Определение показателей рабочего процесса газотурбинной установки мощностью 7500 кВт

Общий вид.cdw

КС.cdw

ГТУ Кужахметов.docx

Федеральное Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Астраханский государственный технический университет»
Определение показателей рабочего процесса
газотурбинной установки мощностью 7500 кВт
КР – 180103.65 – СПиГТ – 061173 – 2009
Руководитель курсовой работы
Студент гр. ДТУ - 41
Выбор прототипа ГТУ . 5
Расчет осевого компрессора ..13
Расчет камеры сгорания .19
Газотурбинной установкой называют тепловой двигатель состоящий из трех основных элементов: воздушного компрессора камеры сгорания и газовой турбины.
Принцип действия ГТУ сводится к следующему. Из атмосферы воздух забирают компрессором после чего при повышенном давлении его подают в камеру сгорания куда одновременно подводят жидкое топливо топливным насосом или газообразное топливо от газового компрессора. В камере сгорания воздух разделяется на два потока: один поток в количестве необходимом для сгорания топлива поступает внутрь жаровой трубы; второй – обтекает жаровую трубу снаружи и подмешивается к продуктам сгорания для понижения их температуры. Процесс сгорания в камере происходит при почти постоянном давлении.
Получающийся после смешения газ поступает в газовую турбину в которой расширяясь совершает работу а затем выбрасывается в атмосферу.
Развиваемая газовой турбиной мощность частично расходуется на привод компрессора а оставшаяся часть является полезной мощностью газотурбинной установки.
В отличие от паротурбинной установки полезная мощность ГТУ составляет только 30-50% мощности турбины. Долю полезной мощности можно увеличить повысив температуру газа перед турбиной или снизить температуру воздуха засасываемого компрессором. В первом случае возрастает работа расширения газа в турбине во втором – уменьшается работа затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре. Оба способа приводят к увеличению доли полезной мощности. Полезная мощность ГТУ также зависит от аэродинамических показателей проточных частей турбины и компрессора: чем меньше аэродинамические потери в турбине и компрессоре тем большая доля мощности газовой турбины становится полезной.
Стационарная энергетика
Дальнее газоснабжение
Металлургическая промышленность (технологический процесс)
Нефтяная промышленность (технологический процесс)
ГТУ применяется также в качестве наддувных агрегатов в ДВС и в парогенераторах с топкой под повышенным давлением а также наряду с ДВС в качестве привода всевозможных вспомогательных и резервных электрогенераторов пожарных насосов и др.
Из приведенных в таблице данных видно что ГТУ является универсальным двигателем имеющим различное назначение. Однако ГТУ достигли широкого применения не во всех перечисленных областях можно назвать две области – авиацию и дальнее газоснабжение где они получили преимущественное использование. В авиации турбинный двигатель занимает ведущее место почти полностью вытеснив двигатель внутреннего сгорания.
На компрессорных станциях магистральных газопроводов ГТУ используется в качестве приводов для газоперекачивающего компрессора. Топливом служит природный газ отбираемый с магистральной линии.
В стационарной энергетике на тепловых электрических станциях применяются газотурбинные установки различного типа и назначения. ГТУ пикового назначения работают в периоды максимума потребления электрической энергии (обычно менее 2000 ч в год). Резервные ГТУ обеспечивают собственные нужды ТЭС в период когда основное оборудование не эксплуатируется. [2]
- небольшие масса - габаритные показатели
- маневренность двигателя
- простота конструкции
- относительно низкий КПД (19-37%)
- высокая частота вращения
Газотурбинная установка NS70 фирмы «Броун Бовери – Зульцер» двухвальная со свободной силовой турбиной может оснащаться регенератором. Эта установка многоцелевая – для привода компрессоров и насосов при непосредственном соединении с валом или для привода электрогенератора через редуктор.
Основной особенностью установки является выполнение турбоагрегата в виде жесткой конструкции на общей металлической раме.
ГТУ состоит из 14-ступенчатого осевого компрессора и четырехступенчатой турбины высокого давления. Силовая турбина – двухступенчатая. В одновальном варианте обе турбины объединены в одну шестиступенчатую.
Корпус компрессора имеет горизонтальный разъем и состоит из нескольких отливок соединенных по кольцевым вертикальным фланцам. Воздух из компрессора подается в диффузор и далее через два отвода поступает в регенератор. Из регенератора нагретый воздух возвращается по двум трубопроводам подсоединяемым к фланцам в центральный корпус где расположена камера сгорания. Горячий газ последовательно проходит далее турбины высокого давления и низкого давления.
Ротор ГТУ – двухопорный. Компрессорная часть цельнокованая турбинная состоит из отдельных дисков и хвостовика стянутых центральным болтом. Момент передается через торцовые шлицы на заплечиках дисков.
Ротор силовой турбины по конструкции аналогичен турбинной части ротора. Входной направляющий агрегат компрессора имеет поворотные лопатки которые фиксируются в определенном положении в зависимости от температурных условий местности где эксплуатируется установка; в период работы лопатки не поворачиваются. Сопловой аппарат турбины низкого давления снабжен поворотными лопатками угол установки которых регулируется при пуске и на частичных нагрузках. Лопатки консольные их втулки охлаждаются воздухом. Все горячие элементы турбоустановки имеют воздушное охлаждение. Воздух проходит по специальным сверлениям и каналам внутри роторов и корпусов; какие-либо внешние трубопроводы отсутствуют.
Камера сгорания – блочная с обратным потоком воздуха имеет девять жаровых труб. Внешний безразъемный корпус при разборке может сдвигаться в сторону компрессора обеспечиваю доступ к жаровым трубам. В двух трубах из девяти установлены свечи зажигания и датчики системы контроля горения. Большая длина патрубка от камеры сгорания до соплового аппарата турбины способствует созданию равномерного температурного поля перед турбиной.
После удаления трех верхних жаровых труб возможна разборка и корпуса турбины высокого давления для ревизии ее проточной части.
Ревизия компрессора и турбины низкого давления производится после подъема верхних половин их корпусов имеющих горизонтальные разъемы. Корпуса элементов установки образуют в сборе единую жесткую систему. Установка крепится к раме на трех опорах. Передняя опора располагается под входным патрубком компрессора две задние опоры – по сторонам корпуса турбины низкого давления.
На месте монтажа стальная рама устанавливается с помощью восьми регулируемых опор на фундаменте представляющем собой две бетонные полосы. Корпус турбоагрегата снабжен тепло- и звукоизоляцией.
Установка в сборе может транспортироваться автомобильным или железнодорожным транспортом (ее длина составляет 11500 мм в одновальном и 12000 мм в двухвальном исполнении высота 3500 мм); грузоподъемность крана для монтажа 30 т.
Все вспомогательные системы и механизмы включая системы пуска смазки подачи воздуха к уплотнениям а также топливную систему располагаются в общем боксе который монтируется рядом с турбоагрегатом. Пусковой двигатель который может быть любого типа приводит вал турбоустановки через гидротрансмиссию – двигатель вращает масляный насос который подает масло к гидромотору связанному с ротором ГТУ через редуктор. Такой тип привода характерен взрывобезопасностью.
Эффективная мощность ГТУ
Параметры атмосферного воздуха
Температура газа на выходе (по прототипу)
Топливо – соляровое масло
Внутренний КПД по заторможенным параметрам
Механический КПД компрессора и турбин
КПД зубчатой передачи
Коэффициент затрат энергии на навешенные механизмы
Коэффициенты восстановления полного давления
Коэффициент отбора воздуха на охлаждение
Определяемые величины:
Степень повышения давления (по прототипу):
Давление перед компрессором:
Давление за компрессором:
Теплоемкость процесса сжатия (принимаем):
Показатель изоэнтропы:
Температура воздуха за компрессором:
Теплоемкость процесса сжатия (проверка):
Средняя теплоемкость воздуха:
Эффективная работа сжатия:
Коэффициент избытка воздуха (принимаем)
Средняя теплоемкость газа:
Коэффициент избытка воздуха (проверка):
Коэффициент увеличения массы газа :
Теплоемкость процесса расширения в ТВД (принимаем):
Показатель степени :
Теплоемкость процесса расширения в ТВД (проверка):
Степень понижения давления в ТВД :
Степень понижения давления в ТНД:
Теплоемкость процесса расширения в ТНД (принимаем):
Теплоемкость процесса расширения в ТНД (проверка):
Эффективная работа газа в ТНД:
Эффективная работа ГТУ:
Эффективный КПД ГТУ:
Удельный расход топлива:
Удельный расход воздуха:
Расход газа перед ТВД:
Расход газа перед ТНД:
Расчет осевого компрессора
Степень повышения давления
Параметры воздуха перед компрессором
Параметры первой ступени:
Относительный диаметр втулки
Осевая скорость потока
Абсолютная скорость потока
КПД входного устройства
Коэффициент затраченной работы
Относительный шаг на среднем диаметре первой ступени
Относительная высота лопатки
Параметры последней ступени:
Относительный шаг на среднем диаметре
КПД выходного устройства
Угол установки профиля
Относительный осевой зазор
Форма проточной части (принимаем):
Коэффициент расхода (принимаем):
Работа первой ступени:
Параметры воздуха перед первой ступенью:
Наружный диаметр первой ступени:
Длина рабочей лопатки:
Отношение площадей (принимаем):
Напряжения растяжения в корневом сечении:
Хорда рабочей лопатки на среднем радиусе:
Шаг рабочих лопаток:
Число рабочих лопаток:
Степень повышения давления проточной части (принимаем):
Параметры воздуха за последней ступенью:
Параметры воздуха за диффузором:
Параметры торможения за компрессором:
Степень повышения давления:
Размеры последней ступени:
Коэффициент расхода:
Средняя работа ступени:
Изоэнтропийная работа компрессора:
Внутренняя работа компрессора:
Внутренний КПД компрессора:
Длина проточной части:
Габаритные размеры компрессора:
Расчет камеры сгорания
Камера сгорания трубчато-кольцевая с экраном.
Расход воздуха перед компрессором
Коэффициент отбора воздуха
Параметры воздуха на входе в камеру сгорания
Коэффициент избытка воздуха
Параметры газа на выходе из камеры сгорания
Коэффициент увеличения массы газа
Удельная теплота сгорания топлива
воздуха на входе в камеру сгорания
на выходе из завихрителя
газа в пламенной трубе
на выходе из камеры сгорания
Коэффициент избытка первичного воздуха
Коэффициент избытка фронтового устройства
Количество пламенных труб
Объемная теплонапряженность пламенной трубы
Геометрические характеристики:
коэффициент учитывающий длину пламяперебрасывающих патрубков
толщина стенки пламенной трубы
толщина стенки экрана
наружный и внутренний зазор между экраном и прочным корпусом
угол установки лопаток завихрителя
угол раскрытия диффузора
Количество воздуха на входе в камеру сгорания:
Удельный объем воздуха на входе в камеру сгорания:
Площадь на входе в камеру сгорания:
Удельный объем на выходе из камеры сгорания:
Площадь сечения потока вторичного воздуха:
Объем пламенной трубы:
Площадь поперечного сечения пламенных труб:
Диаметр пламенной трубы:
Длина пламенной трубы:
Внутренний диаметр экрана:
Средний диаметр корпуса:
Наружный диаметр корпуса:
Внутренний диаметр корпуса:
Кольцевая площадь завихрителя:
Наружный диаметр завихрителя:
Внутренний диаметр завихрителя:
Ширина фронтового участка:
Длина диффузора корпуса:
В данной курсовой работе было рассмотрено определение показателей рабочего процесса газотурбинной установки мощностью 7500 кВт.
В работе выполнены: расчет цикла газотурбинной установки определение основных разметов осевого компрессора и камеры сгорания.
Список используемой литературы
Слободянюк Поляков: «Судовые паровые и газовые турбины». Судостроение 1983г
Газотурбинные установки. Атлас конструкций и схем. Л.А. Шубенко-Шубин Н.Л. Лисецкий. Машиностроение 1976г
Демин Ф.И. Проничев Н.Д. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей. Машиностроение 2002г