Газотурбинные установки могут служить приводами для нагнетателей природного газа, а также генераторов электрического тока. (стр. 2 из 14)

Степень понижения давления газа в турбине:

Адиабатический теплоперепад в турбине:

Полная температура газа за турбиной:

1143-655,8∙0,89 / 1,16 = 640 К;

Температура за турбиной:

640-185²/ 2∙1,16∙1000 = 625 К;

Уточненная плотность газа за турбиной:

107326 / 640∙288 = 0,582 кг/м³;

Сравниваем полученное значение с уточненным: принятое значение плотности правильное

Расход газа через турбину:

59,4 кг∙с;

Коэффициент, учитывающий потери воздуха на охлаждение и уплотнение, а также добавку газа в камере сгорания:

0,98;

Теплоемкость воздуха во входном патрубке компрессора: С_рк = 1,010 кДж/кг ^. К;

Температура воздуха во входном патрубке компрессора:

Показатель адиабаты для воздуха: К_в= 1,4; m_к = 0,29.

КПД компрессора:

Такие параметры, как теплоёмкость, показатель адиабаты примем без уточнений, так как точный расчет компрессора в данном курсовом проекте не выполняется.

Степень сжатия в компрессоре (примем потери на трение равными 4%):

15,46^.(1 + 0,04) = 16,24;

Напор компрессора:

кДж/кг;

В многоступенчатой турбине вследствие перехода гидравлических потерь в тепло, располагаемый теплоперепад больше адиабатического на величину коэффициента возврата теплоты который принимаем: a = 0,01;

Располагаемый теплоперепад:

кДж/кг;

Полезная работа цикла:

кДж/кг;

Эффективная мощность на валу турбины: N_e=H_e*G_T=170,0*59,4=10,09 МВт.

1.2. Определение числа ступеней

При выборе числа ступеней турбины z учитываем назначение ГТУ, необходимость достижения высокого значения КПД турбины

. Определяющим фактором в выборе числа ступеней при заданном общем теплоперепад является окружная скорость

. Изучая опыт проектирования современных турбин предпочтительно иметь на среднем диаметре

, если конструкция ротора этому не препятствует. Исходя из того, что

для ступени должно составлять

, на каждой ступени при этом можно сработать адиабатический теплоперепад

На первую ступень желательно принять несколько увеличенный теплоперепад, чтобы заметно снизить температуру газа.

Теплоперепад на последнюю ступень принимают с учётом минимизации потерь с выходной скоростью, обеспечивая эффективную работу диффузора, что при осевом диффузоре достигается при a₂=90 ^о;

По опыту стационарного турбостроения принимаем число ступеней в турбине

, выполняя первую ступень более нагруженной.

Распределим

между ступенями согласно рекомендациям -

Получим:

;

Произведем проверку:

кДж/кг;

1.3. Выбор осевой скорости, углов и реактивности ступеней

Для стационарной ГТУ КПД турбины возрастает при уменьшении выходной скорости. Величина этой скорости при заданном расходе и параметрах газа на выходе определяется торцевой площадью последней ступени, которая, в свою очередь, связана с прочностью рабочих лопаток.

Принимаем осевую составляющею скорости выхода газа из ступени

с увеличением от первой ступени к последней:

;

Принимаем угол выхода потока из сопел

;

Степень реактивности на среднем диаметре:

;

1.4. Выбор схемы проточной части

Схему проточной части турбины примем с постоянным внутренним диаметром, так как при этом упрощается конструкция ротора и особенно корневой части рабочих лопаток.

Определим корневой диаметр последней ступени из следующих соотношений:

Коэффициент скорости

Оптимальное значение характеристики ступени:

0,60;

Окружная скорость:

;

Средний диаметр:

м.

Допустимые напряжения растяжения в корневом сечении рабочей лопатки

МПа.

Коэффициент формы

для линейного закона изменения площадей сечений по высоте лопатки принимаем равным 0,5.

Плотность материала лопатки

Угловая скорость вращения ротора турбины:

Кольцевая площадь

, ометаемая рабочими лопатками четвертой ступени, определяется по формуле:

м²;

Высота рабочей лопатки:

корневой диаметр рабочего колеса:

Принимаем конструктивно

м.

Значения, полученные в данном разделе, используются только для определения корневого диаметра и в последующих расчетах будут пересчитаны.

1.5. Газодинамический расчет ступени по среднему диаметру

В газодинамическом расчёте ступени по среднему диаметру были определены основные размеры каждой ступени, высоты сопловых и рабочих лопаток, углы выхода потока из лопаточных венцов и параметры потока в межвенцовых зазорах каждой ступени на среднем диаметре. Результаты расчета сведены в таблицу 1.1.

По результатам расчета построен эскиз проточной части (см. рисунок 1.1.) и h-s диаграмма (рис.1.2.)

Таблица 1.1.

Газодинамический расчет ступеней по среднему диаметру

Наименование величины	Формула	Обозна-чение	Размер- ность	Ступень1	Ступень 2	Ступень 3	Ступень 4
1	2	3	4	5	6	7	8
КПД ступени	Принимается	h_ст	-	0,89	0,89	0,88	0,87
Средняя температура в ступени		Т_ср	К	1078	950	826	700
Показатель адиабаты	Принимается	К	-	1,314	1,324	1,335	1,349
Параметр	k-1/k	m	-	0,239	0,245	0,251	0,259
Теплоёмкость газа	R/m	С_PT	кДж/кгК	1,205	1,177	1,147	1,114
Адиабатический теплоперепад ступени	из п.1.2	h_ст^ад	кДж/кг	174,9	162,8	161,6	163,1
Полная температура за ступенью		Т₂^*	К	1012	888	764	636
Полное давление за ступенью		Р₂^*	Па	858652	471471	237647	105253
Осевая составляющая скорости за РЛ	Принимается	С_2а	м/с	120	140	160	185
Статическая температура за РЛ		Т₂	К	1007	881	753	622
Статическое давление за РЛ		Р₂	Па	836870	441635	209410	83971
Удельный объем РЛ		u₂	м³/кг	0,346	0,574	1,036	2,132
Ометаемая площадь на выходе из РЛ		F_2а	м²	0,1712	0,2434	0,3844	0,6842

Продолжение таблицы 1.1.