Газотурбинные установки могут служить приводами для нагнетателей природного газа, а также генераторов электрического тока. (стр. 1 из 14)

Газотурбинные установки могут служить приводами для нагнетателей природного газа, а также генераторов электрического тока. Малые удельные металлоёмкость и трудоёмкость, хорошая маневренность, высокая степень автоматизации управления и эксплуатационная надежность, обусловили распространение ГТУ на воздушном и морском транспорте. Применительно к газовой промышленности важны следующие достоинства ГТУ: низкая стоимость установленного киловатта при компактности агрегата; высокая быстроходность и любая необходимая для компрессорной станции единичная мощность; простота регулирования нагрузки за счёт переменной частоты вращения; способность заметно увеличивать располагаемую мощность в холодное время года, когда потребление газа возрастает; достаточно простая автоматизация обслуживания; продолжающийся заметный прогресс ГТУ в повышении экономичности, надежности конструкции.

Полезная мощность ГТУ составляет сравнительно небольшую долю от мощности турбины. Долю полезной мощности можно увеличить подняв температуру газа перед турбиной или снизив температуру воздуха, засасываемого компрессором. В первом случае возрастает работа расширения (используемый теплоперепад) газа в турбине, во втором – уменьшается работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре. Оба способа приводят к увеличению доли полезной мощности. Полезная мощность ГТУ зависит также от аэродинамических показателей проточных частей турбины и компрессора: чем меньше аэродинамические потери в турбине и компрессоре, тем большая доля мощности газовой турбины становится полезной.

Эффективность ГТУ в сравнении с другими тепловыми двигателями обнаруживается только при высокой температуре газа и высокой экономичности турбины и компрессора. Поэтому простой по принципу действия газотурбинный двигатель стали применять в промышленности позднее других тепловых двигателей, после того как был достигнут прогресс в технологии жаропрочных материалов и накоплены необходимые знания в области аэродинамики турбомашин.

Современная тенденция в развитии ГТУ состоит в повышении начальной температуры и давления рабочих газов при простых схемных решениях. Применение специального охлаждения горячих деталей и жаропрочных материалов позволило поднять температуру рабочих газов до 850 ⁰С для базовых и до 950 ¸ 1000 ⁰С для пиковых установок. Дальнейший прогресс в этой области связан с совершенствованием систем охлаждения и, в первую очередь, способов охлаждения рабочих лопаток газовых турбин, а также с разработкой новых жаропрочных материалов. Ближайшее десятилетие ожидается дальнейший рост единичных мощностей энергетических ГТУ и повышение начальной температуры газа.

При разработке и эксплуатации газотурбинных газоперекачивающих агрегатов необходимы знания тепловых и газодинамических процессов, происходящих в элементах агрегата, вопросов статической и динамической прочности элементов.

В данном курсовом проекте разработана многоступенчатая газовая турбина, которая может быть использована на линейных компрессорных станциях.

Перечень листов графических документов

Название чертежа	Обозначение	Формат
Газовая турбина мощностью 35 МВт	101400.411410.408А. А16.01	А1
Лопатка рабочая	101400.411410.408А. А16.02	А1

Основные условные обозначения, индексы и сокращения

Условные обозначения:

а – скорость звука;

в, В – хорда, ширина лопатки;

с, w – скорость в абсолютном, относительном движении;

С_р –удельная теплоёмкость;

D, D_l – диаметр, веерность;

F, f – площадь венца, площадь поперечного сечения лопатки;

G – массовый расход;

H, h - теплоперепад в турбине, в ступени;

k -показатель адиабаты;

l - высота лопатки;

M - чило Маха;

N, n – мощность, частота вращения;

p - давление;

S, d - осевой зазор и радиальный зазоры;

T,t - температура (К, ⁰С);

v- удельный обьём;

z - число ступеней;

a, b - угол потока в абсолютном движении и в относительном движении;

g - угол раскрытия проточной части;

e - коэффициент потерь;

h -КПД;

p - степень понижения давления;

r - степень реактивности;

j,y - коэффициент скорости в соплах, на рабочих лопатках;

w -угловая частота вращения.

Индексы и сокращения:

^* - по заторможенным параметрам;

1 - на выходе из сопел, на входе в рабочие лопатки;

2 - на выходе из рабочих лопаток;

а - осевая;

u - окружная;

с - в абсолютном движении;

w - в относительном движении;

z - последней ступени;

ад. - адиабатический;

г - газа;

к - корневой;

л - лопатки;

н - наружный;

с - сопла;

р - рабочей лопатки;

расп - располагаемый;

ср - средний;

ст - ступени;

т - турбины, за турбиной.

Введение

В данном курсовом проекте производится расчёт и конструирование одновальной газовой турбины. В ходе работы производится определение числа ступеней, их газодинамический расчёт, рассчитываются на прочность лопатки и диск.

Также после проведения необходимых расчетов выполнено профилирование лопаток, эскиз проточной части, построены графики распределения газодинамических параметров по высоте ступени и треугольники скоростей.

Целью курсового проекта является определение проходных сечений сопловых и рабочих венцов ступеней турбины, геометрических характеристик направляющих и рабочих лопаток вдоль радиуса, КПД и мощности турбины.

Расчётная часть курсового проекта включает в себя:

1. газодинамический расчёт турбины;

2. расчёт на прочность элементов турбины;

3. определение основных размеров подшипника;

4. расчет входного и выходного патрубков, диффузора.

Исходные данные для расчета:

Температура газа перед турбиной: t₀ = 870 ⁰С;

Давление газа перед турбиной: р₀ = 1,52 МПа;

Полная мощность турбины: N = 35 МВт;

Частота вращения ротора: n = 6500 об/мин.

1. Газодинамический расчет турбины

1.1. Предварительный расчет

Целью предварительного расчета является определение расхода газа через турбину

и полезной мощности

Давление газа за турбиной:

Используя опыт предыдущего проектирования газовых турбин, принимаем:

КПД диффузорного входного патрубка:

;

скорость в выходном патрубке

;

скорость перед диффузором

;

плотность газа за турбиной

Потеря давления в диффузоре:

Полное давление газа за последней ступенью турбины:

Давление за последней ступенью турбины:

107326-185²∙0,582 / 2 = 97366 Па;

Полная мощность турбины N = 35 МВт;

Теплоемкость газовой смеси C_рт = 1,16 кДж/кг ^. К;

Показатель степени:

;

КПД турбины: