Розробка газогенератора високого тиску привідного ГТД для газоперекачувального агрегату потужністю 6,68 МВт з частотою обертання ротору нагнітача (генератора) 8200 об/хв

Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень):

аркуш 1 (формат А1) – схема ГТД з розподілом основних параметрів газу вздовж проточної частини двигуна;                                                    

аркуш 2 (формат А0) – креслення загального вигляду газогенератора привідного ГТД;                                                                  

аркуш 3 (формат А2) – робоче креслення деталі (вала-полумуфти);  

аркуш 4 (формат А2) – креслення заготовки деталі (вала-полумуфти);                                                                                                     

аркуш 5 (формат А1) – план оброблення заготовки.                               

4  Дата видачі завдання:

5  Дата подання закінченого проекту:

Керівник

                                                   (підпис)

Завдання прийняв до виконання

(дата, підпис студента )

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                                      стр. 

Введение.......................................................................................................... 6

1 Расчетно-теоретическая часть..................................................................... 8

1.1 Обоснование мощности и частоты вращения силовой турбины ГТД. 9

1.2 Выбор параметров цикла и обоснование КПД элементов ГТД........... 9

1.3 Термогазодинамический расчет двигателя......................................... 13

1.4 Формирование «облика» проточной части турбокомпрессора......... 16

1.5 Газодинамический расчет компрессора.............................................. 20

1.6 Газодинамический расчет турбины..................................................... 29

1.7 Профилирование рабочей лопатки ступени компрессора высокого давления............................................................................................... 35

1.8 Выводы по разделу 1........................................................................... 45

2 Конструкторская часть.............................................................................. 47

2.1 Краткое техническое описание узлов ГТД......................................... 48

2.2 Расчет на прочность наиболее нагруженных деталей узла................ 50

2.2.1 Расчет на прочность лопатки ступени компрессора................... 50

2.2.2 Расчет на прочность диска рабочего колеса ступени
компрессора.................................................................................. 56

2.3 Выводы по разделу 2........................................................................... 63

3 Технологическая часть............................................................................... 64

3.1 Анализ чертежа детали, оценка ее технологичности, выбор
и обоснование вида заготовки и метода ее получения...................... 65

3.1.1 Анализ рабочего чертежа детали................................................. 65

3.1.2 Обоснование выбора материала................................................... 68

3.1.3 Анализ технологичности детали.................................................. 69

3.1.4 Выбор вида исходной заготовки и обоснование способа
ее получения................................................................................. 71

3.2 Расчет потребного числа ступеней обработки, обоснование
этапов плана обработки....................................................................... 74

3.2.1 Обоснование выбора материала................................................... 74

3.2.1 Анализ технологичности детали.................................................. 78

3.3 Разработка предварительного плана обработки................................. 80

3.4 Расчет припусков и операционных размеров..................................... 84

3.4.1 Расчет припусков и операционных размеров
поверхностей вращения............................................................... 84

3.4.2 Расчет припусков и операционных размеров торцевых
поверхностей................................................................................ 94

3.4.3 Расчет технологических размерных цепей.................................. 95

3.5 Выводы по разделу 3......................................................................... 100

4 Охрана труда............................................................................................ 101

4.1 Описание объекта............................................................................... 102

4.2 Анализ опасных факторов в компрессорном цехе........................... 102

4.3 Расчет наиболее опасного фактора................................................... 106

4.4 Выводы по разделу 4......................................................................... 107

Выводы........................................................................................................ 108

Перечень ссылок......................................................................................... 110

ВВЕДЕНИЕ

Газотурбинная установка, как всякий тепловой двигатель, служит для превращения теплоты в работу. При этом рабочее тело совершает определенный термодинамический цикл, состоящий из ряда процессов, осуществляемых в различных узлах ГТУ.

Основными требованиями, предъявляемыми к газотурбинным установкам, являются: высокая топливная экономичность при небольших капитальных затратах, длительный срок службы, надежность, большая единичная мощность, высокая степень автоматизации.

Данные свойства устанавливают сферу использования ГТД: авиационные двигатели, стационарные  энергетические установки, двигатели для наземного транспорта, судовые двигатели, привод для мощных компрессорных станций и др.     Газотурбинные двигатели со свободной турбиной и двухвальным газогенератором отличаются от остальных схем высоким запасом газодинамической устойчивости и возможностью поддержания постоянных оборотов выводного вала в условиях переменной нагрузки. Основной областью  применения таких двигателей являются вертолетные ГТД, приводы электрогенераторов, газоперекачивающие агрегаты, двигатели тяжелого наземного транспорта.

  Широкое применение ГТД получили в газотранспортной отрасли в качестве привода для нагнетателей  природного газа на магистральных трубопроводах и на технологических станциях. Газотурбинные двигатели имеют комплекс свойств, обеспечивающих их применение в народном хозяйстве: приемлемая стоимость серийного двигателя, а тем более отработавшего ресурс авиационного ГТД, малая удельная масса и габариты, широкий диапазон климатических условий использования, автоматизация работы двигателя, работа на различных типах топлива при минимальных конструктивных переделках.

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

Даже краткий обзор факторов, формирующих облик двигателей на современном этапе их развития, показывает, что для выбора рациональной схемы и параметров силовой установки необходим комплексный анализ её как тепловой машины и как механической конструкции (облика газогенератора, геометрическое и кинематическое согласование компрессоров и турбин,), как источника вредного воздействия на окружающую среду и др. Этот анализ должен учитывать конкретное назначение и условие применения двигателя.

Проведение подобного анализа в достаточном объеме невозможно без широкого использования ЭВМ, без разработки математических моделей двигателей и их элементов, без перехода в дальнейшем к методам оптимального автоматизированного проектирования на всех этапах разработки и создания двигателей.

Анализировать свойства и характеристики двигателей (в особенности перспективных) целесообразно при реальных сочетаниях их различных параметров, соответствующих определенному уровню газодинамического конструкторско-технологического совершенства элементов. Поэтому выбор параметров анализируемого двигателя должен быть ориентирован на определенное или предполагаемое время появление его в эксплуатации.

Целью данной выпускной работы бакалавра является проектировочный расчет приводного газотурбинного двигателя мощностью 6,68 МВт. Прототипом послужил двигатель Д-336-1/2 мощностью 6,3 МВт производства ГП ЗМКБ «Прогресс» имени академика А.Г.Ивченко с параметрами Тг*=1280К, Пк_Σ=15,85, nтс=8200 об/мин.

В задачи расчета входит термогазодинамический расчет двигателя, выбор и обоснование параметров цикла ГТД, согласование параметров компрессора и турбины, газодинамические расчеты компрессора и турбины, расчет решеток профилей, расчет на прочность наиболее нагруженных деталей узла (диск, лопатка РК), разработка плана технологического процесса изготовления детали – шестерни коробки приводов, анализ опасных и вредных факторов, которые присутствуют в компрессорном цехе.

1 РАСЧЕТНО - ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1  Обоснование мощности и частоты вращения силовой турбины ГТД

Проектируемый двигатель предназначен для привода нагнетателя природного газа. Для работы выбрана безредукторная схема трансмиссии, т.к. частота вращения свободной турбины соответствует частоте вращения нагнетателя:

Такая схема приведена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 – Схема безредукторной трансмиссии

Мощность свободной турбины вычисляется по следующей формуле:

где  - коэффициент запаса мощности, учитывающий потери