Особенности создания турбокомпрессора одновального газотурбинного двигателя ГТЭ-45/60

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Энергетическая эффективность этих приводов тем выше, чем больше добротность колебательной системы, т. е. чем меньше сжатого воздуха расходуется для подпитки схемы в процессе работы.
Выводы
Предложенный метод торможения, с использованием компрессионно-приводного режима, дает очень высокий эффект при больших инерционных нагрузках и рекомендуется к использованию в ПА с большой приведенной массой на рабочем органе.
Литература
1. Морачевский В. Л., Зорин Е. В. Энергетика и динамика многоступенчатого воздушного привода для автомати-
ческих устройств // Пневмоавтоматика. М.: Наука, 1966. С. 244−250.
2. Крутиков Г. А. Определение степени энергетического со-
вершенства пневмоприводов дискретного действия // Гидропривод и гидропневмоавтоматика. — Киев: Техника. — 1985 — Вып. 32. — С. 38 — 43.
3. Крутиков Г. А., Кудрявцев А. И. Торможение пневмопри-
водов автоматических манипуляторов с большой инерционной нагрузкой // Вестник машиностроения. — М., 1984. № 2. С. 20 — 25.
4. Крутиков Г. А., Кудрявцев А. И., Пекарь Л. А. К вопросу вы-
бора способа торможения пневмоприводов с большими присоединительными массами // В кн. Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. — М., Машиностроение, 1987, вып. 13, С. 60 — 70.
¦а о
Рассмотрены газодинамические особенности проектных решений по турбине и компрессору энергетической газотурбинной установки ГТЭ-45/60, выполненной по блокированной схеме. Приведены конструктивные схемы машин, характеристики компрессора и турбины, необходимые для расчета процесса запуска двигателя
¦а о
УДК 621. 175
ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА ОДНОВАЛЬНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ГТЭ-45/60
В.В. Романов
Кандидат технических наук, доцент Технический директор ГП НПКГ «Зоря-Машпроект»
г. Николаев Контактный тел.: (0512) 49−36−34 E-mail romanov_referent@zorya. com. ua
1. Постановка проблемы и связь ее с важными научными и практическими заданиями
Работы по созданию новой газотурбинной уста-новоки с номинальной мощностью 45 (ГТЭ-45) и 60 (ГТЭ-60) МВт для энергетики были начаты ГП НПКГ «Зоря-Машпроект» в обеспечение государственных программ Минпромполитики, Минтопэнерго, утверж-
денных Кабинетом Министров Украины, связанных с сокращением потребления энергоресурсов [1,2]. К 2003 г. предприятие уже имело значительный опыт работы по созданию ГТД большой мощности. В Ивановской ГРЭС (РФ) были успешно проведены межведомственные испытания газотурбинной установки ГТД-110 мощностью 110 МВт (рис. 1), которая полностью подтвердила свои технические показатели.
Рисунок 1. Конструктивная схема энергетического ГТД-110
Конструктивная схема этого двигателя и была взята за основу при разработке ГТД-45/60. Для минимизации затрат на первом этапе создан проект ГТЭ-45 и после подтверждения своих параметров, на втором этапе предполагается увеличить мощность машины до 60 МВт за счет роста ТГ* и кк. При этом все прочностные и ресурсные показатели должны изначально обеспечивать режим работы на мощности 60 МВт. Параметры спроектированных двигателей приведены в табл.1.
Таблица 1
Параметры ГТУ ГТЭ-45 ГТЭ-60
Мощность на клеммах генератора, МВт 45 60
КПД (по мощности на клеммах генератора, %) 34,7 37,0
Расход воздуха на входе в компрессор, кг/с 134,3 170,7
Степень повышения давления в компрессоре & gt-14 & gt-14
Температура газа за камерой сгорания, К 1548 1568
Температура газа на выходе из ГТД, оС 545 516
Частота вращения ротора турбокомпрессора, об/мин 3960 4320
Частота вращения выходного вала редуктора, об/мин 3000 3000
Полный ресурс ГТД составляет 100 тыс. часов, межремонтный — 25 тыс, часов, что соответствует существующим мировым показателям.
2. Газодинамические особенности осевого компрессора ГТЭ-45/60
Стационарная газотурбинная установка ГТЭ-45/ 60 имеет пятнадцатиступенчатый осевой компрессор. Семь первых ступеней компрессора получены прямым моделированием первых ступеней компрессора ГТД-110 с коэффициентом моделирования т=0-, 694. Последующие восемь ступеней спроектированы по специальной методике с сохранением моделированного втулочного диаметра проточной части. Это позволяет получить более высокий напор в данных ступенях без потерь КПД компрессора, а при классическом профилировании ступени с повышенным напором это привело бы к более низкому КПД. Поверочные расчеты проведены с использованием с использованием 2^ и 3^ моделей течения в лопаточных венцах.
Характер изменения основных параметров потока вдоль проточной части компрессора ГТЭ-45 при номинальной частоте вращения n = 3969 об/мин соответствует следующим закономерностям:
— приведенная относительная скорость X1W уменьшается от значения 0,789 на входе в первое РК компрессора до значения 0,488 на выходе из него-
— коэффициент расхода на Cia увеличивается от значения 0,386 на входе в компрессор до значения 0,510 на выходе и машины-
— максимальное значение коэффициента теоретического напора Ht =0,341… 0,349 достигается в 8… 10 ступенях с понижением его до уровня 0,292 в первой ступени и 0,234 в последней ступени компрессора-
— соответствующим образом выполнено распределение КПД вдоль машины (nK = 0,89…0. 90… 0,89).
Повышенный режим работы компрессора ГТЭ-60 при номинальном значении n = 4320 об/мин обеспечивается за счет следующего распределения параметрам потока:
— приведенная относительная скорость Хт уменьшается от значения 0,864 на входе в первое РК компрессора до значения 0,518 на выходе из него-
— коэффициент расхода на Cia увеличивается от значения 0,436 на входе в компрессор до значения 0,474 на выходе и машины-
— максимальное значение коэффициента теоретического напора Ht = 0,296. 0,330 достигается в 8. 10 ступенях с понижением его до уровня 0,242 в первой ступени и 0,286 в последней ступени компрессора-
— соответствующим образом выполнено распределение КПД вдоль машины (r{K = 0,89…0. 917… 0,90).
Указанные распределения параметров потока по ступеням компрессора обеспечивают номинальные значения его адиабатический КПД nK = 0,84 для режима 45 МВт и nK = 0,85 для режима 60 МВт.
Характеристика компрессора в относительных параметрах при исходной геометрии проточной части (заданных углах установки направляющих аппаратов и отсутствии перепуска воздуха) показана на рис. 2.
Рисунок 2. Расчетная характеристика компрессора с исходными углами установки НА 00,00,00,00, без перепуска воздуха
При проектировании компрессора двигателя ГТЭ-45/60 для обеспечения пусковых режимов был организован перепуск воздуха из-за одиннадцатой ступени.
Восточно-Европейский журнал передовым технологий
Для обеспечения достаточных запасов устойчивой работы компрессора на пониженных режимах (ДК у т1п & gt-6%) предусмотрены следующие мероприятия:
— штатный перепуск воздуха за 11 ступенью проточной части двигателя в количестве 18% от общего расхода воздуха на входе в ГТД через три клапана перепуска воздуха (КПР) с минимальной площадью проходного сечения каждого КПР FкЛ = 186 см2-
— дополнительный перепуск 6% воздуха за компрессором через три КПР с минимальной площадью проходного сечения каждого КПР FкЛ = 60 см2-
— регулируемые ВНА и три первых НА компрессора, находящиеся на пусковых режимах в положении, соответственно, Да = - 300-- 250-- 100-- 100.
В расчетах использовался поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение мощности, потребляемой компрессором, за счет перепуска воздуха из проточной части, величина которого принята постоянной и составляет 0,95.
Расчетная характеристика компрессора в относительных параметрах при указанных условиях регулирования показана на рис. 3.
лопатки первой, второй и третьей ступеней выполнены охлаждаемыми. Лопатки четвертой ступени не охлаждаемые.
Лопатки С А 1 ступени выполнены с плёночным охлаждением — охлаждающий воздух выпускается через несколько рядов отверстий на лопатке в районе входной кромки. Кроме того, охлаждающий перо лопатки воздух вьшускается в проточную часть турбины через щель в выходной кромке. Лопатки Р К -1, СА — 2 и РК — 2 выполнены охлаждаемыми с выпуском воздуха через щель в выходной кромке. Лопатки С А — 3 и РК — З выполнены охлаждаемыми с выпуском воздуха: — в СА через отверстия на стороне давления в районе выходной кромки- - в РК в радиальный зазор на периферии лопаток. Схема подачи воздуха в проточную часть турбины показана на рис. 4
Основные параметры турбины ГТЭ-45/60 на номинальных режимах работы для среднего диаметра приведены в табл.2.
Таблица 2
Ступень 1 2 3 4
Мощность ступени, МВт 34,74 26,48 34,83 26,69 33,78 25,85 31,66 18,98
Расходный параметр Gr 9,667 9,692 9,885 9,845 10,32 10,24 10,83 9,869
Степень реактивности 0,3535 0,3384 0,3685 0,3445 0,3917 0,3719 0,4151 0,3602
Комплексный параметр Y 0,507 0,468 0,536 0,498 0,565 0,524 0,588 0,621
Коэффициент загрузки 1,569 1,797 1,475 1,699 1,350 1,549 1,211 1,089
Коэффициент полезного действия 0,869 0,862 0,899 0,892 0,917 0,906 0,930 0,927
Рисунок 3. Расчетная характеристика компрессора
ГТЭ-45/60 с углами установки НА-30°--25°--10°--10° перепуском воздуха G=Д18%
Расчет перепуска воздуха осуществлялся при
параметрах машины ппр = 3300 об/мин.
Gв «р = 73
кг/с, пК = 4,64 и
З. Газодинамические особенности четырехступенчатой турбины.
Проектирование турбины производилось для режима номинальной мощности 60 МВт. Режим работы установки 45 МВт был получен в результате повенеч-ного расчета характеристик турбины с номинальной мощностью 60 МВт. Распределение работы между ступенями турбины проведено исходя из условия оптимальности параметров вдоль проточной части, осевого угла выхода из турбины (входа потока рабочего тела в заднюю опорную венцовую стойку газосборника) и максимального использования опыта профилирования и изготовления лопаточных аппаратов ранее спроектированных турбин аналогичных двигателей. В связи с высокой температурой газа на входе в турбину
Нижний ряд цифр соответствует ГТЭ-45.
Характеристики турбины в виде зависимостей Gт = f (пТ), пТэф = f (пТ) и п = п/у/Л показаны на
рис. 5. Здесь величины Gт и Птэф определены как Ст _
г0 1 эфСА-1 П Т = ПТэф =
=_N_
I{^сч* (1 -пс-т[ч^гт1-пт)]},
?=1 ]=1
где Ср1, Ср1] - удельные теплоемкости газа и воздуха- G1CA, AG1li: A — расходы газа и охлаждающего воздуха- z — количество ступеней- т = к — 1/к — показатель степени- 1 — номер ступени турбины- j — номер места подвода охлаждающего воздуха- п — количество мест подвода охлаждающего воздуха в данной ступени: Т^,!^ -температура газа и воздуха на входе- яСа, — степени понижения давления газа и воздуха.
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Рисунок 5. Характеристика турбинного тракта газотурбинного двигателя установки ГТЭ 45/60
Таким образом, на основании анализа приведенных газодинамических параметров турбокомпрессора и сопоставления их с данными ведущих мировых фирм (& quot-Вестингауз"-, & quot-Мицубиси"- и др.), можно сделать вывод о том, что спроектированная энергетическая установка ГТЭ-45/60 отвечает высокому уровню и может с успехом применяться как в Украине, так и на внешнем рынке.
Литература
1. Державна програма розвитку промисловост на 2003 — 2011 роки. Схвалено постановою Кабшету Мiнiстрiв Украши вщ 28 липня 2003 р. № 1174.
2. Енергетична стратепя Украши на перюд до 2030 року.
Схвалено постановою Кабшету Мiнiстрiв вщ 15 березня 2006 р. № 145.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой