Расчет тепловой схемы газотурбинного двигателя

1 Расчет тепловой схемы

1.1 Выбор тепловой схемы

В современных условиях развития ГТД не имеет смысла рассматривать одновальный ГТД. Поэтому анализ начинается с рассмотрения тепловой схемы двухвального ГТД. Данные расчета сведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Расчет тепловой схемы двухвальной ГТУ

Обозначения	Варианты
πк	7,00	10,0	13,0	16,0	19,0	22,0
Рвх.к	100,3	100,3	100,3	100,3	100,3	100,3
Lк	245,8	307,6	357,3	399,3	436,0	468,8
Тк	531,3	592,5	641,7	683,4	719,7	752,2
Lтвд	258,6	323,7	376,0	420,2	458,9	493,4
Ттвд	1225,0	1168,4	1123,0	1084,5	1050,9	1020,9
πтвд	2,09	2,58	3,08	3,60	4,14	4,72
πΣ	6,72	9,60	12,48	15,36	18,24	21,13
πст	3,21	3,71	4,05	4,26	4,39	4,46
Lст	327,6	345,7	350,4	348,8	343,8	337,0
Lе	320,0	337,7	342,3	340,7	335,9	329,2
Gв	312,4	296,0	292,1	293,4	297,7	303,7
Q1	1090,6	1032,8	986,4	947,0	912,7	882,0
ηe	29,2	32,5	34,5	35,8	36,6	37,1

Из теплового расчета двухвальной ГТУ сделан вывод, что при заданной мощности 100 МВт и температуре после КС 1450 К значение расхода рабочего тела (порядка 300 кг/с)  имеет большие значения, что обуславливает большие габариты самой ГТУ. При этом кпд установки при больших значениях   степени   повышения   давления   (22 и выше)   достаточно   высокий – 37%.  Однако, с

Q₁=С_рг^.ν_вх-г^.Т_г^.η_г^-1-С_рв^.ν_вх-квд^.Т_квд=1,268^.0,95^.1450,0^.0,995^-1-1,094^.0,93^.787,8=953,8 кДж/кг.

1.2.36 Эффективный КПД газотурбинной установки

η_е=^.100%=^.100%= 44,3 %.

1.2.37 Расход воздуха в цикле, обеспечивающий номинальную мощность

G_в === 235,2 кг/с.

1.2.38 Расход рабочего тела

G_г = G_в кг/с.

В ходе теплового расчета были рассмотрены принципиальные тепловые схемы газотурбинных двигателей. Среди них выбрана наиболее эффективная схема для расчета ГТД мощностью 100 МВт. Выбор производен исходя из сравнительного анализа коэффициентов полезного действия, полезной работы и расхода рабочего тела в цикле (что характеризует габариты установки), а так же температуры рабочего тела на выхлопе, которая влияет на стоимость материалов для регенератора и последних ступеней турбины (она не должна превышать в конечном итоге 550-600 ^оС). Параметры расчитанного ГТД: Т_г = 1450 К; π_к = 14; G_в = 235 кг/с; Т_вых = 843 К; r = 0,86; η_е = 44,3 %.

5.5 Подшипники

В ГТД использованы четыре опорных и три опорно-упорных подшипника. Конструкция опорных частей однотипная – крышка подшипников устанавливается в корпусе ГТД, в крышку помещены подушки и вкладыши подшипников с баббитовой заливкой. Во вкладышах имеются маслоотбойные кольца для задержания масла, а также в крышку устанавливаются масляные уплотнения.

Крышки подшипников выполнены заодно с корпусными частями ГТД. В опорно упорный подшипник аналогично устанавливаются опорные вкладыши с баббитовой заливкой и маслоотбойными кольцами. В крышках имеются масляные уплотнения, плавающие уплотнения. Упорный подшипник состоит из упорных колодок, упирающихся в упорный гребень, выточенный на валах ГТД, он препятствует осевому перемещению роторных частей относительно статорных.

Рабочие поверхности подшипников покрыты слоем антифрикционного материала – баббитовой заливкой.

5.6 Промежуточный охладитель

Компрессор всасывает пары аммиака из трубы через грязеуловители. По напорной трубе сжатые пары поступают в маслоотделитель и далее через вентиль в конденсатор. Из конденсатора, в котором по трубкам протекает вода, жидкий аммиак стекает в линейный ресивер. Из ресивера аммиак поступает в водяной охладитель. Из охладителя он направляется в поглотитель влаги, фильтр и через вентиль в раздаточный коллектор. Влагопоглотитель включают периодически. Влагопоглотитель наполнен силикагелем SiO2. Из коллектора обезвоженный охлажденный аммиак проходит через регулирующие вентили и по трубам в промежуточный охладитель воздуха. В охладителе на трубах со стороны выхода паров, устанавливают термодатчики. При изменении температуры паров агента, они через исполнительный механизм воздействуют на вентили, увеличивая или уменьшая приток жидкого агента в охладитель. Из промохладителя пары аммиака по трубе поступают в отделитель жидких частиц аммиака и далее по трубе в компрессор. На конденсаторе и ресиверах установлены манометры и предохранительные клапаны. Пополнение системы жидким аммиаком производится через вентиль. Компрессор отсасывает пары из охладителя, что может понизить давление, заданное регулирующими вентилями и температуру кипения. Поэтому на всасывающей линии устанавливают реле останавливающее электродвигатель компрессора. Недопустимо также повышение давления сверх рабочего в конденсаторе. Поэтому останавливающее электродвигатель реле установлено также и на нагнетательной линии.

Заключение

В настоящее время актуальна проблема эффективного использования энергоносителей, невозобновляемых источников энергии. Природный газ, широко используемый как топливо, не бесконечен, и его использование должно быть ориентировано на современные, производительные и вместе с тем эффективные технологии.

Поэтому в данном проекте моей целью стало проектирование газотурбинного двигателя, обладающего высокими показателями эффективности, надежности и безопасности для людей и окружающей среды.