на ДГА

1.2. Подогрев газа перед ДГА, необходимость и возможные решения

Природный газ на входе в ДГА имеет температуру близкую к температуре грунта, типичный диапазон температур +2...+15°С, большие значения соответствуют летним месяцам. В турбине происходит процесс расширения с выработкой полезной работы, энтальпия газа снижается, что приводит к снижению температуры до значений -40...-70°С. Падение температуры будет тем более значительным, чем выше КПД расширительной машины по полным параметрам ц^1, формула (1.1). Процесс расширения в Т-б диаграмме представлен на

рисунке 1.3.

н 0

где Нв - действительный перепад энтальпии на ступень, Дж/кг; Н0 - располагаемый перепад энтальпии на ступень, Дж/кг.

(11)

т

Р вх

2' Без подогрева

S

Рисунок 1.3 - Диаграмма рабочего процесса в ДГА с подогревом газа и без

1 В международной номенклатуре турбинных КПД фигурирует понятие nt-s, или total-to-static efficiency. В российской номенклатуре это эквивалентно так называемому внутреннему относительному КПД [40]. В работе для унификации принято обозначение международной системы.

Рассмотрим процесс расширения в турбине ДГА с перепадом давления с 1,9 до 0,6 МПа и температурой газа на входе +15°С, рисунок 1.4. Как видно по диаграмме, только при значении внутреннего КПД турбины ^=0,1 температура в конце процесса расширения превышает +5°С.

Рисунок 1.4 - Диаграмма рабочего процесса в ДГА с перепадом давления 1,9 - 0,6 МПа и

температурой на входе +15°С

В результате снижения температуры до отрицательных значений (Т2<0°С) происходит кристаллизации воды, растворенной в газе. Лед может приводить к поломке клапанов и другой арматуры газораспределительных станций, загромождать проходные сечения трубопроводов вплоть до полного их закрытия. Наконец, обледенение чрезвычайно опасно для вращающихся с высокой скоростью турбомашин ввиду возможности их разбалансировки, задевания вращающихся частей об лед, разрушения уплотнений, эрозионного эффекта.

Для исключения получения отрицательных температур в конце процесса расширения газ необходимо подогревать. Но подогрев требует дополнительных затрат энергии. Возможно реализация схем с простым подогревом газа за счет сжигания органического топлива. В этом

случае формально абсолютный электрический КПД щэ, вычисляемый как отношение выработанной электрической энергии к подведенной теплоте, формула (1.2), будет высок, находясь в диапазоне 50.70%, но такая компоновка ДГА не может считаться энергосберегающей, так как требует дополнительно сжигания топлива.

Электрический подогрев за счет вырабатываемой ДГА мощности также нецелесообразен, требуя мощности большей, чем ДГА вырабатывает. Для пояснения обратимся к рисунку 1.3. Температуры газа на входе в ГРС в зависимости от сезона составляют от +2 до +15 °С. Температура в конце процесса расширения будет зависеть от срабатываемого перепада, составляя от -40 до -70°С. С другой стороны, температура на выходе должна составлять не менее +5 °С, в противном случае велика опасность образования льда в системе за ДГА. Температура на выходе из ДГА, таким образом, должна быть примерно равна температуре на входе. Для этого потребуется подведение теплоты, эквивалентной располагаемой работе ДГА. А с учетом того, что внутренний КПД всегда меньше единицы, полезная работа всегда будет меньше работы располагаемой, а, следовательно, генерируемая мощность будет меньше подведенной теплоты, в данном случае, подведенной с помощью электрической энергии.

Предпочтительным вариантом становится использование теплоты технологических процессов или сбросной теплоты энергетических установок традиционной и возобновляемой энергетики. Выбор источника теплоты, как показывает практика, непосредственно связан с мощностью установки.

Для ДГА большой мощности целесообразно применение теплоты технологических процессов традиционной энергетики (ТЭЦ, мини-ТЭЦ, системы тригенерации) или сбросной теплоты производственных процессов. Описаны также решения с внедрением турбодетандера в технологический процесс газокомпрессорной станции, а также с использованием низких температур газа на выходе из ДГА для работы промышленных холодильных установок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Смирнов, Максим Викторович, 2018 год

ЛИТЕРАТУРА

1) Автономная энергоустановка, утилизирующая сбросную теплоту газотурбинных агрегатов / Н.А. Забелин, А.А. Себелев, М.В. Смирнов, А.С. Сайченко // Газовая промышленность. 2016. №9 (743). С. 28 - 36.

2) Брыкин Б.В., Евдокимов И.Е. Численное моделирование эксперимента по исследованию течения в лабиринтном уплотнении // Электронный журнал «Труды МАИ». - Выпуск № 61 [Электронный ресурс] // URL: www.mai.ru/science/trudy/ (дата обращения: 11.07.2018).

3) Буглаев В.Т. Сотовые уплотнения в турбомашинах: Монография / Буглаев В.Т., Климцов А.А., Перевезенцев В.Т., Перевезенцев С.В. и др. 2-е изд., перераб. и доп. Брянск: изд-во БГТУ, 2006. 192с.

4) Ванеев С., Финкельштейн З. Области рационального использования пневмоагрегатов с вихревыми и струйно-реактивными турбинами // MOTROL journal. 2011. Выпуск 13. С. 128 -137.

5) Вести FM [Электронный ресурс] // URL: http://radiovesti.ru/article/show/article_id/212165 (дата обращения: 10.07.2018).

6) Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Щур М.Л. Моделирование турбулентности при расчетах сложных течений: учеб. пособие. СПб: изд-во Политехн. ун-та, 2012. 88 с

7) Гатауллина А.Р. Повышение энергоэффективности системы газоснабжения за счет утилизации вторичных энергетических ресурсов: дисс. ... канд. техн. наук. Уфа, 2016.

8) Гетало В.В. Совершенствование систем редуцирования давления путем применения струйно-реактивных пневмоагрегатов: дисс. . канд. техн. наук. Сумы, 2014.

9) Гоголев И.Г., Дроконов А.М. Аэродинамические характеристики ступеней и патрубков тепловых турбин. Брянск: Грани, 1995. 258с.

10) Гуськов Ю.Л. Повышение эффективности работы ТЭЦ на основе внедрения детандер-генераторных агрегатов: дисс. ... канд. техн. наук. М., 1997.

11) Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков. М.: Энергия, 1970. 384 с.

12) Дейч М.Е., Трояновский Б.М. Исследования и расчеты ступеней осевых турбин. М., Машиностроение, 1964. 626 с.

13) Епифанов А.А. численное моделирование трехмерного течения в решетках и ступенях малорасходных турбин ЛПИ: дисс. ... канд. техн. наук. СПб, 2012.

14) Жигулина Е.В. Повышение эффективности использование избыточного давления природного газа на основе рационального выбора системы подогрева: дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 2011.

15) Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

16) Ильичев В.Ю., Ибрагимов С.В. Влияние угла наклона гребней лабиринтных уплотнений турбин на протечки пара // Электронный журнал: наука, техника и образование. 2017. № СВ2 (13). С. 15 - 22.

17) Использование вихревых турбин в целях энергосбережения / Ванеев С.М., Марцинковский В.С., Овсейко И.В. и др. // Вюник Сумського державного ушверситету. Серiя Техшчш науки. 2005. №1(73). С. 102-108.

18) Исследование особенностей течения в малорасходных турбинных ступенях конструкции ЛПИ / Н.А. Забелин, Г.Л. Раков, В.А. Рассохин, А.А. Себелев, М.В. Смирнов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2013. №1 (166). С. 45 - 53.

19) Кириллов И. И. Теория турбомашин. Л.: Машиностроение, 1964. 512 с.

20) Куличихин В.В., Лазарева О.О. Современное состояние применения турбодетандеров на газопотребляющих промышленных объектах // Новости теплоснабжения. 2010. №10 (122). Журнал выпускается в электронном виде [Электронный ресурс] // URL: http://www.ntsn.ru/ (дата обращения: 10.07.2018).

21) Кулагина О.В. Повышение энергоэффективности системы газоснабжения при внедрении энергохолодильных комплексов: дисс. ... канд. техн. наук. Уфа, 2016.

22) Лапшин К.Л. Теория турбомашин. Комплект лекций: Учебное пособие. СПб.: изд-во Политехнического университета, 2016. 102с.

23) Макаров А.А., Зайцев Н.Н. Инженерные и теоретические задачи применения лабиринтных уплотнений в высокоскоростных роторных машинах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2015. № 3 (42). С. 61-81.

24) Мигай В.К. Влияние шероховатости на эффективность диффузоров // Изв. вузов. Энергетика. 1970. №8. С. 62-64.

25) Наталевич А.С. Воздушные микротурбины. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1979. 192 с.

26) Носов В.В. Исследование малоразмерных одноступенчатых безлопаточных турбин.: дисс. . канд. техн. наук. Л., 1979.

27) Официальный сайт АО «ТУРБОХОЛОД» [Электронный ресурс] // URL: http://www.turbokholod.ru/content/c6-page1.html (дата обращения: 10.07.2018).

28) Официальный сайт компании GasControl [Электронный ресурс] // URL: http://www.gascontrol.cz/en/produkty/expanzni-turbina.html (дата обращения: 10.07.2018).

29) Официальный сайт компании Fluitech Systems [Электронный ресурс] // URL: http://fluitech.com.ua/turbodetanderyi-i-parovyie-turbogeneratoryi-na-baze-struyno-reaktivnyih-turbin/ (дата обращения: 10.07.2018).

30) Официальный сайт НПП «ГАЗЭЛЕКТРОПРИБОР» [Электронный ресурс] // URL: http://detander.com/turbodet/ (дата обращения: 10.07.2018).

31) Официальный сайт ПАО «Газпром» [Электронный ресурс] // URL: http://www.gazprom.ru/about/production/transportation/ (дата обращения: 10.07.2018).

32) Перельман Р.Г. Нестеренко В.Г. Любатуров А.М. Исследование газодинамической эффективности лабиринтных уплотнений ГТД с профильной стенкой статора// Изв. Вузов. Авиационная техника. 1983. №1. С. 105 - 108.

33) Разработка и создание турбогенераторных установок электрической мощностью 1 и 30 кВт, использующих энергию сжатого природного газа газотранспортной системы России. Этап 1: отчет в рамках выполнения ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». СПб, Политехнический университет, 2015. 260 с.

34) Расчет предельной газодинамической нагрузки одноступенчатой турбины высокого давления двухконтурного двигателя / Белова С.Е., Богомолов Е.Н., Яковлева, С.Ю. Немтырева И.А. // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2014. № 36. С. 6 -21.

35) Родин К.Г., Носов В.В., Раков Г.Л. Газодинамические характеристики сопловых аппаратов с цилиндрическими соплами парциальных сверхзвуковых турбин // Изв. вузов СССР. Серия: Энергетика. 1981. № 4. С. 106 - 109.

36) Розенберг Г.Ш. Судовые центростремительные газовые турбины. Л.: Судостроение, 1964. 247 с.

37) Себелев А.А. Исследование влияния основных геометрических соотношений соплового аппарата на его эффективность: дисс. ... магистра. СПб, 2013.

38) Себелев А.А., Смирнов М.В. Исследование течения в турбинных ступенях туннельного типа // Климовские чтения-2012: перспективные направления развития предприятий авиадвигателестроения: сборник докладов международной научно-технической конференции. СПб.: изд-во Политехн. ун-та, 2012. 392с.

39) Себелев А.А. Совершенствование малоразмерных турбин с осесимметричными соплами: дисс. ... канд. техн. наук. СПб, 2017.

40) Турбины тепловых и атомных электрических станций: Учебник для вузов / Костюк А.Г., Фролов В.В., Булкин А.Е., Трухний А.Д; Под редакцией А.Г. Костюка, В.В. Фролова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство МЭИ, 2001. 488 с.

41) Фарафонов Д.П. Перспективы развития и применения истираемых уплотнительных материалов из металлических волокон в проточном тракте турбины авиационных двигателей / Фарафонов Д.П., Мигунов В.П., Деговец М.Л., Алешина Р.Ш. // Авиационные материалы и технологии. 2015. №3. С. 51 - 59.

42) Фокин Г.А. Методология создания автономных турбинных источников электрической энергии, использующих энергию сжатого природного газа для собственных нужд газотранспортной системы России: дисс. ... д-ра техн. наук. СПб, 2015.

43) Харисов И.С. Расчетно-экспериментальное обоснование выбора характеристик, конструктивных схем и практическая реализация микротурбодетандерных генераторов электрической энергии для собственных нужд газораспределительных станций: дисс. ... канд. техн. наук. СПб, 2013.

44) Черников В.А. Повышение эффективности входных трактов, ступеней и выходных диффузоров стационарных газовых турбин для комбинированных газопаровых установок: дисс. . д-ра техн. наук. СПб, 2012.

45) Шерстюк А.Н., Зарянкин А.Е. Радиально-осевые турбины малой мощности. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1976. 208 с.

46) Aalburg C., Simpson A., Schmitz M.B., Michelassi V., Evangelisti S., Belardini E., Ballarini V. Design and testing of multistage centrifugal compressors with small diffusion ratios // Journal of Turbomachinery. 2012. Vol. 134(2). Paper No. 041019.

47) Analysis of gas expander substituting for natural gas valve in a natural gas pressure regulating station/ Xiaxi LI, Yaxuan Xiong, Linlin Xing, Bo LI, Hui ZHANG, Di QIAN, Rong Liu // Proceedings of International Conference on Advances in Energy, Environment and Chemical Engineering (AEECE-2015), Changsha, China, 2015.

48) A new design for natural gas pressure reduction points by employing a turbo expander and a solar heating set / Arabkoohsar A., Farzaneh-Gord M., Deymi-Dashtebayaz M., Machado L., Koury R.N.N. // Renewable Energy. 2015. Volume 81. P. 239 - 250. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.03.043

49) Ardali E.K., Heybatian E. Energy regeneration in natural gas pressure reduction stations by use of gas turbo expander; evaluation of available potential in Iran // Proceedings of 24th World Gas Congerence, Argentina, 2009.

50) Beaubien C.-A., Dumas G., Boutet-Blais G., Detached-Eddy Simulations of the Flow Structures Underneath a Francis Turbine Runner // Proceedings of 21th Annual Conference of the CFD Society of Canada, Sherbrooke, Canada, 2013.

51) Boosting Capacity of Electric Generation through the use of Turbo-Expanders in Natural Gas Network: Technical report. Egyptian-German High Level Joint Committee for Renewable Energy. Energy Efficiency and Environmental Protection; Electric Utility and Consumer Protection Regulatory Agency, Egypt, Giza, 2013. 50p.

52) Borelli D., Devia F., Brunenghi M. M., Schenone C., Spoladore A. Waste Energy Recovery from Natural Gas Distribution Network: CELSIUS Project Demonstrator in Genoa // Sustainability. 2015. №7. P. 16703 - 16719.

53) British Petroleum Company. BP Statistical Review of World Energy London: British Petroleum Co, 2016.

54) Burton, Z., Ingram, G. L., and Hogg, S. A Literature Review of Low Pressure Steam Turbine Exhaust Hood and Diffuser Studies // ASME Journal of Engineering and Gas Turbines Power. 2013. 135(6). Paper number 062001.

55) Chaczykowski M., Osiadacz A.J., Uilhoorn F.E. Exergy-based analysis of gas transmission system with application to Yamal-Europe pipeline // Applied Energy. 2011. Volume 88 (Issue 6). P. 2219-2230. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.12.045.

56) Cleveland A. Turbo Expanders for Energy Recovery; Design and Installation of a 250 Kw Unit // Proceedings of ASME. Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. - 2001. -Volume 3(), 1988:V003T07A006, doi:10.1115/88-GT-266.

57) Cleveland T., Mokhatab S. Energy Recovery At Pressure Regulating Stations // Pipeline & Gas Journal. Volume 241(Issue 6). Журнал выпускается в электронном виде [Электронный ресурс] // URL: https://pgjonline.com/2014/06/30/energy-recovery-at-pressure-regulating-stations/ (дата обращения: 10.07.2018).

58) Cramer M.S., Fry R.N. Nozzle flows of dense gases // THE PHYSICS OF FLUIDS A: Fluid Dynamics. 1993. Issue 5. P. 1246 - 1259.

59) Denton J.D. Some limitations of turbomachinery CFD // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. GT2010, Glasgow, UK, 2010. GT2010-22540.

60) Design and experimental investigation of a single-stage turbine with a rotor entering relative Mach number of 2: Technical Report. RM E58F20a / Moffit, T P. NASA, Cleveland, Ohio, 1958.

61) Dorney D.J., Griffin L.W., Gundy-Burlet K.L. Simulations of the flow in supersonic turbines with straight centerline nozzles // Journal of Propulsion and Power. 1999. Vol. 16. P. 370 - 375.

62) Economic assessment of a hybrid turboexpander-fuel cell gas energy extraction plant / Darabi A., Shariati A., Ghanaei R., Soleimani A. // Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences. 2016. № 24(3). P. 733 - 745.

63) Effect of nozzle geometry on off-design performance of partial admission impulse turbines: Technical Report. Aer. No. 486 / Barber R.E., Schultheiss M.J. Sundstrand aviation, Division of Sundstrand Corporation, 1967.

64) Experimental and numerical validation study of the labyrinth seal configurations / Szymanski A., Dykas S., Wroblewski W., Fr^czek D., Marugi K. // Proceedings of 12th European Conference on Turbomachinery Fluid Dynamics & Thermodynamics. ETC12, Stockholm, Sweden, 2017. ETC2017-340.

65) Experimental Investigation of Geometrical Parameters on the Pressure Recovery of Low Pressure Steam Turbine Exhaust Hoods / Finzel C., Schatz M., Casey M.V., Gloss D. // Proceedings of ASME Turbo Expo, Vancouver, Canada, 2011. Paper No. GT2011-45302.

66) Gardzilewicz A. Numerical investigations of the turbinelast stage - exhaust hood flow // Web publication [Электронный ресурс] // URL: https://www.researchgate.net/publication/267560268_NUMERICAL_INVESTIGATI0NS_ 0F_THE_TURB INE_LAST_S TAGE_-EXHAUST_HOOD_FLOW, (дата обращения: 11.07.2018).

67) Gougeon P., Ngo Boum G. Zonal detached-eddy simulation approach vs. Urans for the prediction of the flow field through a low pressure vane located downstream of a transonic high pressure turbine // Proceedings of ASME Turbo Expo 2015, Montréal, Canada, 2015.

68) Gourdain N. High-performance computing of gas turbine flows: current and future trends: PHd thesis, Laboratoire de M'ecanique des Fluides et d'Acoustique, Lyon, France, 2011.

69) Hoffmann J.A. Effects of free-stream turbulence on diffuser performance // Transactions of the ASME, Journal of Fluids Engineering. 1981. Vol. 103. P. 385-390.

70) Hosseini S.M., Vogt D.M., Fruth F., Fransson T.H. Effect of scaling of blade row sectors on the prediction of aerodynamic forcing in a highly-loaded transonic turbine stage // Proceedings of ASME Turbo Expo 2011,Vancouver, British Columbia, Canada, 2011.

71) Howard C., Oosthuizen P., Peppley B. An investigation of the performance of a hybrid turboexpander-fuel cell system for power recovery at natural gas pressure reduction stations // Applied Thermal Engineering. 2011. Volume 31, Issue 13. P. 2165 - 2170. https://doi .org/10.1016/j. applthermaleng.2011.04.023.

72) Howard C.R. Hybrid turboexpander and fuel cell system for power recovery at natural gas pressure reduction stations: Master's thesis, Queen's University, Kingston, Ontario, Canada, 2009.

73) Jaffe A.M. The Millennium Grand Challenge in Mathematics // Notices of the American Mathematical Society. Volume 53, Number 6. P. 652 - 660.

74) Jongen T., Gatski, T. B. General Explicit Algebraic Stress Relations and Best Approximation for Three-Dimensional Flows // International Journal of Engineering Science. 1998. Vol. 36. P. 739 - 763.

75) JunYu L., Shun K. Investigation of film cooling on the leading edge of turbine blade based on detached eddy simulation // Science China Technological Sciences. 2012. Volume 55, Issue 8. P. 2291 - 2198.

76) Kastner L. J., Bhinder F. S. A Method for Predicting the Performance of a Centripetal Gas Turbine Fitted with a Nozzle-Less Volute Casing // Proceedings of ASME 1975 International Gas Turbine Conference and Products. Houston, Texas, USA, 1975. Paper No. 75-GT-65

77) Kostowski W. The Possibility of Energy Generation within the Conventional Natural Gas Transport System // Strojarstvo. 2010. №52(4). P. 429 - 440.

78) Large eddy simulation of a high pressure turbine stage: effects of sub-grid scale modeling and mesh resolution / Papadogiannis D., Duchaine F., Sicot F., Gicquel L., Wang G., Moreau S. // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014, Düsseldorf, Germany, 2014.

79) Laws of flow in rough pipes: Technical Memorandum / J. Nikuradse Washington: Naca, 1950. 62p.

80) Lehman B., Worrell E. Electricity Production from Natural Gas Pressure Recovery Using Expansion Turbines // Proceedings of 2001 ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry 2. 2001. P. 24-27.

81) Maddaloni J. D., Rowe A. M. Natural gas exergy recovery powering distributed hydrogen production // International Journal of Hydrogen Energy. 2007. №32. P. 557 - 566.

82) Meister K., Lutz T., Kramer E. Simulation of a 5MW wind turbine in an atmospheric boundary layer // Journal of Physics: Conference Series. 2014. №555.

83) Menzies K. Large eddy applications in gas turbines // Philosophical Transactions the Royal Society. 2009. №367. P. 2827 - 2838.

84) Modeling the Flow in the Exhaust Hood Steam Turbines Under Consideration of the Turbine-Exhaust Hood Interaction/ Benim A. C., Geiger M., Doehler S., Schoenenberger H., Roemer H.// VDI Berichte. 1995. Issue 1185. P. 343 - 357.

85) Novel blade-free turbomachine concept for microgasturbine engine applications / Soudarev A., Souryaninov A., Tikhoplav V., Molchanov A., Avran P., Lelait L. // PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL GAS TURBINE CONGRESS, TOKYO, 2003

86) Osiadacz A.J., Chaczykowski M., Kwestarz M. An evaluation of the possibilities of using turboexpanders at pressure regulator stations // Journal of power technologies. 2017. №97(4). P. 289 - 294.

87) Performance assessment of a natural gas expansion plant integrated with a vertical ground-coupled heat pump / Ghezelbash R., Farzaneh-Gord M., Behi H., Sadi M., Khorramabady H.S. // Energy. 2015. Volume 93, Part 2. P. 2503 - 2517. https://doi.org/10.1016Zj.energy.2015.10.101.

88) Poiseulle J.L.M. Recherches expérimentales sur le mouvement des liquides dans les tubes de très-petits diam êtres / Poiseulle J.L.M. Imprimerie Royale, 1844. - 111p.

89) Pozivil J. Use of Expansion Turbines in Natural Gas Pressure Reduction Stations // Acta Montanistica Slovaca. - 2010. - №3(9). - P. 258 - 260.

90) Rahman M.M. Power generation from pressure reduction in the natural gas supply chain in Bangladesh // Journal of Mechanical Engineering. 2010. Vol. ME 41, No. 2. P. 89 -95.

91) Rice W. An Analytical and Experimental Investigation of Multiple-Disk Turbines // ASME. J. Eng. Power. 1965. №87(1). P. 29 - 36. doi:10.1115/1.3678134

92) Rotary seal, Ackermann W. United States Patent №4218066, 19 August 1980.

93) Rumsey C. L., Gatski T. B., Morrison J. H. Turbulence Model Predictions of Strongly Curved Flow in a U-Duct // AIAA Journal. 2000. Vol. 38, No. 8, P. 1394 - 1402. https://doi.org/10.2514/2.1115.

94) Shur M., Strelets M., Travin A., Spalart P. R. Turbulence modeling in rotating and curved channels: assessment of the Spalart-Shur correction term // AIAA Journal. 2000. V38, No 5. P. 784 - 792.

95) Small Scale -Zero Emission Gas Expansion: Project Report / Rasmussen N. Dansk Gas Technology Centre, 2010.

96) Smirnov M.V., Sebelev A.A., Zabelin N.A., Kuklina N.I. Effects of hub endwall geometry and rotor leading edge shape on performance of supersonic axial impulse turbine. Part I // Proceedings of 12th European Conference on Turbomachinery Fluid Dynamics & Thermodynamics. ETC12, Stockholm, Sweden, 2017. ETC2017-100.

97) Supersonic turbine design and performance: Technical Report. TM X-67961 / Goldman, L.J. NASA, Cleveland, Ohio, 1972.

98) Stanescu G., Errera M.R., Rocha LA.O. Energy recovering during gas pressure letdown process in natural gas pipeline transmission // Proceedings of 20th International Congress of Mechanical Engineering, Gramado-RS, Brazil, 2009.

99) Tafti D.K., He L., Nagendra K. Large eddy simulation for predicting turbulent heat transfer in gas turbines // Philosophical Transactions the Royal Society. 2014. №372. P. 1 - 11.

100) Tao Т. Finite time blowup for an averaged three-dimensional Navier-Stokes equation // Journal of the American Mathematical Society. 2016. Issue 29. P. 601 - 674.

101) The Guardian paper: international edition [Электронный ресурс] // URL: https://www.theguardian.com/environment/2009/jan/06/gas-energy-pressure (дата обращения: 10.07.2018).

102) The Experimental Investigation of the Influence of the Flow Swirl and Tip Clearance Jet on Aerodynamic Characteristics of Exhaust Hoods / Tajc L., Bednar L., Sikova I., Feldberg L.

A., Goudkov E. I. // Engineering Mechanics, SKODA Power. 2006. -P. 1-10.

103) The performance of supersonic turbine nozzles: Technical Report. RM No. 3273 / Stratford

B.S., Sansome G.E. London, Ministry of aviation, 1959.

104) Thompson P A. A Fundamental Derivative in Gasdynamics // THE PHYSICS OF FLUIDS. - 1971. - Volume 14, Number 9. - P. 1943 - 1849.

105) UNAR I.N., AFTAB A., ABRO M. Estimation of Power Production Potential from Natural Gas Pressure Reduction Stations in Pakistan Using ASPEN HYSYS // Mehran University Research Journal of Engineering & Technology. 2015. Volume 34, No. 3. P. 301 - 308.

106) U.S. Energy Information Administration. International Energy Outlook 2017.

107) Viswanathan A.K. Detached Eddy Simulation of Turbulent Flow and Heat Transfer in Turbine Blade Internal Cooling Ducts: Doctoral thesis, Virginia Polytechnic Institute, Blacksburg, Virginia, USA, 2006.

108) Waste Energy Recovery Opportunities for Interstate Natural Gas Pipelines: Technical Report / B. A. Hedman - Energy and Environmental Analysis, Inc., 2008. 28p.

109) Whitfield A. The Preliminary Design of Radial Inflow Turbines // Journal of Turbomachinery. 1990. 112(1). P. 50-57.

110) Xingsu L., Kunyuan P., Zuomin W. Aerodynamic Design and Experimental Study of Marine Gas Turbine Exhaust Volutes // Proceedings of ASME 1981 International Gas Turbine Conference, Houston, Texas, USA, 1981. Paper number 81-GT-143.

111) Yoo Han Bit, Hong Seongho, Kim Hyo. Feasibility Study of Pressure Letdown Energy Recovery from the Natural Gas Pressure Reduction Stations in South Korea // Journal of the Korean Institute of Gas. 2015. Volume 19, No. 3. P. 9 -17.