Передвижная энергетическая установка с газотурбинным приводом

Разработка эскизного проекта передвижной энергоустановки с газотурбинным приводом электрогенератора. Оценка мощности приводного двигателя, выбор и обоснование параметров его цикла. Газодинамический расчет, согласование параметров компрессора и турбины.
Краткое сожержание материала:

67

Размещено на

Размещено на

Передвижная энергетическая установка с газотурбинным приводом

Содержание

Введение

1. Термогазодинамический расчет двигателя

1.1 Выбор и обоснование параметров расчетного режима

1.1.1 Температура газа перед турбиной

1.1.2 Степень повышения давления в компрессоре

1.1.3 КПД компрессора и турбины

1.1.4 Потери в элементах проточной части

1.1.5 Скорость истечения газа из выходного устройства

1.2 Термогазодинамический расчет двигателя и анализ результатов

1.2.1 Предварительный тремогазодинамический расчет

1.2.2 Анализ результатов расчета

2. Согласование параметров компрессора и турбины

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для согласования

2.2 Формирования облика газогенератора

2.3 Анализ результатов расчета

3. Газодинамический расчет осевого компрессора

3.1 Выбор и обоснование исходных данных для расчета компрессора

3.2 Газодинамический расчет компрессора на среднем радиусе

3.3 Анализ результатов расчета

4. Газодинамический расчет осевой турбины

4.1 Выбор и обоснование исходных данных

4.2 Газодинамический расчет турбины

4.3 Анализ результатов расчета

5. Расчёт и профилирование ступени турбины

5.1 Расчет параметров потока по радиусу первой ступени турбины

5.2 Профилирование решетки рабочего колеса турбины на ЭВМ

5.3 Анализ результатов расчета

6. Исследование эксплуатационных характеристик двигателя

6.1 Исследование климатической характеристики двигателя

6.2 Исследование дроссельной характеристики двигателя

6.3 Анализ полученных результатов эксплуатационных характеристик

7. Проектирование входного и выходного устройств

7.1 Расчет входного устройства

7.2 Расчет выходного устройства

7.3 Анализ результатов расчета

Выводы

Перечень ссылок

Введение

В настоящее время для страны актуальной стала задача обеспечения электрической энергией. С этой проблемой успешно, на совершенном уровне могут справится ГТУ. Обыкновенным паровым электростанциям, у которых генератор вращается паровой турбиной, для выхода на режим необходимо 5 часов, в то время как ГТУ потребует всего 20 минут. Кроме того, небольшая масса энергоустановки может сделать ее мобильной.

Для применения в народном хозяйстве могут использоваться, как специально разрабатываемые ГТУ, так и авиационные двигатели, отработавшие свой летный ресурс. Комплексное использование авиационных ГТД вначале на воздушном транспорте, а затем в наземных установках особенно эффективно, так как в целях обеспечения высокого уровня безопасности полетов летный ресурс авиационных двигателей меньше их располагаемого технического ресурса при рабочих режимах эксплуатации в наземных установках.

Перечень таких установок довольно велик: транспортные наземные установки; транспортные установки морского и речного транспорта; установки для получения сжатого воздуха, используемого в технических целях; в пневмотранспортных системах; системах наддува транспортных средств на воздушной подушке; установки для получения нагретого газа, используемого для обогрева строительных и производственных объектов; в сушильных установках; нефтеперекачивающих установках; в энергокомплексах бурильных установок; в газоструйных установках для очистки от снега, мусора взлетно-посадочных полос аэродромов, транспортных путей и т.д.

Основными требованиями к ГТУ, обусловленными особенностями их использования являются: минимальные габаритные размеры и масса, высокий КПД, благоприятное протекание эксплуатационных характеристик, надежность, технологичность, мобильность.

Целью данного курсового проекта является разработка эскизного проекта передвижной энергоустановки с газотурбинным приводом электрогенератора мощностью 1600 кВт с nген=3000 об/мин. Приводной ГТД разработан на базе существующего ГТД-прототипа АИ-24.

Для достижения этой цели в проекте поставлены и решены следующие задачи:

проведена оценка мощности приводного ГТД;

выбраны и обоснованы параметры цикла ГТУ;

проведено согласование параметров компрессора и турбины,

выполнены:

газодинамический расчет компрессора и турбины;

профилирование ступени турбины;

расчет входного и выходного устройств;

расчет эксплуатационных характеристик.

Параметры ГТД - прототипа АИ-24:

1)эффективная мощность Nе=1.88 МВт,

2)степень повышения давления в компрессоре рк*=6.4,

3)температура газа перед турбиной Tг*=1150 К,

4)расход воздуха Gв=13.1 кг/с,

5) частота вращения ротора свободной турбины nст=15100 об/мин.

1. Термогазодинамический расчет двигателя

Предварительно проводим оценку мощности приводного ГТД

где: Nген=1600 кВт - мощность электрического генератора;

зген=0,9885 - КПД электрогенератора;

зред=0,989 - КПД редуктора, установленного между ГТД и электрогенератором;

Кзап=1,1 - коэффициент запаса по мощности.

Согласно заданный мощности электрогенератора 1600 кВт, определим по данным его коэффициент полезного действие зген=0,9885.

На основе даны прототипа n=15100 об/мин, с учетом стандартной частоты вращений nген=3000 об/мин оценим передаточной отношение редуктора:

С учетам этого значение iред а также заданной Nген выбираем редуктор, [10].

Целью термогазодинамического расчета двигателя является определение основных удельных параметров (Ne УД - удельной мощности, Сe - удельного расхода топлива) и расхода воздуха GВ, обеспечивающего требуемую мощность - Ne. В результате расчета определяются также температура Т* и давление Р* заторможенного потока в характерных сечениях проточной части двигателя и основные параметры, характеризующие работу его узлов. Некоторые из параметров узлов выбираются на основании статистических данных. Параметры цикла двигателя рк* и Тг* задаются на основании технико-экономически требований, предъявляемых к двигателю.

Расчет выполняется в соответствии с рекомендациями [1].

1.1 Выбор и обоснование параметров расчетного режима ГТД

1.1.1 Температура газа перед турбиной

Увеличение температуры газа перед турбиной Тг* позволяет значительно увеличить удельную мощность двигателя и следовательно, уменьшить габаритные размеры и массу двигателя. Повышения температуры газа улучшает также экономичность двигателя. Для обеспечения надежной работы турбины при высоких значениях температуры газа (Тг*>1250) необходимо применять охлаждаемые лопатки. С учетом использования конструкционных материалов двигателя - прототипа принимаем .

1.1.2 Степень повышения давления в компрессоре

При разработке ГТУ на начальных стадиях их развития основным требованием было получение минимальной удельной массы двигателя, что приблизительно соответствует максимуму удельной мощности. Несмотря на благоприятное влияние повышения рк* на удельные параметры двигателя, применение больших значений рк* ограничено усложнением конструкции и увеличением массы, габаритов компрессора. Выбор высоких значений рк* при проектировании двигателей малой мощности приводит к получению малых высот лопаток последних ступеней компрессора и первых ступеней турбины. Это в свою очередь приводит к росту потерь энергии из-за увеличения относительных радиальных зазоров, уменьшения значения числа Рейнольдса и понижения относительной точности изготовления пера лопатки. Предварительно, для выбора рк* на расчетном режиме, проведем термогазодинамически расчеты для пяти значение. рк* (при выбранной ) охватывающи диапазон от рк*опт до рк*эк.

1.1.3 КПД компрессора и турбины

Величина изоэнтропического КПД многоступенчатого компрессора по параметрам заторможенного потока зависит от степени повышения давления в компрессоре и КПД его ступеней:

,

где - среднее значение КПД ступеней компрессора.

На расчетном режиме среднее значение КПД ступеней в многоступенчатых осевых компрессорах современных газотурбинный двигателей лежит в пределах =0,88…0,9. Принимаем =0,89.

Наличие переходных каналов между каскадами приводит к снижению за счет гидравлических потерь на (1% … 2%).

КПД компрессора - это отношение изоэнтропической работы по параметрам заторможенного потока к работе компрессора, может быть представлен как произведение

где Юм - механический КПД компрессора, учитывающий потери в его опорах, обычно составляющий Юм = 0,99…0,995. - КПД компрессора по параметрам заторможенного потока: Принимаем Юм =0,985. Рассчитаемдля пяти значений :

Таблица 1.1 - Значения КПД компрессора