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: 445
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮГОСУДАРСТВЕННОЕ 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 ПТПротокол № 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___________ВВЕДЕНИЕМетодические 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 ПРОЕКТИРОВАНИЯКурсовое проектированиеКурсовой 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 проектированиеПри 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 ТУРБИНЫI ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕСтуденту__________________________________________гр.__________Произвести поверочный расчет газотурбинной установки типа _________ по следующим данным:
II КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМАГазотурбинная 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:
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.
ЗАДАЧИ КУРСОВОГО И ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯКурсовое проектированиеКурсовой 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 проектированиеПри 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 ТУРБИНЫI ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕСтуденту__________________________________________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 СХЕМАГазотурбинная 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 |
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.