Файл: Методические указания для студентов специальности пт по дисциплине Тепловые двигатели и нагнетатели.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 113
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Тюменский государственный архитектурно - строительный университет»
Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РАСЧЕТЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
(учебно-методические указания для студентов специальности ПТ)
Тюмень, 2007г.
Степанов О.А. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РАСЧЕТЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК (учебно-методические указания для студентов специальности ПТ по дисциплине «Тепловые двигатели и нагнетатели»)
г.Тюмень, ТюмГАСУ, 2007 – 55с.
Рецензент: д.т.н., профессор Моисеев Б.В. _____________
Учебно-методический материал обсужден и утвержден на заседании кафедры ПТ
Протокол № от 12 сентября 2007 г.
Тираж 50 экз.
Зав. кафедрой ПТ д.т.н., профессор Степанов О.А.___________
Учебно-методический материал рассмотрен и утвержден на заседании УМС
Протокол № _____от_____2007 г.
Председатель УМС___________
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания по термодинамическим и конструктивным расчетам газотурбинных установок (ГТУ) и их элементов составлены в соответствии с основными положениями о курсовом и дипломном проектировании.
Курсовой проект по газотурбинным установкам выполняется после изучения следующих теоретических дисциплин: «Термодинамика», «Теплопередача», «Тепловые двигатели» - и в настоящем пособии теоретические положения указанных курсов не излагаются, основное внимание уделяется методам расчета циклов ГТУ с целью определения оптимальных параметров цикла, а также методам расчета отдельных конструктивных элементов ГТУ—газовой турбины, осевого компрессора и т. д.
Все положения методики расчетов иллюстрируются подробными примерами.
При составлении настоящего методического пособия использована следующая литература:
1. Белоконь Н. И. Термодинамические процессы газотурбинных двигателей, Недра, 1969. - 87 с.
2. Кириллов И. И. Газовые турбины и газотурбинные установки, т. I, Машгаз, 1956. - 356 c.
3. Черкасский В.М., Калинин Н.В., Кузнецов Ю.В. Нагнетатели и тепловые двигатели. - М.: Энергоатомиздат, 1997. - 383 с.
ЗАДАЧИ КУРСОВОГО И ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Курсовое проектирование
Курсовой проект способствует развитию самостоятельных навыков студента по применению основных теоретических положений курсов «Теоретические основы теплотехники», «Тепловые двигатели и нагнетатели» к задачам расчета важнейших параметров рабочего процесса и отдельных элементов конструкции газотурбинных установок.
Целью курсового проектирования является проведение поверочного расчета газотурбинной установки с определением основных размеров собственно газовой турбины.
Исходными данными для разработки проекта являются: тип газотурбинной установки, эффективная мощность, температура наружного воздуха, температура продуктов сгорания перед турбиной и т. д. (см. задание на курсовой проект).
Расчетно-пояснительная записка по курсовому проектированию состоит из следующих разделов:
1. Исходные данные расчета.
2. Описание устройства и принципиальной тепловой схемы ГТУ.
3. Термодинамический расчет ГТУ (с определением оптимального соотношения граничных давлений цикла).
4. Газодинамический расчет проточной части турбины.
5. Список литературы, использованной при проектировании. Графическая часть проекта состоит из:
а) основные термодинамические характеристики ГТУ по выбору расчетного соотношения граничных давлений цикла (соотношение давлений сжатия С) и включает в себя удельное значение работы расширения, сжатия и эффективной работы, к. п. д. ГТУ, расход воздуха;
б) вспомогательные графики к расчету проточной части турбины;
в) треугольники скоростей входа и выхода последней ступени турбины;
г) продольный разрез осевого компрессора и газовой турбины.
При выполнении курсового проекта следует руководствоваться первым разделом настоящего пособия.
Дипломное проектирование
При дипломном проектировании возникает большой круг вопросов, связанных с термодинамическими расчетами и расчетами проточных частей осевого компрессора и газовой турбины. Учитывая это обстоятельство, в настоящем пособии наряду с методикой развернутых термодинамических расчетов циклов ГТУ (раздел первый) приводится методика расчета проточной части осевого компрессора ГТУ (раздел второй), а также дается методика расчетов показателей газотурбинные двигателей (ГТУ) на основании теории эффективно-термодинамических циклов (раздел третий).
Основу теории эффективно-термодинамических циклов газотурбинных двигателей составляют точные соотношения термодинамики и система четырех основных коэффициентов
При этом оказывается возможным заменить традиционный метод развернутого исследования вариантов точным аналитическим решением задач о выборе параметров двигателей в условиях энергетически наивыгоднейшего режима и режима наибольшей удельной работы.
Таким образом, все три раздела настоящего пособия могут быть достаточно широко использованы при выполнении дипломных проектов.
Однако задачи дипломного проектирования при разработке конструкций проточных частей компрессоров и турбин в ряде случаев выходят за рамки настоящего пособия и могут быть решены с привлечением специальной литературы (список рекомендуемой литературы приведен в конце пособия).
Основное содержание дипломного проекта по газотурбинным установкам составляют термодинамические и конструктивные расчеты ГТУ. В каждом отдельном случае оно конкретизируется заданием на дипломный проект.
При дипломном проектировании на основе результатов исследования энергетически наивыгоднейшего режима выполняются заключительные технико-экономические расчеты по выбору оптимальной степени сжатия и поверхностей регенераторов с учетом отпускных цен на топливный газ и стоимости элементов ГТУ, главным образом экономических характеристик регенераторов, в ряде случаев целесообразно выбирать энергетически наивыгоднейший режим по теории эффективных термодинамических циклов (раздел III) и затем непосредственно переходить к вариантным технико-экономическим расчетам и выбору соотношения давлений сжатия (С), степени регенерации
и поверхности регенератора 
. Раздел I ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЦИКЛА ГТУ И
РАСЧЕТ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБИНЫ
I ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Студенту__________________________________________гр.__________
Произвести поверочный расчет газотурбинной установки типа _________
по следующим данным:
| № п/п | Наименование величин | Обозначение | Размерность | Расчетные данные |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Эффективная мощность |  | кВт | 6000 |
| 2 | Температура наружного воздуха | ta | °С | +15 |
| 3 | Давление наружного воздуха | Pнар | ата | 1,01 |
| 4 | Степень регенерации теплоты |  | — | 0,70 |
| 5 | Температура газов перед турбиной | tz | °С | 750 |
| 6 | Относительный адиабатический к. п. д. компрессора |  | _ | 0,89 |
| 7 | Механический к. п. д. компрессора |  мех, с | — | 0,98 |
| 8 | Относительный адиабатический к. п. д. турбины | iz | — | 0,85 |
| 9 | Механический к. п. д. турбины | мех, z | — | 0,98 |
| 10 | Частота вращения вала турбины |   | об/мин | 5200 5600 |
| 11 | Число ступеней давления | Z | — | 3 |
| 12 | Гидравлические потери давления на входе в компрессор |  | мм вод. cm. | 100 |
| 13 | Гидравлические потери давления в камере сгорания |  | мм вод. cm. | 1000 |
| 14 | К. п. д. камеры сгорания |  | — | 0,96 |
| 15 | Потери давления в регенераторе: по газу по воздуху По воздуху |   | мм вод. cm. мм вод. cm. | 320 650 |
| 16 | Гидравлические потери давления в выхлопном патрубе |  | мм вод. cm. | 80 |
| 17 | Относительный коэффициент служебных расходов |  | | 0,005 |
| 18 | Топливный газ (месторождение) | ставропольский | ||
II КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Газотурбинная установка типа ГТ-750-6 конструкции Невского машиностроительного завода им. В. И. Ленина предназначена для привода центробежного нагнетателя природного газа. Область применения установок типа ГТ-750-6—компрессорные станции магистральных газопроводов. Топливом для ГТУ служит природный газ.
Рисунок 1 - Принципиальная схема газотурбинной установки ГТ-750-6:
| 1-осевой компрессор; 2-регенератор; 3-камера сгорания; 4-турбина высокого давления; 5-турбина назкого давления; 6-силовой вал; 7-муфта; 8-нагнетатель; 9-турбодетандер пусковой |
Установка работает по простейшему термодинамическому циклу с регенерацией теплоты уходящих газов и состоит (рисунок 1) из газовой турбины 4, 5, осевого компрессора 1, камеры сгорания 3, регенератора 2, пускового турбодетандера 9 и систем: смазки, регулирования, защиты и автоматического управления.
Турбина и компрессор смонтированы на общей раме и могут транспортироваться одним блоком. Рама служит одновременно и маслобаком.
Турбина трехступенчатая. Первые два ряда рабочих лопаток установлены на диске ротора турбокомпрессора 4, последний ряд - на диске силового ротора - 5. Силовой вал 6 связан муфтой 7 с ротором нагнетатели 8. Компрессор-осевой, двенадцатиступенчатый, корпус компрессора литой, жестко соединен с корпусом турбины через корпус подшипника. К переднему блоку компрессора крепится пусковой турбодетандер 9. Включение и выключение турбодетандера производится автоматически. Пуск, загрузка и остановка ГТУ осуществляется автоматически.
При курсовом проектировании необходимо подробно познакомиться с конструкцией агрегата, расчет которого выполняется. Краткое описание устройства ГТУ и принципиальная схема составляются по материалам заводов-изготовителей турбин, опубликованным в атласах конструкций ГТУ и в книгах по газотурбинным установкам.
После окончания расчетов на тепловой схеме должны быть указаны основные расчетные параметры цикла.
Термодинамический расчет ГТУ
Термодинамический расчет ГТУ проводится с целью определения наивыгоднейшего соотношения абсолютных давлений цикла (наивыгоднейшее значение соотношений давлений сжатия— C= Cex), а также для определения параметров и характеристик рабочего процесса ГТУ, соответствующих оптимальной величине С. Исходными материалами термодинамического расчета служат данные задания на курсовое или дипломное проектирование.