расчёт турбокомпрессора судового ДВС

2 ВВЕДЕНИЕ

Газотурбинной установкой называют тепловой двигатель, состоящий из трех основных элементов: воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины.
Принцип действия ПТУ сводится к следующему. Из атмосферы воздух забирают компрессором, после чего при повышенном давлении его подают в камеру сгорания, куда одновременно подводят жидкое топливо топливным насосом или газообразное топливо от газового компрессора. В камере сгорания воздух разделяется на два потока: один поток в количестве, необходимом для сгорания топлива, поступает внутрь жаровой трубы; второй – обтекает жаровую трубу снаружи и подмешивается к продуктам сгорания для понижения их температуры. Процесс сгорания в камере происходит при почти постоянном давлении.
Получающийся после смешения газ поступает в газовую турбину, в которой, расширяясь, совершает работу, а затем выбрасывается в атмосферу.
Развиваемая газовой турбиной мощность частично расходуется на привод компрессора, а оставшаяся часть является полезной мощностью газотурбинной установки.
В отличие от паротурбинной установки полезная мощность ПТУ составляет только 30-50% мощности турбины. Долю полезной мощности можно увеличить, повысив температуру газа перед турбиной или снизить температуру воздуха, засасываемого компрессором. В первом случае возрастает работа расширения газа в турбине, во втором – уменьшается работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре. Оба способа приводят к увеличению доли полезной мощности. Полезная мощность ПТУ также зависит от аэродинамических показателей проточных частей турбины и компрессора: чем меньше аэродинамические потери в турбине и компрессоре, тем большая доля мощности газовой турбины становится полезной.

Область применения
ПТУ
ПТУ
ДВС
Стационарная энергетика
+
+
+
Дальнее газоснабжение
+
-
+
Металлургическая промышленность (технологический процесс)
+
+
-
Нефтяная промышленность (технологический процесс)
+
-
-
Транспорт:



-воздушный
+
-
+
-водный
+
+
+
-автомобильный
+
-
+
-железнодорожный
+
-
+
ПТУ применяется также в качестве наддувных агрегатов в ДВС и в парогенераторах с топкой под повышенным давлением, а также наряду с ДВС в качестве привода всевозможных вспомогательных и резервных электрогенераторов, пожарных насосов и др.
Из приведенных в таблице данных видно, что ПТУ является универсальным двигателем, имеющим различное назначение. Однако ПТУ достигли широкого применения не во всех перечисленных областях, можно назвать две области – авиацию и дальнее газоснабжение, где они получили преимущественное использование. В авиации турбинный двигатель занимает ведущее место, почти полностью вытеснив двигатель внутреннего сгорания.
На компрессорных станциях магистральных газопроводов ПТУ используется в качестве приводов для газоперекачивающего компрессора. Топливом служит природный газ, отбираемый с магистральной линии.
В стационарной энергетике на тепловых электрических станциях применяются газотурбинные установки различного типа и назначения. ПТУ пикового назначения работают в периоды максимума потребления электрической энергии (обычно менее 2000 ч/год). Резервные ПТУ обеспечивают собственные нужды ТЭС в период, когда основное оборудование не эксплуатируется.

Плюсы ПТУ:
- небольшие масса - габаритные показатели
- маневренность двигателя
- простота конструкции

Минусы ПТУ
- относительно низкий КПД (19-37%)
- высокая частота вращения
- неэкономичность



3 1. ВЫБОР ПРОТОТИПА ПТУ

Паротурбинная установка NS70 фирмы «Броун Бовери – Зульцер» двухвальная со свободной силовой турбиной, может оснащаться регенератором. Эта установка многоцелевая – для привода компрессоров и насосов при непосредственном соединении с валом или для привода электрогенератора через редуктор.
Основной особенностью установки является выполнение турбоагрегата в виде жесткой конструкции на общей металлической раме.
ПТУ состоит из 14-ступенчатого осевого компрессора и четырехступенчатой турбины высокого давления. Силовая турбина – двухступенчатая. В одновальном варианте обе турбины объединены в одну шестиступенчатую.
Корпус компрессора имеет горизонтальный разъем и состоит из нескольких отливок, соединенных по кольцевым вертикальным фланцам. Воздух из компрессора подается в диффузор и далее через два отвода поступает в регенератор. Из регенератора нагретый воздух возвращается по двум трубопроводам, подсоединяемым к фланцам в центральный корпус, где расположена камера сгорания. Горячий газ последовательно проходит далее турбины высокого давления и низкого давления.
Ротор ПТУ – двухопорный. Компрессорная часть цельнокованая, турбинная состоит из отдельных дисков и хвостовика, стянутых центральным болтом. Момент передается через торцовые шлицы на заплечиках дисков.
Ротор силовой турбины по конструкции аналогичен турбинной части ротора. Входной направляющий агрегат компрессора имеет поворотные лопатки, которые фиксируются в определенном положении в зависимости от температурных условий местности, где эксплуатируется установка; в период работы лопатки не поворачиваются. Сопловой аппарат турбины низкого давления снабжен поворотными лопатками, угол установки которых регулируется при пуске и на частичных нагрузках. Лопатки консольные, их втулки охлаждаются воздухом. Все горячие элементы турбоустановки имеют воздушное охлаждение. Воздух проходит по специальным сверлениям и каналам внутри роторов и корпусов; какие-либо внешние трубопроводы отсутствуют.
Камера сгорания – блочная, с обратным потоком воздуха, имеет девять жаровых труб. Внешний безразъемный корпус при разборке может сдвигаться в сторону компрессора, обеспечиваю доступ к жаровым трубам. В двух трубах из девяти установлены свечи зажигания и датчики системы контроля горения. Большая длина патрубка от камеры сгорания до соплового аппарата турбины способствует созданию равномерного температурного поля перед турбиной.
После удаления трех верхних жаровых труб возможна разборка и корпуса турбины высокого давления для ревизии ее проточной части.
Ревизия компрессора и турбины низкого давления производится после подъема верхних половин их корпусов, имеющих горизонтальные разъемы. Корпуса элементов установки образуют в сборе единую жесткую систему. Установка крепится к раме на трех опорах. Передняя опора располагается под входным патрубком компрессора, две задние опоры – по сторонам корпуса турбины низкого давления.
На месте монтажа стальная рама устанавливается с помощью восьми регулируемых опор на фундаменте, представляющем собой две бетонные полосы. Корпус турбоагрегата снабжен тепло- и звукоизоляцией.
Установка в сборе может транспортироваться автомобильным или железнодорожным транспортом (ее длина составляет 11 500 мм в одновальном и 12 000 мм в двухвальном исполнении, высота 3500 мм); грузоподъемность крана для монтажа 30 т.
Все вспомогательные системы и механизмы, включая системы пуска, смазки, подачи воздуха к уплотнениям, а также топливную систему, располагаются в общем боксе, который монтируется рядом с турбоагрегатом. Пусковой двигатель, который может быть любого типа, приводит вал турбоустановки через гидротрансмиссию – двигатель вращает масляный насос, который подает масло к гидромотору, связанному с ротором ПТУ через редуктор. Такой тип привода характерен взрывобезопасностью.



4 2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГТЗА

2.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Эффективная мощность ГТЗА, кВт:
2. Давление пара перед БЗК, МПа:
3. Температура перед БЗК, оC:
4. Давление пара в конденсаторе, кПа:
5. Частота вращения гребного винта, об/мин:
6. Число отборов пара:
7. Коэффициенты количества отбора пара: