Газотурбинные установки могут служить приводами для нагнетателей природного газа, а также генераторов электрического тока. (стр. 10 из 14)
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| КПД турбины без потерь на трение |  | huт | - | 90,6% | |||
| Внутренний КПД турбины |  | hт | - | 89,7% | |||
| Общая мощность турбины |  | Nт | МВт | 35,28 | |||
| Мощность затрачиваемая на привод компрессора |  | Nк | МВт | 24,66 | |||
| Эффективная мощность |  | Ne | МВт | 10,62 | |||
2. Расчет на прочность элементов турбины
2.1. Выбор материалов основных деталей
(корпуса, ротора, рабочих лопаток)
Детали турбины испытывают как статические нагрузки, обусловленные действием потока рабочего тела на детали турбины, так и динамические, вызываемые повторяющимися импульсами, многократное действие которых приводит к усталостным разрушениям. Статические нагрузки вызываются действием ЦБС, передачей крутящего момента, давлением газов. Динамические силы и напряжения, связанные с колебаниями и определяющие длительную усталостную прочность деталей в рамках данного курсового проекта не рассматриваются. Основные детали, расчет которых будет произведен ниже – корпус, ротор, лопатки. Выбор материалов для этих элементов газотурбинной установки осуществляется по таблицам, приведенным в [5].
Основным параметром, влияющим на прочность лопаток, является температура, воздействующая на нее при работе. Так как лопатки первых ступеней работают при высоких температурах (в первой ступени свыше 8000С), то для них выбирается жаропрочный сплав ЭИ607 и ЭИ572 (первая и вторая ступени) [2]. Для лопаток третьей ступени также выбран сплав ЭИ572. Лопатки четвёртой ступени работают при более низких температурах, поэтому для них выбран сплав 25ХМ1Ф.
Корпус ГТУ воспринимает силовые нагрузки и защищен от контакта с высокотемпературными потоками тепловым экраном, но возможен прогрев корпуса до 7000С, поэтому для него выбран жаропрочный сплав ЭИ417.
На ротор действуют значительные механические напряжения в четвертой ступени и термические напряжения в первой ступени, поэтому для него выбран легированный сплав 20Х12ВНМФШ (ЭП428), обладающий высокими прочностными характеристиками.
Для расчета на прочность лопатки используется предел длительной прочности sДtt для времени работы t = 20000 часов. Для остальных деталей используется предел
текучести s0,2.
2.2. Определение толщины стенки корпуса
в части высокого давления
Корпус газотурбинной установки выполнен из стали 20Х23Н18 (ЭИ417). Расчёт корпуса ведется по участку, испытывающему наибольшее давление и температуру, Этим участком является входной патрубок.
.Перепад давлений, действующий на корпус:
.Внутренний радиус корпуса:
.
Допускаемые напряжения считаем по температуре
: 
.Толщина стенки корпуса турбины.
.Полученная величина толщины стенки корпуса выдержит перепад давления, действующий на неё, но она не сможет обеспечить необходимую жёсткость корпуса турбины, поэтому была принята толщина стенки корпуса 30 мм.
2.3. Расчет на прочность рабочей лопатки четвертой ступени
Рабочие лопатки газовых турбин – наиболее нагруженные детали газотурбинных установок. Лопатка нагружена центробежными силами (ЦБС), возникающими при вращении ротора, и газодинамическими силами (ГДС), обусловленными взаимодействием пера лопатки с потоком рабочего тела. Наиболее важную роль в статической прочности лопаток играют растяжения от действия ЦБС и изгиб от действия ГДС. Лопатка четвертой ступени имеет наибольшую длину, а, следовательно, и самые большие напряжения от ЦБС.
Расчет геометрических характеристик корневого, среднего и периферийного сечений рабочей лопатки произведен по рекомендациям представленным в [3]
Профиль корневого сечения, необходимый для расчета, представлен на рисунке 2.1.
Результаты расчета на прочность сведены в таблицу 2.1, координаты опасных точек и напряжения в них в таблицу 2.2.
Таблица 2.1.
Расчет на прочность рабочей лопатки четвертой ступени
| Наименование величины | Формула | Обозна-чение | Размер-ность | Значение |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Высота лопатки | Из газодинамического расчета | lp | м | 0,2146 |
| Радиус в корне |  | Rк | м | 0,400 |
| Радиус в периферии |  | Rп | м | 0,6146 |
| Площадь сечения в корне | Из приложения А | Fк | мм2 | 1463,2 |
| Площадь сечения в периферии | Из приложения Б | Fп | мм2 | 426,2 |
| Абсцисса центра тяжести | Из приложения А | Xц.т | мм | 53,9375 |
| Ордината центра тяжести | Из приложения А | Уц.т. | мм | 47,3078 |
| Момент инерции относительно оси х | Из приложения А | Ix | мм4 | 3405728 |
| Момент инерции относительно оси у | Из приложения А | Iy | мм4 | 4819912 |
Продолжение таблицы 2.1.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Полный момент инерции относительно осей ху | Из приложения А | Ixy | мм4 | 3814258 |
| Момент инерции относительно оси х1 |  | Ix1 | мм4 | 130741 |
| Момент инерции относительно оси у1 |  | Iy1 | мм4 | 562697 |
| Полный момент инерции относительно осей х1у1 |  | Ix1y1 | мм4 | 80316 |
| Максимальный момент инерции |  | Iz | мм4 | 562697 |
| Минимальный момент инерции |  | Ih | мм4 | 130741 |
| Угол ориентации главных Ц.О. |  | a | град | 10,5 |
| Коэффициент формы | Принимается | m | - | 0,5 |
| Плотность материала лопатки | Из газодинамического расчета | r | кг/м3 | 7820 |
| Угловая частота вращения ротора | Из газодинамического расчета | w | рад/с | 680,7 |
| ЦБС лопатки |  | Cк | Н | 292941 |
| Напряжения растяжения |  | sцбс | МПа | 200,2 |
| Число лопаток в решетке | Из профилирования ступени | Zл | шт | 57 |
| Расход газа через турбину | Из предварительного расчета | Gт | кг/с | 59,4 |
| Окружная проекция абсолютной скорости | Из газодинамического расчета | С1u | м/с | 463 |
| Окружная проекция абсолютной скорости | Из газодинамического расчета | C2u | м/с | 26 |
| Статическое давление перед РЛ | Из газодинамического расчета | Р1 | Па | 124468 |
| Статическое давление за РЛ | Из газодинамического расчета | Р2 | Па | 83971 |
| Изгибающий момент относительно главных Ц.О. |  | Mx1 | Н.м | 54,7 |
| Изгибающий момент относительно главных Ц.О. |  | My1 | Н.м | 14262 |
Продолжение таблицы 2.1.