Тепловой расчет судового газотурбинного двигателя

О мск 2003

Министерство транспорта Российской Федерации

Новосибирская государственная академия

водного транспорта

Омский филиал

Тепловой расчет судового

газотурбинного двигателя

Учебное пособие

Рекомендовано на заседании кафедры в качестве учебного пособия по дисциплине «Судовые тепловые двигатели» для студентов, обучающихся по специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок»

О мск 2003

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 7

Часть I. Методика выполнения теплового расчета судового газотурбинного двигателя (гтд) 9

1.1. ВЫБОР ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ГТД 9

1.2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ГТД 9

Энтальпия воздуха в точке 2 будет равна 13

Давление газов в точке 3 определяется по формуле 13

Энтальпия газов в точке 4 будет равна 15

Положение точки 4 на диаграмме определится по значению i₄, отложенному на изобаре Р₄. 15

Температура газов на выходе из турбины 15

Температура определяется из уравнения 17

1.3. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ПРОПУЛЬСИВНОЙ ТУРБИНЫ 18

. 19

- давление газа за турбиной ; 19

- температура газа за турбиной ; 19

- энтальпия газа за турбиной . 19

Расчет турбины начинают с определения числа ступеней по формуле 19

- теплоперепад, срабатываемый в одной ступени, кДж/кг. 19

1.3.1. Расчет параметров рабочего тела в первой ступени турбины 20

1.3.2. Расчет размеров основных элементов проточной части турбины 26

1.4. РАСЧЕТ ТУРБИНЫ КОМПРЕССОРА 28

Часть II. Пример теплового расчета судового газотурбинного двигателя 31

Глава 1. Пример расчета тепловой схемы газотурбинного двигателя 31

1.1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА НА ВХОДЕ В КОМПРЕССОР 31

1.2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА В КОНЦЕ ЕГО СЖАТИЯ В КОМПРЕССОРЕ (ТОЧКА 1) 32

1.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА НА ВЫХОДЕ ИЗ РЕГЕНЕРАТОРА (ТОЧКА 2) 33

1.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ НА ВЫХОДЕ ИЗ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ 34

1.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗА НА ВЫХОДЕ ИЗ ТУРБИНЫ КОМПРЕССОРА (ТОЧКА 4) 36

1.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗА ЗА ПРОПУЛЬСИВНОЙ ТУРБИНОЙ (ТОЧКА 5) 36

1.7. ПАРАМЕТРЫ ГАЗА ЗА РЕГЕНЕРАТОРОМ (ТОЧКА 7) 38

1.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ПРОПУЛЬСИВНОЙ ТУРБИНЫ 38

Глава 2. Пример расчета параметров рабочего тела в проточной части пропульсивной турбины 42

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ ТУРБИНЫ 42

2.2. РАСЧЕТ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ 43

2.3. РАСЧЕТ ВТОРОЙ СТУПЕНИ 48

2.4. РАСЧЕТ ТРЕТЬЕЙ СТУПЕНИ 53

2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ПРОПУЛЬСИВНОЙ ТУРБИНЫ 61

2.5.1. Размеры первой ступени турбины 61

2.5.2. Размеры второй ступени турбины 62

2.5.3. Размеры третьей ступени турбины 62

Глава 3. Пример расчета параметров газа в проточной части турбины компрессора 65

3.1. Определение числа ступеней турбины 65

3.2. РАСЧЕТ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ТУРБИНЫ КОМПРЕССОРА 66

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ТУРБИНЫ КОМПРЕССОРА 70

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 72

Введение

Настоящее учебное пособие написано в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 653300 «Эксплуатация транспорта и транспортного оборудования» специальность 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок».

Оно предназначено в помощь студентам при выполнении ими курсового проекта, предусмотренного учебным планом по дисциплине «Судовые тепловые двигатели» (раздел «Судовые турбомашины»).

Пособие состоит из двух частей. В первой части представлена методика проведения теплового расчета судового газотурбинного двигателя. Исходными данными для расчета являются мощность ГТУ, район плавания судна, диапазон возможного изменения степени повышения давления воздуха в компрессоре, диапазон изменения степени регенерации тепла отработавших газов.

Работа включает в себя анализ существующих тепловых схем газотурбинных двигателей, выбор расчетного варианта тепловой схемы. Далее проводится расчет параметров рабочего тела согласно выбранной тепловой схеме, расчет рабочего процесса и основных элементов проточной части пропульсивной и компрессорной турбин двигателя.

Вначале с целью определения оптимального значения степени повышения давления в компрессоре (π_к) проводится вариантный расчет при переменных значениях степеней повышения давления и постоянном значении степени регенерации тепла отработавших газов (например, наименьшем из заданных значений (r). На основании полученных в расчете значений эффективного КПД, удельного расхода топлива, воздуха и газа строится график зависимости этих параметров от π_к. По графику определяется оптимальное значение π_к. Ему соответствуют максимальный КПД и минимальные значения удельных расходов топлива, газа и воздуха.

Затем проводится вариантное определение оптимального значения степени регенерации тепла отработавших газов по выше изложенной методике. При этом переменными являются значения степени регенерации (r), за постоянный параметр принимается найденное ранее оптимальное значение π_к.

Выполненные вариантные расчеты позволяют построить график рабочего процесса при оптимальных значениях π_к и r.

Полученные данные оптимального варианта используются как исходные при выполнении расчета проточной части турбин. При описании расчета проточной части турбин в пояснительной записке должны быть представлены графики процесса расширения газа в отдельных ступенях и в турбине в целом, а также построены треугольники скоростей.

Во второй части пособия представлен пример теплового расчета газотурбинного двигателя. Наличие этой части пособия позволяет студенту осуществлять самоконтроль правильности результатов выполняемых им расчетов.

Пояснительная записка оформляется согласно требованиям ЕСКД.