Шеметов А.А / диплом_Шеметов

3

4

5

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...4

1.Патентный обзор…………………………………………………….....………6

2.Постановка задачи……………………………………………………………...7

3.Расчет тепловой схемы………………………………………...………………8

4.Газодинамический расчет авиационного двигателя……………………..…17

4.1 Газодинамический расчет осевого компрессора……………….……….…17

4.2.Газодинамический расчет турбины компрессора…………………..….…26

4.2.1.Предварительный газодинамический расчет ТК……………………..…26

4.2.2.Расчет системы охлаждения турбины компрессора……………………29

4.2.2.1.Охлаждение СЛ первой ступени ТК………………………...…………29

4.2.2.2.Охлаждение СЛ второй ступени ТК……………………………...……30

4.2.2.3.Охлаждение РЛ первой ступени ТК……………………………...……31

4.2.2.4.Охлаждение РЛ второй ступени ТК………………………………...…32

4.2.2.5.Охлаждение дисков……………………………….………………….…33

4.2.2.6.Охлаждение вставок над рабочими лопатками…………...…………..34

4.2.3.Окончательный газодинамический расчет ТК………………………….35

4.3.Газодинамический расчет силовой турбины……………………...………39

4.4.Расчет закрутки потока………………………………………….………….43

4.5.Построение профилей лопаточного аппарата……………………………..45

5.Прочностные расчеты………………………………………………...………53

5.1.Расчет на прочность РЛ 2-ой ступени СТ………………………………....53

5.1.1.Расчет профильной части лопатки на растяжение и изгиб………….....54

5.1.2.Расчет на прочность лопаточного хвоста…………………………...…...60

5.1.3.Расчет частоты колебаний рабочей лопатки…………………….………64

5.2.Расчет на прочность диска 2-ой ступени СТ………………………….…..67

5.2.1.Расчет на прочность обода диска…………………………….…………..67

5.2.2.Расчет на прочность диска…………………………………….………….68

5.3 Расчет критической частоты вращения ротора………………………….73

6.Технология изготовления диска 2-ой ступени СТ……………………..…...77

7.Экономическое обоснование проекта…………………………………….…83

8.Охрана труда………..……………….......................................……………93

Заключение……………………………………………….……..………………113

Литература………………………………………………………………...……114

6

Введение

Развитие и совершенствование сети магистральных газопроводов сопровождается развитием технологий транспортировки газа, совершенствованием энергетической базы компрессорных станций (КС). В настоящее время газотурбинная техника занимает доминирующее положение в качестве энергоприводов нагнетателей природного газа. В свете развития сети магистральных газопроводов актуальной представляется задача определения перспективных направлений при создании новых и модернизации существующих газотурбинных установок (ГТУ) для компрессорных станций.

По типу применяемых газоперекачивающих агрегатов (ГПА) КС разделяют на: станции, оборудованные поршневыми компрессорами с газомоторным приводом (газомотокомпрессорами); станции, оборудованные центробежными нагнетателями с газотурбинным приводом; станции, оборудованные центробежными нагнетателями с приводом от электродвигателей.

Для газопроводов с большой пропускной способностью наиболее эффективное применение находят центробежные нагнетатели с приводом от газотурбинных установок или электродвигателей.

Многочисленные исследования эффективности применения различных видов привода центробежных нагнетателей показали наибольшую экономичность газотурбинного привода.

Однако большинство КС в России, с учетом их удаленности от линий электропередач, оборудуют ГПА, состоящими из центробежных нагнетателей с приводом от ГТУ. Такой газотурбинный газоперекачивающий агрегат включает в себя газотурбинную установку, центробежный нагнетатель природного газа и следующее вспомогательное оборудование: комплексное воздухоочистительное устройство; выхлопное устройство; системы: топливную, пусковую, масляную, автоматического управления, регулирования и защиты, охлаждения масла, гидравлического уплотнения нагнетателя.

Из большого числа возможных схем газотурбинных установок на газопроводах наибольшее распространение получили установки простого цикла, выполненные без регенерации или с регенерацией тепла выхлопных газов, с независимой силовой турбиной низкого давления для привода нагнетателя газа.

Газотурбинные приводы нагнетателей для ГПА на базе ГТУ простого термодинамического цикла являются доминирующими. К.п.д. наиболее совершенных ГТУ в классе мощностей 2,5…8 МВт достигают значения 32 %, в классе 15…25 МВт – 36%, а в классе 35…50 МВт - 42 %.

7

Новое поколение магистральных газопроводов (МГ) связано с появлением нового типа труб - большого диаметра, бесшовных, которые выдерживают более высокое давление. Для прокачки газа с требуемым давлением по таким трубам потребовалось повышение единичной мощности ГТУ для привода нагнетателя до уровня 30-40 МВт.

8

1.Патентный обзор.

ГТУ для привода нагнетателя мощностью от 30 до 40 МВт не так давно стали пользоваться большим спросом, связанным с появлением нового типа труб, предназначенных для прокачки природного газа. Для подобных целей была спроектирована и успешно введена в работу ГТУ «Ладога 32».

«Ладога 32» - высокотехнологичная ГТУ российского производства для эксплуатации в любых условиях. Рабочие характеристики (в условиях ISO) представлены в табл.1.

9

2.Постановка задачи.

Согласно заданию требуется спроектировать ГТУ мощностью 32МВТ для привода нагнетателя по исходным параметрам. В качестве прототипа было принято решение использовать ГТУ «Ладога 32», так как кроме функциональной схожести, можно отметить и соответствие мощностей. Конструктивную схему, а так же параметры степени повышения давления в компрессоре, частоты вращения роторов примем такими же, как и у ГТУ «Ладога 32», считая их оптимальными.

Вчастности, в дипломном проекте намечено решить следующие задачи:

спроектировать осевой компрессор со степенью повышения давления 17;

спроектировать двухступенчатую турбину компрессора с частотой вращения ротора 7455 об/мин;

спроектировать двухступенчатую силовую турбину с частотой вращения ротора 5714 об/мин;

добиться высокого кпд установки.

10

3.Расчет тепловой схемы.

Расчет тепловой схемы ГТУ – важный этап проектирования ГТУ любого назначения. Этот раздел уже на начальной стадии проектирования позволяет установить показатели, как отдельных элементов установки, так и ГТУ в целом. Путем теплового расчета определяют полезную мощность ГТУ и КПД ее выработка, на основании чего оценивают технико-экономические показатели, а следовательно, и целесообразность создания ГТУ. По найденным при тепловом расчете параметрам рабочего тела в различных сечениях газовоздушного тракта

иего массовому расходу проводят проектирование отдельных элементов.

Вдипломном проекте рассматривается схема ГТУ со свободной (силовой) турбиной, содержащей выходной диффузор. Она представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Тепловая схема ГТУ со свободной турбиной: Вх. ус. и Вых. ус. – входное и выходное устройства; К – компрессор; КС – камера сгорания; ТК – турбина компрессора; СТ – силовая турбина; П – потребитель.

В газотурбинных установках со свободной турбиной (СТ) компрессор приводится во вращение компрессорной турбиной, а свободная турбина создает полезную мощность, служащую для привода нагнетателя. Особенностью рассматриваемой тепловой схемы является то, что СТ механически не связана с турбокомпрессором. Цикл ГТУ со свободной турбиной и выходным диффузором за свободной турбиной приведен на рис. 3.2.

11

Рис. 3.2. Цикл ГТУ со свободной турбиной и выходным диффузором за свободной турбиной в T-S диаграмме. 1-2t, 1-2

– идеальный и реальный процессы сжатия воздуха в компрессоре; 3-4tтк, 3-4тк – идеальный и реальный процессы расширения газа в турбине компрессора; 4тк-4тд, 4тк-4д – идеальный и реальный процессы расширения газа в свободной турбине.

Расчет тепловой схемы ГТУ со свободной турбиной аналогичен расчету тепловой схемы простейшей ГТУ, при этом полагается, что компрессорная и свободная турбины составляют единый агрегат.

Расчет тепловой схемы осуществим с помощью программы A2GTP [1].

12