Курсовая работа (т): Конструкция, динамика и прочность газотурбинного двигателя

Конструкция, динамика и прочность газотурбинного двигателя

Курсовая работа

Конструкция, динамика и прочность газотурбинного двигателя

Введение

Газотурбинный двигатель однокаскадный с двухопорным ротором, простого термодинамического цикла, с отбором мощности со стороны компрессора.

Двигатель состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины и коммуникаций.

Компрессор осевой, тринадцатиступенчатый. В компрессоре предусмотрено управление углом установки лопаток входного направляющего аппарата с помощью электропривода. Также конструкцией предусмотрены клапаны перепуска для обеспечения устойчивого запуска ГТД.

Камера сгорания - противоточная, трубчато-кольцевого типа, имеет двадцать жаровых труб, которые обеспечивают работу на газообразном и жидком топливе.

Турбина ГТД четырёхступенчатая. Сопловой аппарат и рабочие лопатки первой ступени турбины охлаждаемые.

Направление вращения ротора - против часовой стрелки, если смотреть со стороны компрессора.

При запуске ГТД первоначальная раскрутка ротора производится генератором.

Через входное устройство воздух поступает в компрессор, где происходит его сжатие. Из компрессора воздух попадает в камеру сгорания, в которой сжигается топливовоздушная смесь.

Продукты сгорания образуют газ, энергия которого используется в турбине.

Часть сжатого воздуха идет на охлаждение элементов турбины.

Турбина развивает мощность, необходимую для привода компрессора, а избыточная (полезная) мощность, развиваемая турбиной, используется для генератора.

Исходные данные

Температура газа перед турбиной, К -  (1300)

Степень повышения полного давления -  (10)

Политропический КПД компрессора -  (0,89)

Изоэнтропический КПД турбины компрессора (с учетом охлаждения турбины, если оно есть) -  (0,93)

Механический КПД -  (0,995)

КПД электрогенератора -  (0,98)

Коэффициент потерь полного давления в камере сгорания -        (0,95)

Коэффициент потерь полного давления во входном устройстве        -  (0,99)

Степень понижения полного давления в выходном устройстве-  (1,013)

Коэффициент утечек воздуха из ГВТ  (0,01)

Температура воздуха на входе в ГТД, К -  (288)

Давление воздуха на входе в ГТД, Па -  (101325)

Показатель адиабаты воздуха -  (1,4)

Газовая постоянная воздуха, -  (287,05287 )

Максимальная электрическая мощность газотурбоэлектро агрегата, МВт - (60)

Низшая теплотворная способность топливного газа, кДж/кг     - 45952

Полнота сгорания топлива -  0,993

Теоретически необходимое количество килограммов воздуха для полного сгорания одного килограмма топлива -  17,048

ТГД расчет ГТД

ТГД - расчет ведется в САУ, с постоянным показателем адиабаты для воздуха и переменной теплоемкостью газа.

До пункта 26 расчет ведется на =1 кг воздуха.

1.      Полная температура на входе в двигатель:

 = =288 К

2.      Полное давление на входе в двигатель:

 =         =

3.      Изоэнтропический КПД компрессора:

=0.851

4.      Полное давление за компрессором:

= Па

5.      Удельная работа компрессора:

=

6.     
Температура воздуха за компрессором:

=603.142 К         

7.      Относительный расход топлива:

=

8.      Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания:

=3.191

9.      Полное давление газа на входе в камеру сгорания:

= Па

10.    Величина относительных отборов охлаждающего воздуха:

=0.025

11.    Относительный отбор охлаждающего воздуха на охлаждение турбины компрессора является суммой отборов на охлаждение и равен:

+=0.025+0.017=0.042

12.   
Расход воздуха через сечение Г:

=0.948

13.    Расход топлива секундный на 1 кг воздуха:

=0.017

14.    Расход газа через сечение Г:

=0.965

15.    Газовая постоянная газа вычисляется по выражению:

=287.499

16.    Определение относительной температуры газа на входе в турбину для использования в расчетном полиноме:

=1.3

17.    Изобарная теплоемкость сухого воздуха:

=1.189

18.    Комплекс Nn:

=3.51

19.    Изобарная теплоемкость газа:

=

20.    Показатель адиабаты газа на входе в турбину компрессора:

=1.305

21.    Степень понижения полного давления турбины:

=9.284

22.    Удельная работа турбины:

=

23.    Температура «чистого» газа за турбиной:

=804.965К

24.   
Расход газа за турбиной:

=1.007

25.    Температура газа за турбиной:

=771.4К

где  - температура охлаждающего воздуха, принято =;

26.    Эффективная удельная работа цикла на 1 кг воздуха:

= Дж/кг

27.    Потребная эффективная мощность ГТД на валу:

= Вт

28.    Расход воздуха через двигатель:

=228.86

29.    Фактический расход газа:

=230.55 кг/с

30.   
Фактический секундный расход топлива:

=3.982кг/с

31.    Часовой расход топлива:

=  кг/ч

32.    Располагаемая удельная энергия внесенного в двигатель топлива, приходящаяся на 1 кг воздуха:

= Дж

33.    Эффективный КПД ГТД равен:

=0.378

34.    В итоге, имеем КПД ГТУ на клеммах электрогенератора:

=0.37

35.    Удельная работа ГТУ (аналог - удельная тяга) кВт/(кг/с):

=

Пункты проверки расчета

36.    Утечки из ГВТ:

=2.288

37.    Отборы на охлаждение турбины:

=8.486

38.    Расход воздуха через сечение Г

=216.97 кг/с

=216.97 кг/с

39.    Расход газа через сечение Г:

= 220.95кг/с

=220.95 кг/с

=220.95 кг/с

40.    Расход газа через выходное устройство:

=203.765 кг/с

41.    Мощность компрессора:

 Вт

42.    Мощность турбины, идущая на привод компрессора:

= Вт

43.    Мощность турбины через G г и L т:

= Вт

44.    Мощность , идущая на привод компрессора::

= Вт

45.    Мощность эффективная

= Вт

46.    Располагаемая энергия внесенного топлива:

= Дж

47.    Эффективный КПД ГТД:

=0.3346

48.   
Коэффициент полезной работы

=0.436

Расчет компрессора

Назначаем приведенную окружную скорость  и средний коэффициент напора [20]:

, .

Окружная скорость на концах рабочих лопаток компрессора:

=329.917  

Назначаем величину приведённой скорости на входе в компрессор  и определяем аксиальную площадь проточной части на входе в компрессор:

=0.762

=0.04

=1.111