222
Паротурбинные и газотурбинные установки
Курсовая
Производство и промышленные технологии
Расчет и оптимизация цикла газотурбинной установки. Выбор типа компрессора, определение его характеристик и основных размеров методом моделирования. Определение основных геометрических размеров турбины. Тепловой расчет проточной части по среднему диаметру.
Русский
2012-11-14
637.5 KB
57 чел.
Министерство образования РФ
Санкт-Петербургский институт Машиностроения
Факультет турбостроения
Кафедра Турбостроения и средств автоматики
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине
«Паротурбинные и газотурбинные установки»
(раздел «Газотурбинные установки»)
Юрьев А.Ю.
Принял: Вохмянин С.М.
Санкт-Петербург
2011г
Курсовая работа состоит из следующих частей:
Часть 1. Расчет и оптимизация цикла газотурбинной установки.
Часть 2. Выбор типа компрессора, определение его характеристик и основных размеров методом моделирования.
Часть 3. Определение основных геометрических размеров турбины.
Часть 4. Тепловой расчет проточной части по среднему диаметру.
Исходные данные
Вариант № 15
Назначение газотурбинной устаноки - пиковая.
Температура наружного воздуха.
Давление наружного воздуха .
Температура газа перед турбиной .
Степень регенерации .
Низшая теплотворная способность топлива .
Адиабатный КПД проточной части компрессора .
Тепловой КПД блока камер сгорания .
Адиабатный КПД проточной части турбины .
Механический КПД ГТУ .
Удельный расход воздуха на утечки через лабиринтные уплотнения .
Степени повышения давления воздуха в компрессоре
Частота вращения силового вала турбины .
ЧАСТЬ 1.
Расчет и оптимизация цикла газотурбинной установки
№ |
Наименование величины |
Обозна-чение |
Размер-ность |
Расчетная формула |
Степень повышения давления |
||
КОМПРЕССОР |
|||||||
1 |
Давление воздуха перед компрессором |
бар |
0,9852 |
0,9852 |
0,9852 |
||
2 |
Давление воздуха за компрессором |
бар |
9,8520 |
10,8372 |
11,8224 |
||
3 |
Термодинамическая функция для сухого воздуха |
10,9150 |
12,0065 |
13,0980 |
|||
4 |
Удельная энтальпия воздуха в конце изоэнтропического процесса сжатия |
По данным из табл. В.1 |
541,6664 |
556,4897 |
570,3061 |
||
5 |
Удельная работа, потребляемая компрессором |
307,7822 |
325,2214 |
341,4760 |
|||
6 |
Удельная энтальпия воздуха за компрессором |
587,8337 |
605,2729 |
621,5275 |
|||
7 |
Температура заторможенного потока воздуха за компрессором |
К |
По данным из табл. В.1 |
581,8750 |
598,5050 |
613,9583 |
|
8 |
Мощность, потребляемую компрессором |
кВт |
52117,4986 |
55213,8453 |
58299,7194 |
||
КАМЕРА СГОРАНИЯ |
|||||||
9 |
Полное давление перед газовой турбиной |
бар |
9,5650 |
10,5215 |
11,4781 |
||
10 |
Удельный расход топлива в камере сгорания |
0,01985 |
0,01940 |
0,01899 |
|||
11 |
Энтальпия заторможенного потока воздуха на выходе из регенератора |
587,8337 |
605,2729 |
621,5275 |
|||
ГАЗОВАЯ ТУРБИНА |
|||||||
12 |
Расход газа через проточную часть газовой турбины |
164,4048 |
164,7818 |
165,6409 |
|||
13 |
Давление газа за турбиной |
бар |
1,01 |
1,01 |
1,01 |
||
14 |
Степень расширения газа в турбине |
9,4703 |
10,4173 |
11,3644 |
|||
15 |
Термодинамическая функция для сухих продуктов сгорания |
34,9232 |
31,7485 |
29,1026 |
|||
16 |
Удельная энтальпия |
По данным из табл. В.2 |
750,5176 |
730,9276 |
713,4365 |
||
17 |
Удельная работа, развиваемая газовой турбиной |
565,9686 |
583,6544 |
599,4452 |
|||
18 |
Мощность, развиваемая газовой турбиной |
кВт |
93047,9545 |
96175,6226 |
99292,6424 |
||
19 |
Полная удельная энтальпия газа за турбиной |
811,4554 |
793,7696 |
777,9788 |
|||
20 |
Полезная мощность на валу ГТУ |
кВт |
39999,9764 |
40000,0211 |
39999,9966 |
||
21 |
Расход воздуха в компрессоре |
кг/с |
169,3324 |
169,7731 |
170,7286 |
||
22 |
Весовой расход топлива в ГТУ |
3,2002 |
3,1358 |
3,0868 |
|||
23 |
Удельный расход топлива, отнесенный к полезной мощности на валу ГТУ |
0,00008001 |
0,00007839 |
0,00007717 |
|||
24 |
Эффективный КПД ГТУ |
0,2976 |
0,3037 |
0,3085 |
|||
25 |
Удельная полезная мощность |
236,2216 |
235,6087 |
234,2899 |
5.0 |
215,43 |
0,230 |
6.0 |
225,59 |
0,248 |
7.0 |
231,44 |
0,262 |
8.0 |
234,72 |
0,273 |
9.0 |
236,05 |
0,282 |
10.0 |
236,29 |
0,289 |
11.0 |
235,61 |
0,294 |
12.0 |
234,30 |
0,299 |
13.0 |
232,38 |
0,303 |
14.0 |
229,69 |
0,305 |
15.0 |
226,76 |
0,308 |
16.0 |
223,63 |
0,309 |
17.0 |
220,35 |
0,310 |
18.0 |
216,96 |
0,311 |
19.0 |
213,47 |
0,311 |
20.0 |
209,90 |
0,311 |
21.0 |
206,34 |
0,311 |
22.0 |
202,72 |
0,311 |
23.0 |
198,99 |
0,310 |
24.0 |
195,13 |
0,309 |
25.0 |
191,29 |
0,308 |
26.0 |
187,33 |
0,306 |
27.0 |
183,40 |
0,304 |
28.0 |
179,52 |
0,302 |
29.0 |
175,67 |
0,300 |
ЧАСТЬ 2.
Выбор типа компрессора, определение его характеристик и основных размеров
методом моделирования.
В качестве модельного компрессора выбираем компрессор ГТУ-200.
Исходные данные модельного компрессора:
Массовый расход,
Степень повышения давления
Частота вращения вала
Адиабатический КПД,
Температура на входе,
Давление на входе,
Наружный диаметр рабочего колеса 1 ступени,
Длина рабочей лопатки первой ступени
Наружный диаметр рабочего колеса посл. ступени,
Длина проточной части,
Число ступеней,
Исходные данные натурного компрессора:
Массовый расход,
Степень повышения давления
Частота вращения вала,
Температура на входе,
Давление на входе, .
Cпроектированная по методу проточная часть натурного компрессора представляет собой в выбранном масштабе проточную часть прототипа, имеющие тождественные с ней характеристики, построенные в параметрах подобия.
Масштаб моделирования
(1)
(2)
-политропический КПД компрессора, значение которого принимают в пределах 0,86…0,92 .
Принимаем
Выбранная точка моделирования содержит следующее:
;
- относительная величина обобщающего параметра для модельного компрессора в точке «М», снятая с его универсальной характеристики
-значение обобщающего параметра для модельного компрессора в расчетной точке (значения представлены в исходных данных модельного компрессора)
- определяется по значениям в исходных данных для модельного компрессора
Требуемую для определения расчетного значения массового расхода степень повышения давления, предвключенной группы ступеней подсчитывают по формуле:
Заданная частота вращения ротора компрессора проверяется по следующему соотношению:
Суммарная степень повышения давления проектируемого компрессора:
При этом соблюдается условие , что соответствует 2…3 дополнительным концевым ступеням.
Наружный диаметр рабочего колеса 1 -ой предвключенной ступени компрессора приближенно рассчитывают по формуле:
где - отношение диаметра втулки рабочего колеса и его наружному диаметру (втулочное отношение)
-коэффициент расхода 1 ступени , который берут в пределах 0,46….0,48 . В нашем случае принимаем 0,47
-газовая постоянная, равная 281,7 .
Число ступеней предвключенной группы:
-изоэнтропический напор, создаваемый предвключенной группой ступеней:
-средний коэффициент напора ступени, который принимают в расчетах равным 0,4…0,5
-коэффициент взаимного влияния ступеней, который принимают равным 0,94….1,0 .
-средняя окружная скорость на перефирии рабочих лопаток предвключенной группы ступеней.
Суммарный КПД такой комбинированной проточной части:
Вывод:
В части 2 создан компрессор для ГТУ, базируясь на других известных компрессорах
(в данном случае компрессор ГТУ-200)
ЧАСТЬ 3.
Определение числа ступеней и основных геометрических размеров проточной части газовой турбины
Исходные параметры для проектирования проточной части газовой турбины:
- массовый расход газа через турбину
- удельная работа, развиваемая турбиной
- температура в заторможенном потоке перед турбиной
- давление в заторможенном потоке перед турбиной
- давление в заторможенном потоке за турбиной
- частота вращения ротора турбины
Определение числа ступеней:
Удельная работа, развиваемая одиночной турбинной ступенью
коэффициент нагрузки ступеней
-средняя окружная скорость турбинной ступени
-коэффициент, учитывающий влияние радиального зазора между лопатками
Число ступеней турбины
Распределение удельной работы, развиваемое каждой ступенью
Определение основных размеров последней ступени с учетом выходного диффузора:
Энтальпия газа на выходе из диффузора:
-полная энтальпия газа на выходе из турбины
-скорость потока на выходе из диффузора
Статическое давление газа на выходе из диффузора:
- значение термодинамической функции для заторможенного потока на выходе
из диффузора
Энтальпия потока на выходе из диффузора для процесса сжатия.
(в нем по обратимой адиабате)
Изоэнтропический теплоперепад в диффузоре:
Скорость выхода потока из последней ступени турбины:
- осевая составляющая скорости
угол выхода из последней ступени турбины
- КПД диффузора
Статическое давление поток газа на выходе из последней ступени:
Площадь кольцевого сечения на выходе из последней ступени:
Удельный объем газа на выходе из последней ступени:
Скорость потока газа при изоэнтропическом расширении
|
|||||||||
0,48 |
294,8347 |
1,5661 |
0,2830 |
0.15 |
1,2811 |
1,8472 |
0,5 |
0,53 |
0,78011 |
0,5 |
307,1195 |
1,6293 |
0,2717 |
0.20 |
1,3576 |
1,9010 |
0,5 |
0,554 |
0,88738 |
0,52 |
319,4042 |
1,6945 |
0,2612 |
0.25 |
1,4333 |
1,9557 |
0,5 |
0,588 |
0,97514 |
0,54 |
331,6890 |
1,7597 |
0,2516 |
0.30 |
1,5081 |
2,0112 |
0,5 |
0,621 |
1,0678 |
0,56 |
343,9738 |
1,8248 |
0,2426 |
0.35 |
1,5823 |
2,0674 |
0,5 |
0,645 |
1,1629 |
Напряжения растяжения в корневом сечении лопатки
- плотность материала рабочей лопатки
угловая скорость вращения ротора
- коэффициент разгрузки лопатки переменного сечения
Втулочное отношение
Допустимое напряжение в корневом сечении рабочей лопатки
-коэффициент запаса прочности по растяжению
- предел длительной прочности материала лопатки
Определение длины сопловой лопатки первой ступени:
Длина сопловой лопатки
Скорость потока газа на выходе из сопел первой ступени
коэффициент скорости для сопловых лопаток
степень реактивности на среднем диаметре
угол выхода потока из сопловых лопаток на среднем диаметре
теплоперепад принятый на первую ступень
- теплоперепад, соответствующий скорости входа потока в сопловой аппарат первой
ступени
Удельный объем газа на выходе из соплового аппарата первой ступени
Энтальпия на выходе из соплового аппарата первой ступени
Давление газа за сопловыми лопатками первой ступени
Приближенное раскрытие угла проточной части
Проточная часть
Часть 4.
Тепловой расчет проточной части по среднему диаметру.
3 - Число ступеней
164.4048 - G_газа, кг/с
1260 - T_газа, К
9.565 - P_газа, бар
60 - n, об/с
====================== 1-я ступень
228.268 - Hs, кДж/кг
1.6945 - D1, м
0.0851 - L1, м
3.471 - G_возд, кг/с
581.875 - Т_возд, К
494.219 - С_возд, м/с
22.84 - угол возд,град
1.6945 - D2, м
0.0851 - L2, м
1.536 - G возд, кг/с
581.875 - Т возд, К
====================== 2-я ступень
190.223 - Hs, кДж/кг
1.6945 - D1, м
0.173 - L1, м
0.83 - G_возд, кг/с
581.875 - Т_возд, К
664.557 - С_возд, м/с
18.556 - угол возд,град
1.6945 - D2, м
0.173 - L2, м
0 - G возд, кг/с
0 - Т возд, К
======================3-я ступень
300 - Hs, кДж/кг
1.6945 - D1, м
0.2612 - L1, м
0 - G_возд, кг/с
0 - Т_возд, К
0 - С_возд, м/с
0 - угол возд,град
1.6945 - D2, м
0.2612 - L2, м
0 - G возд, кг/с
0 - Т возд, К
=============== 1 Ступень =============================================
HS= .22827E+03 Ro= .14302E+00
Сопловые лопатки:
T0*= .12600E+04 P0*= .95650E+01 I0*= .13774E+04
D1= .16945E+01 L1= .85100E-01
G_gas_1= .16440E+03 G_air_1= .34710E+01
T_air_1_in= .58188E+03 T_air_1_Out= .91753E+03 T1_gas= .11148E+04
T1= .11098E+04 P1= .54526E+01 V1= .58483E+00
C1_gas= .59223E+03 C_air= .49422E+03
C1= .59020E+03 U1= .31941E+03 W1= .32077E+03
Alfa1_gas= .22840E+02 Alfa_air_1= .22840E+02
Alfa1= .22840E+02 Beta1= .45577E+02
T1*= .11528E+04 P1*= .63888E+01 I1*= .12475E+04
Рабочие лопатки:
D2= .16945E+01 L2= .85100E-01
G_gas_2= .16788E+03 G_air_2= .15360E+01
T_air_2_in= .58188E+03 T_air_2_Out= .74177E+03 T2_gas= .10906E+04
T2= .10868E+04 P2= .49416E+01 V2= .67949E+00
C2= .25325E+03 U2= .31941E+03 W2= .38580E+03
Alfa2= .96145E+02 Beta2= .40743E+02
T2*= .11137E+04 P2*= .54682E+01 I2*= .12007E+04
KPD= .76154E+00
=============== 2 Ступень =============================================
HS= .19022E+03 Ro= .23408E+00
Сопловые лопатки:
T0*= .11137E+04 P0*= .54682E+01 I0*= .12007E+04
D1= .16945E+01 L1= .17300E+00
G_gas_1= .16941E+03 G_air_1= .83000E+00
T_air_1_in= .58188E+03 T_air_1_Out= .16592E+04 T1_gas= .97967E+03
T1= .98412E+03 P1= .30750E+01 V1= .91957E+00
C1_gas= .56294E+03 C_air= .66456E+03
C1= .56343E+03 U1= .31941E+03 W1= .27975E+03
Alfa1_gas= .18556E+02 Alfa_air_1= .18556E+02
Alfa1= .18556E+02 Beta1= .39862E+02
T1*= .10175E+04 P1*= .35235E+01 I1*= .10866E+04
Рабочие лопатки:
D2= .16945E+01 L2= .17300E+00
G_gas_2= .17024E+03 G_air_2= .00000E+00
T_air_2_in= .00000E+00 T_air_2_Out= .00000E+00 T2_gas= .95156E+03
T2= .95156E+03 P2= .26184E+01 V2= .11077E+01
C2= .20536E+03 U2= .31941E+03 W2= .39267E+03
Alfa2= .85629E+02 Beta2= .31431E+02
T2*= .96967E+03 P2*= .28272E+01 I2*= .10306E+04
KPD= .81499E+00
=============== 3 Ступень =============================================
HS= .30000E+03 Ro= .32030E+00
Сопловые лопатки:
T0*= .96967E+03 P0*= .28272E+01 I0*= .10306E+04
D1= .16945E+01 L1= .26120E+00
G_gas_1= .17024E+03 G_air_1= .00000E+00
T_air_1_in= .00000E+00 T_air_1_Out= .00000E+00 T1_gas= .78484E+03
T1= .78484E+03 P1= .11467E+01 V1= .19666E+01
C1_gas= .65067E+03 C_air= .00000E+00
C1= .65067E+03 U1= .31941E+03 W1= .37678E+03
Alfa1_gas= .22711E+02 Alfa_air_1= .00000E+00
Alfa1= .22711E+02 Beta1= .41816E+02
T1*= .84760E+03 P1*= .15525E+01 I1*= .88984E+03
Рабочие лопатки:
D2= .16945E+01 L2= .26120E+00
G_gas_2= .17024E+03 G_air_2= .00000E+00
T_air_2_in= .00000E+00 T_air_2_Out= .00000E+00 T2_gas= .71030E+03
T2= .71030E+03 P2= .72970E+00 V2= .28976E+01
C2= .37063E+03 U2= .31941E+03 W2= .55492E+03
Alfa2= .73170E+02 Beta2= .39739E+02
T2*= .77210E+03 P2*= .10086E+01 I2*= .80455E+03
KPD= .70386E+00
Заключение:
В данной курсовой работе произведен тепловой расчет цикла газотурбинной установки и выбор ее оптимальных параметров. Курсовая работа, состоящая из четырех частей, включает в себя следующие расчеты. В первой части произведен расчет цикла и его оптимизация, т.е. выбраны оптимальные значения πк и КПД установки. Вторая часть включает выбор осевого компрессора путем метода полного моделирования с установкой предвключенных ступеней. В третей части произведено определение основных геометрических размеров турбины, из которой были определены длины сопловых и рабочих лопаток проточной части газовой турбины. В четвертой части выполнен тепловой расчет проточной части турбины по среднему диаметру.
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
66293. | Нуклеїнові кислоти. Генетичний код. АТФ | 91.5 KB | |
Мета: поглибити знання про будову властивості та роль ДНК РНК АТФ в житті клітини і організму на прикладі наукових пошуків вчених їх самовідданості виховувати студентів. Обладнання: таблиці ДНК Генетичний код. ДНК дезоксирибонуклеїнова кислота. Самоподвоєння ДНК. | |||
66294. | Історія вивчення клітини. Клітинна теорія. Методи цитологічних досліджень. Прокаріоти, еукаріотичення клітини | 71.5 KB | |
Мета: ознайомити студентів з історією вивчення клітини, методами цитологічних досліджень, сформулювати основні положення клітинної теорії; узагальнити, систематизувати та поглибити знання студентів про будову клітини прокаріот і еукаріот; на прикладі самовідданої праці вчених виховувати студентів. | |||
66295. | Поверхневий апарат. Цитоплазма. Цитоскелет. Включення. Органели руху. Немембранні органели | 82 KB | |
Мета: вивчити хімічний склад мембран, встановити взаємозв’язок між будовою і функціями клітинної мембрани; виходячи з особливостей хімічного складу і будови мембран, визначити застосування їх людиною. | |||
66296. | Одномембранні органели | 71.5 KB | |
Цистерни комплексу Гольджі полярні: до одного полюса підходять пухирці, що відриваються від ЕПС і містять продукти синтезу. З іншого полюса цістерн відокремлюються пухирці, наповнені ферментами та іншими речовинами. | |||
66297. | Сьогодні, жінки, Ваше свято | 48 KB | |
Ти жінка. Жінка чарівне слово Жінка життя прикраса Жінку прославляють знов І не підвладна часу жінка. Жінка кохана й мати Жінка сестра й бабуся Жінка життєве свято Свято що вічно в русі. Жінка це у першу чергу матір. | |||
66298. | Міжнародний жіночий день 8 березня | 35 KB | |
Земля зітхає ледве чутно І прокидається від сну... І березень дарує чудо, Розпочинаючи весну. Це чудо-в усмішках чарівних, У морі квітів навкруги. Ми Вас вітаємо царівни, Найкращі, милі, дорогі! Вальс з квітами. | |||
66299. | 8 Марта. Мамин праздник | 48 KB | |
Празднично убранный класс. На стенде рисунки детей, посвященные Дню 8 Марта. На доске слова: Спасибо, женщины вам И вашим умелым и нежным рукам, Они золотые, как солнце, всегда. Нам маминых рук не забыть никогда! Пусть мамины славятся всюду дела! Трудящимся женщинам честь и хвала. | |||
66300. | Двомембранні органели. Фотосинтез | 77 KB | |
Процес фотосинтезу відбувається у дві фази: світова і темнова. Приваблюють тварин що сприяє запиленню та розповсюдженню насіння Фази фотосинтезу хлорофія відновлюється Під дією ферментів світло Гетеротрофи Використовують готові органічні речовини Фототрофи... | |||
66301. | Сценарий праздника, посвященного Дню Победы «Память – лучшая награда» | 67.5 KB | |
Прощай отчий край Ты нас вспоминай Прощай милый взгляд Прости прощай прости прощай. Прощай отчий край Ты нас вспоминай Прощай милый взгляд Прости прощай прости прощай. Прощай отчий край Ты нас вспоминай Прощай милый взгляд Не все из нас придут назад. | |||