Термодинамический и конструктивный расчет газотурбинной установки

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное Образовательное Учреждение Высшего  Профессионального Образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 

Кафедра ПТ 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

по  дисциплине

«Тепловые двигатели и нагнетатели »

на  тему:

Термодинамический и конструктивный расчет газотурбинной  установки 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

студент гр. ПТ08-1

Саитова Л. Р.

Проверил:

д.т.н., профессор Степанов О.А. 
 
 
 
 

Тюмень 2010

       ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И НАГНЕТАТЕЛИ»

ЧАСТЬ I ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

       ПРОВЕСТИ  ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ  И КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ГТУ ТИПА       ГТК – 16

       Студенту      Саитовой Л. Р.                 гр.                 ПТ08-1

        
 
 
 

      Содержание:

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА……………..4
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА………………………………….6
3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ГТУ………………………………….15
4. РАСЧЕТ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБИНЫ……………………………………………… .16
5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБИНЫ………………………….....18

 

 

     2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

     Газотурбинная установка предназначена для привода центробежного нагнетателя природного газа. Область применения установок —компрессорные станции магистральных газопроводов. Топливом для ГТУ служит природный газ.

     

     Рисунок 1. Принципиальная схема газотурбинной установки:

     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 нагнетателя 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.

 

     3. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

1. Молярный (объемный) состав топливного газа.

     Исходные  данные по молярному составу газа в процентах берутся из справочной литературы.

 
       

2. Молекулярная  масса газа:

 
 

     Где — молекулярная масса компонентов газообразного топлива.

3. Элементарный массовый состав топлива в процентах:

 
 
 
 
 
 
 
 

     ____________________________________________________________

                                        Итого:                                      100% 

     

4. Характеристика  элементарного состава топлива:

 
     

5. Теоретически  необходимый расход сухого воздуха  в кг на 1кг топлива:

     

 
     

7. Теплота сгорания газообразного топлива:

 
 
 

     где и - низшая молярная теплота сгорания в кДж/моль и низшая теплота сгорания в кДж/кг;

     r_i—молярные концентрации компонентов в %;

     — средняя молекулярная масса газообразного  топлива;

      - низшая теплота сгорания компонентов в кДж/кмоль.

8. Характеристика Вельтера-Бертье-Коновалова:

 
     

9. Приведенная молекулярная масса влажного воздуха

 
 

     где ψ— расчетное значение относительной влажности воздуха (принятое расчетное значение ψ = 0,6);

     —содержание влаги в воздухе  при полном насыщении  при t=tа= =─15°С, Рнар=735,56 мм рт. ст.

10. Начальное значение приведенного водяного эквивалента влажного воздуха (t=tа=─15°С):

     

       

     где , —истинные теплоемкости сухого воздуха () и водяного пара () при ta= ─15°С.

11. Начальное абсолютное давление сжатия:

 

     11.Абсолютное  давление в выхлапном патрубке турбины: 

     В дальнейшем, для удобства оформления материалов проекта все основные уравнения термодинамического расчета  и результаты вычислений сведены  в таблице 1

     В пункте 11 табл. 1 предварительное значение коэффициента избытка воздуха (α₀), без учета влияния регенеративного подогрева,(t₁=t_c) определяется по формуле: 

     Целесообразно вычисление α₀ выполнять по этапам и результаты привести в таблице промежуточных вычислений.

     Пункт 12, табл. 1. Вычисление приведенной молекулярной массы продуктов сгорания (µ₀) производится по формуле: 

     где r₀ = 0,2095 молярная концентрация кислорода в сухом воздухе.

     Целесообразно величину вычислять по отдельным этапам, результаты привести в таблице промежуточных вычислений:

 

     

     

 Вспомогательная таблица а

 

Вспомогательная таблица б

     Пункт 23 табл. 1. Уточненное значение коэффициента избытка воздуха определяется по формуле: 

     Гдеt₁=t_ν — температура воздуха за регенератором. 
Величины () и () определяются в зависимости от средней температуры .

     

     В рассматриваемом примере оптимальное  значение соотношений давлений сжатия выбрано равным С =8. Все последующие расчеты ведутся из условия соотношения давлений сжатия в осевом компрессоре С=8.