Воздействие на регулирующие факторы называют способом регулирования, а заданное изменение параметров - законом или программой регулирования.

Регулируемый сопловой аппарат первой ступени силовой турбины применяется в ГТУ разработки General Electric - MS5002 и Nuovo Pignone - PGT-10. При помощи РСА могут быть выполнены следующие программы управления установкой(кроме поддержания заданной мощности):

· nок=const, когда поддерживается постоянной частота вращения вала компрессора и приводящей его турбины или вала КНД-ТНД;

· Тт=const, когда постоянной поддерживается температура за ССТ.

Первая программа управления позволяет получать в холодное время года более высокую степень сжатия в цикле, что важно для безрегенераторных ГТУ, а летом и при загрязнении проточной части турбомашин- более высокую располагаемую мощность.

Вторая программа управления обеспечивает более высокую экономичность в регенеративных ГТУ.

Так как компрессор снабжен регулируемым входным направляющим аппаратом, то возможно использование обеих программ регулирования.

Поворот лопаток РСА ССТ может производиться для[8,9 ]регулирования расхода рабочего тела через турбину, перераспределения работы между ступенями турбины и её каскадами, а также возможно снижение потерь в лопаточных венцах турбины на нерасчетных режимах( т.к. изменяется форма треугольников скоростей).

Таким образом, использование РСА в ССТ, как второго регулирующего фактора(кроме топливного клапана) в данном двигателе позволяет более эффективно эксплуатировать его в широком диапазоне режимов и с минимальным расходом топлива на переменных режимах.

При повороте сопловых лопаток в сторону уменьшения проходной площади соплового аппарата растут теплоперепад на силовую турбину и давление перед ней; разность энтальпий на турбину компрессора, а вслед за этим и её частота вращения падают. Поскольку регулятор ГТУ при данной нагрузке поддерживает топливный клапан в неизменном положении, то при снижении зтк , а следовательно и расхода воздуха, установится более высокая температура газа перед и за турбиной.

При открытии лопаток и увеличении проходной площади соплового аппарата процесс идёт в обратном направлении. Степень сжатия компрессора при этом меняется мало, так как снижение оборотов и расхода во многом компенсируется повышением температуры перед турбиной.

Имеется возможность установить на валу компрессора генератор собственных нужд. В таком случае весь год нужно работать по программе регулирования nтк=1.

Эта программа регулирования может считаться надёжностной, так как неизменная частота вращения турбокомпрессора способствует более высокой вибронадёжности лопаточного аппарата компрессора и ТВД(упрощается отстройка лопаток по частоте).

На номинальном режиме в среднем сечении угол выхода потока = 22,5°.

При максимальном прикрытии СА угол уменьшается до 15°. При этом, как видно из графика(Рис. 6.2) КПД возрастает. С уменьшением угла выхода потока из сопел понижается и степень реактивности.

Дальнейшее прикрытие СА нецелесообразно, так как в корневом сечении лопатки реактивность может быть отрицательной, что недопустимо.

Раскрытие лопаток РСА до значений 1,1 приводит к умеренному падению кпд(0,5%) регулируемой ступени. При этом экономический эффект от использования РСА СТ возрастает.

Рекомендуемые пределы изменения выходной площади РСА для обеспечения основных режимов- до 20% в сторону уменьшения и до 10% в сторону увеличения.

Стоит отметить общие дополнительные преимущества, предоставляемые использованием РСА силовой турбины в приводных ГТУ:

· возможность увеличения отпуска теплоты высокого потенциала в холодное время года при номинальной и неполных нагрузках;

· сохранение более высокой мощности ГТУ при введении дополнительного сопротивления на воздухоприёмном или газовыпускном тракте;

· возможность частичной компенсации производственных отклонений в процессе изготовления, а также приспособления ГТУ к конкретным атмосферным условиям в месте установки;

· возможность запуска с увеличенным удалением от границы помпажа осевого компрессора, что позволяет упростить его регулирование и снизить мощность пускового устройства;

· улучшение динамических характеристик ГТУ.

Расчетная часть

Изменение площади проходного сечения находится по формуле:

Эффективный КПД ступени турбины[10]:

,

где ; ц=0,97; Ш=0,95; L=115100 кДж\кг- из газодинамического расчета.

Коэффициент нагрузки ;

Степень реактивности ;

Коэффициент расхода .

Скорости - из расчета закона закрутки 1ой ступени ССТ, значения рассчитанных величин приведены в таблице 6.1

Вели- чина	Раз- мер- ность	Значение
б1	град	15	16	17	18	19	20	21	22	22,5	24	25
С1u	м\с	342,4	340,7	339	337,1	335,1	333,1	330,9	328,6	327,5	323,8	321,4
С2u	м\с	31,3	31,3	31,3	31,3	31,3	31,3	31,3	31,3	31,3	31,3	31,3
м	-	1,458	1,452	1,445	1,438	1,430	1,422	1,413	1,405	1,400	1,386	1,376
с	-	0,393	0,396	0,400	0,403	0,407	0,411	0,415	0,420	0,422	0,429	0,434
С1а	м\с	91,75	97,7	103,6	109,5	115,4	121,2	127,0	132,8	135,6	144,1	149,5
Са	-	0,358	0,381	0,404	0,427	0,450	0,473	0,496	0,518	0,529	0,563	0,583
F1/F01	-	0,676	0,700	0,764	0,808	0,851	0,894	0,936	0,979	1,000	1,063	1,104
Ют	-	0,902	0,9	0,898	0,896	0,894	0,892	0,890	0,888	0,886	0,882	0,880

Результаты расчетов представлены на графиках(Рис.6.2-6.5)



Краткое описание конструкции и принципа действия поворотного механизма СА

Сопло 1й ступени ССТ состоит из вращающихся лопаток с регулируемым углом установки в кольце газового тракта перед турбиной. Вращение этих лопаток происходит одновременно при помощи стержней, выступающих через втулки в корпусе турбины. К концам этих стержней прикреплены рычаги, сопряженные при помощи соединительных звеньев со стойками, смонтированными в регулировочное(приводное) кольцо, приводимое в действие сервомотором.

Движение штока сервомотора через тягу, рычаг приводной, и другие соединительные звенья передается на кольца приводные и далее через рычаги одновременно на все поворотные лопатки 1й ступени ССТ.

Для уменьшения радиальных зазоров по концам лопаток примыкающие к поворотным направляющим лопаткам меридиональные поверхности должны быть выполнены по сферам, описанным радиусами из центра, расположенного на пересечении оси цапф лопатки с осью турбины.

В отечественном турбиностроении РСА не распространены. Между тем установка РСА в свободную силовую турбину позволяет применять различные программы регулирования, более эффективно использовать ГТУ в широком диапазоне режимов при незначительном усложнении конструкции. Ввиду всех вышеперечисленных преимуществ выбранная спецтема является актуальной и перспективной.

8. Вопросы стандартизации, метрологии и обеспечения качества продукции

В целях обеспечения стандартизации и унификации сборочных работ применяют сходные по трудоемкости, материалам, инструментам, деталям процессы. Кроме сокращения выполняемых работ по сборке, типизация позволяет сократить объем разрабатываемой документации.

При работах по монтажу турбоагрегатов и их сборке в заводских условиях используются калибровочные валы, которые позволяют провести метрологические измерения. Турбина оснащена необходимым количеством замеров.

Для проверки качества продукции установка проходит контроль ОТК, контрольные операции по проверке качества сборки агрегата осуществляется непосредственно перед приемо-сдаточными испытаниями. Приемо-сдаточные операции согласно ГОСТ 29690-78 проводятся на предприятии. При этом проверяется качество изготовления и сборки, правильность работы отдельных сборочных узлов и их взаимодействие, мощность, КПД ГТУ.

После окончания монтажа ГТУ на КС проводятся эксплуатационные испытания, при которых осуществляется приемка ГТУ заказчиком, проверка качества монтажа и правильность настройки систем регулирования и защиты. Длительность работы ГТУ гарантируют при испытаниях под нагрузкой.

В соответствии с ГОСТ 17140-84 ГТУ должны выполняться по схеме открытого цикла с независимой силовой турбиной с регенерацией или без регенерации тепла выхлопных газов. Номинальные значения основных параметров ГТУ должны соответствовать параметрам, представленным в таблице 10.1.

Таблица 10.1

Номинальные значения основных параметров ГТУ

Мощность, МВт (при номинальных условиях)	КПД (при номинальных условиях)	КПД (для станции)	Удельная масса
	% (не менее)
6,3	25	24	7
10,0	28	27	5,6
16,0	29	28	3,8
25,0	29	28	3,6
40,0	30	29

Для вновь проектируемой ГТУ (с новой проточной частью) КПД должен быть не менее, чем на 2 процента выше, указанных в таблице 10.1.

Допускается повышение номинальных мощностей ГТУ в результате конструкторских или технологических усовершенствований при условии подтверждения соответствующими испытаниями возможностей надежной эксплуатации с повышенной мощностью.

По ГОСТ 21199-82 ГТУ должны надежно работать с мощностью на 20% выше номинальной при любых погодных условиях без повышения номинальной температуры газа перед турбиной.

Блочная конструкция ГТУ позволяет обеспечить взаимозаменяемость сборочных единиц и деталей и их централизованный ремонт.

При оформлении графической документации и пояснительной записки использовались следующие стандарты:

- ГОСТ 2.101-68 Виды изделий;

- ГОСТ 2.102101 - 68 Виды и комплектность конструкторских документов;

- ГОСТ 2.301 - 68 Форматы;

- ГОСТ 2.302 - 68 Масштабы;

- ГОСТ 2.303 - 68 Линии;

- ГОСТ 2 304 - 68 Шрифты чертежные;

- ГОСТ 2.305 - 68 Изображения, виды, разрезы, сечения;

- ГОСТ 2.307 - 68 Нанесение размеров и предельных отклонений;

- ГОСТ 2.311 - 68 Резьбы;

- ГОСТ 2.401 - 68 Пружины.

Заключение

В данном дипломном проекте был спроектирован двигатель газоперекачивающего агрегата полезной мощностью 16 МВт. За прототип ГТУ был взят конвертированный авиационный двигатель ПС-90ГП-2 Пермского авиационного завода. В качестве спец.темы был проведен расчет и проектирование регулируемого соплового аппарата свободной силовой турбины.

По расчетам эффективный КПД газотурбинного двигателя получился 34,8% при степени повышения давления в цикле 19,5 и температуре газов перед турбиной высокого давления 1446 К.

В экономической части проекта был сделан расчет себестоимости изготовления двигателя.

В разделе безопасности жизнедеятельности, природопользование и охрана окружающей среды проведен расчет шумоглушителя на всасе в компрессор, а также рассмотрены чрезвычайные ситуации, их причины и последствия.

Библиографический список

1. Тепловой расчет схем приводных газотурбинных установок на номинальный и переменный режимы работы: Учебное пособие/Б.С. Ревзин, А.В. Тарасов, В.М. Марковский. Екатеринбург: ГОУ УГТУ - УПИ, 2001. 61с.

2. Газодинамический расчёт многоступенчатой газовой турбины: Методические указания к курсовому проектированию по курсу “Турбомашины” / Б. С. Ревзин, В. Г. Шамрук. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1994, 31с.

3. Прочность лопаток турбин: Учебное пособие/ И.Д.Ларионов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. 47с.

4. Стационарные газотурбинные установки / Справочное пособие под общ. ред. Л. В. Арсеньева и В. Г. Тырышкина.- Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1989.- 543с.

5. Газоперекачивающие агрегаты с газотурбинным приводом: Учебное пособие/ Б.С.Ревзин. 2-е изд., стер. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2002. 269с.

6. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов/ А.Н.Козаченко.- М.: Нефть и газ, 1999.-463с.

7. Газотурбинные двигатели судового типа для энергетических и газотранспортных установок. Учебное пособие / О.В. Комаров, Б.С. Ревзин. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2003. 58с.

8. Теория авиационных газотурбинных двигателей.ч1.М.:Машиностроение 1977. 312с /Нечаев Ю.Н.,Фёдоров Р.М.

9. Теория и расчет авиационных лопаточных машин.М.:Машиностроение,1986.432с /Холщевников К.В.

10 Основы проектирования турбин авиадвигателей М.:Машиностроение1988./С.З.Копелев

Приложение

Геометрические характеристики профиля

Корневое сечение

--------------------- ОБЛАСТИ ----------------------

Площадь: 610.57

Периметр: 130.21

Ограничивающая рамка: X: 16826.92 -- 16872.52

Y: 9878.37 -- 9917.98

Центр масс: X: 16847.84

Y: 9901.71

Моменты инерции: X: 59862481362.01

Y: 173309758298.20

Ц/беж. мом. инерции: XY: 101856441275.25

Радиусы инерции: X: 9901.71

Y: 16847.84

Главные моменты и направления X-Y относительно центра масс:

I: 17565.21 вдоль [0.88 -0.47]

J: 96464.42 вдоль [0.47 0.88]

---------------------- ОБЛАСТИ ----------------------

Площадь: 610.57

Периметр: 130.21

Ограничивающая рамка: X: -20.92 -- 24.68

Y: -23.34 -- 16.27

Центр масс: X: 0.00

Y: 0.00

Моменты инерции: X: 35326.58

Y: 78703.05

Ц/беж. мом. инерции: XY: -32952.87

Радиусы инерции: X: 7.61

Y: 11.35

Главные моменты и направления X-Y относительно центра масс:

I: 17565.21 вдоль [0.88 -0.47]

J: 96464.42 вдоль [0.47 0.88]

---------------------- ОБЛАСТИ ----------------------

Площадь: 610.57

Периметр: 130.21

Ограничивающая рамка: X: -30.43 -- 25.96

Y: -32.76 -- 26.11

Центр масс: X: 0.00

Y: 0.00

Моменты инерции: X: 96462.61

Y: 17567.03

Ц/беж. мом. инерции: XY: 377.80

Радиусы инерции: X: 12.57

Y: 5.36

Главные моменты и направления X-Y относительно центра масс:

I: 17565.21 вдоль [0.00 1.00]

J: 96464.42 вдоль [-1.00 0.00]

Периферийное сечение

---------------------- ОБЛАСТИ ----------------------

Площадь: 168.8463

Периметр: 151.9893

Ограничивающая рамка: X: 238.2316 -- 280.2316

Y: -576.9903 -- -516.0729

Центр масс: X: 261.6693

Y: -542.2837

Моменты инерции: X: 49703035.8095

Y: 11582489.8955

Ц/беж. мом. инерции: XY: -23991231.6091

Радиусы инерции: X: 542.5574

Y: 261.9119

Главные моменты и направления X-Y относительно центра масс:

I: 618.5734 вдоль [0.5442 -0.8390]

J: 70971.9471 вдоль [0.8390 0.5442]

Размещено на Allbest.ru

...