Газоперекачивающий агрегат (ГПА)

Газоперекачивающий агрегат (ГПА) — предназначен для компримирования природного газа на компрессорных станциях

ГПА состоит из нагнетателя природного газа, привода нагнетателя, всасывающего и выхлопного устройств (в случае газотурбинного привода), систем автоматики, маслосистемы, топливовоздушных и масляных коммуникаций и вспомогательного оборудования.

ГПА различают: по типу нагнетателей — поршневые газомоторные компрессоры (газомотокомпрессоры) и ГПА с центробежными нагнетателями; по типу привода — ГПА с газовым двигателем внутреннего сгорания (газомоторные двигатели), с газотурбинным приводом, с электроприводом.

ГПА с газотурбинным приводом, в свою очередь, подразделяются на агрегаты со стационарной газотурбинной установкой и с приводами от газотурбинных двигателей авиационного и судового типов.

Поршневой газомоторный компрессор — ГПА, состоит из двухтактного или четырехтактного газомоторного двигателя (или электродвигателя) и непосредственно соединённого с ним горизонтального поршневого компрессора. Подразделяются на агрегаты низкого, среднего и высокого давлений.

Компрессоры низкого давления (0,3-2 МПа) используются главным образом на головных компрессорных станциях при транспортировке газа с истощённых месторождений и нефтяного газа с промыслов.

Применяют их также на компрессорных станциях для подачи низконапорных искусственных горючих газов.

Компрессоры среднего давления (2-5 МПа) работают в основном на промежуточных компрессорных станциях для увеличения пропускной способности газопроводов. Агрегаты высокого давления (9,8-12 МПа) устанавливают на компрессорных станциях для закачки газа в подземные хранилища.

Газомотокомпрессоры высокоэффективны в условиях переменных мощностей и степеней сжатия свыше 1,3. Основные достоинства этих ГПА: надёжность в эксплуатации; длительный срок службы; способность работать в широком диапазоне давлений; возможность регулирования производительности за счёт изменения оборотов агрегатов и объёма т.н. вредного пространства в компрессорных цилиндрах, а также возможность создания больших давлений в них. Кпд современных газомотокомпрессоров до 40%. В CCCP были наиболее распространены агрегаты мощностью 221-5510 кВт, за рубежом — 368 и 8100 кВт.

ГПА с центробежным нагнетателем широко применялись в CCCP и за рубежом на магистральных газопроводах в качестве основных агрегатов; их также используют для работы в качестве первой ступени сжатия на подземных хранилищах. Различают центробежные нагнетатели одноступенчатые (неполнонапорные) со степенью сжатия 1,23-1,25 и двухступенчатые (полнонапорные) -1,45-1,7. Центробежные нагнетатели характеризуются значительно большей, чем у поршневых компрессоров, производительностью (12-40 млн. м 3 /сутки).

В них отсутствуют внутренние трущиеся части, требующие смазки (за исключением подшипников), создаётся равномерный (без пульсации) поток газа.

Для их установки (в связи с малым весом и габаритами, а также уравновешенностью вращающихся частей) требуются меньшие помещения и сооружаются облегчённые фундаменты. При применении ГПА с центробежными нагнетателями вследствие их большой производительности упрощается технологическая схема компрессорных станций, уменьшается количество запорной арматуры и др.

Недостаток неполнонапорных центробежных нагнетателей — необходимость включения в работу 2 х последовательно соединённых агрегатов для достижения степени сжатия газа 1,45-1,5. Это приводит к увеличенному расходу топливного газа в газотурбинной установке. Кпд агрегатов с центробежными нагнетателями до 29%, с регенератором тепла до 35%. Приводом ГПА служит газотурбинная установка или электродвигатель. В CCCP изготовливались ГПА с газотурбинным приводом мощностью 6, 10, 16 и 25 тысяч кВт.

Газотурбинные установки авиационного и судового типов отличаются (от стационарных) небольшими габаритами и массой, что позволяет осуществлять их окончательную сборку на заводах-изготовителях и поставлять на компрессорные станции в готовом виде. ГПА с приводом от установок авиационного типа выполняются в блочно-контейнерном варианте . Поставляются на компрессорные станции со встроенными в них системами пожаротушения и взрывобезопасности. В качестве электропривода в ГПА используют асинхронные двигатели мощностью 4500 кВт и синхронные от 4000 до 12500 кВт. Наибольшая эффективность применения ГПА с электроприводом достигается при расположении компрессорных станций не далее 300 км от линии электропередач.

Для ГПА всех типов созданы системы автоматики, обеспечивающие пуск и работу агрегата в автоматическом режиме, защиту при возникновении аварийных режимов, сигнализацию о неисправностях и действии защит, контроль объёмной производительности нагнетателя, автоматическое поддержание заданной температуры и давления масла при аварийной остановке агрегата и др.

Каждый тип компрессоров имеет индивидуальные особенности как конструктивного, так и функционального характера. Именно поэтому, когда вы выбираете компрессор для ГПА или дожимной компрессорной установки, важно в полной мере учитывать условия его работы и требования, предъявляемые к его техническим характеристикам.

Наибольшее значение имеют следующие параметры:

• объем перекачиваемого газа;
• давление и температура газа на входе/выходе;
• химический состав и влажность перекачиваемого газа;
• характеристики места инсталляции ГПА (максимальная и минимальная температура воздуха, высота над уровнем моря);
• тип используемого привода;
• предполагаемая годовая наработка в часах;
• класс исполнения (взрывозащищенный, сейсмостойкий и др.);
• допустимое содержание масла в газе на выходе;
• тип автоматики (электрическая или пневматическая).

Определенные виды компрессоров лучше использовать в следующих условиях:

• Компрессор поршневой — высокие степени повышения давления и высокие абсолютные давления, переменные режимы, сравнительно небольшие потоки и мощности (до 6 МВт).
• Компрессор винтовой — высокие степени повышения давления при небольших абсолютных давлениях и небольших перепадах давления, переменные режимы, сравнительно небольшие потоки и мощности (до 2000 кВт).
• Компрессор центробежный — большие потоки и мощности, предпочтительно небольшие степени повышения давления и невысокие абсолютные давления, постоянные режимы.

ГПА различают по типу привода — ГПА c газовым двигателем внутреннего сгорания (газомоторные двигатели), c газотурбинным приводом, c электроприводом.

ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ

ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

Все современные типы ГПА оснащены системами автоматики, обеспечивающими пуск и работу агрегата в автоматическом режиме, имеют защиту при возникновении аварийных режимов, сигнализацию о неисправностях, автоматическое поддержание заданной температуры и давления масла при аварийной остановке агрегата и другие конструктивные особенности, обеспечивающие надежность эксплуатации.

Газоперекачивающие агрегаты (ГПА) — это сложные энергетические установки, предназначенные для компримирования природного газа, поступающего на компрессорную станцию по магистральному газопроводу .

ДЛЯ ЧЕГО ОНИ НУЖНЫ?

Задача газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях — повышение давления голубого топлива до заданной величины. Для транспортировки газа по магистральным газопроводам применяют ГПА с газотурбинными авиационными и судовыми, а также электрическими двигателями. Наиболее распространённым приводом является газотурбинный.

Рабочий процесс газотурбинных агрегатов осуществляется в несколько этапов. Перекачиваемый газ по газопроводу через всасывающий трубопровод ГПА поступает в центробежный нагнетатель. Здесь происходит компримирование газа и его подача в нагнетательный коллектор компрессорной станции. Приводом механизма сжатия газа как раз является газотурбинный двигатель, использующий в качестве топлива очищенный и приведенный к рабочему давлению перекачиваемый газ. Очищенный атмосферный воздух поступает на вход газотурбинного двигателя, снабженного традиционными техническими средствами подготовки и сжигания топливовоздушной смеси. Продукты сгорания, имеющие высокую температуру и давление и, следовательно, обладающие большой энергией, формируют газовый поток, энергия которого, в конечном итоге, преобразуется в механическую работу. Именно она и используется для приведения в действие центробежного нагнетателя. При движении газового потока через проточную часть газотурбинного двигателя уменьшается его энергия, и снижаются температура и давление. После этого отработанный газ через выхлопную систему выходит в атмосферу.

Конструкция агрегатов и уровень их автоматизации обеспечивают работоспособность ГПА без постоянного присутствия персонала. Агрегаты могут работать в климатических зонах с температурой окружающего воздуха от — 55 до + 45 градусов по Цельсию.

Устройство газоперекачивающего агрегата с авиаприводом

КАК ОНИ УСТРОЕНЫ?

Основные элементы газоперекачивающего оборудования — это нагнетатель природного газа (компрессор) и его привод, всасывающее и выхлопное устройства, маслосистема, топливовоздушные коммуникации, автоматика и вспомогательное оборудование.

Классификацию ГПА осложняет многообразие конструкций установок. Однако их можно сгруппировать по функциональному признаку, принципу действия и типу привода.
Функциональный признак определяет область применения агрегатов — на головных, линейных или дожимных компрессорных станциях . Принцип действия ГПА — объемный или динамический — важен при определении производительности КС . По типу привода агрегаты подразделяются на установки с использованием авиационных, электрических и судовых двигателей.

КАК У НАС?

В ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» эксплуатируется 12 компрессорных станций с 10 типами газоперекачивающих агрегатов. ГПА оснащены различными видами двигателей: газотурбинными авиационными и судовыми, а также электрическими. Всего в работе на компрессорных станциях Общества 113 газотурбинных установок. Их общая установленная мощность более 1000 МВт. Большая часть ГПА оснащена авиационными двигателями. Мощность агрегатов варьируется от 4 до 18 МВт. Самые мощные ГПА эксплуатируются на ДКС-1.

Газотурбинный двигатель для привода газоперекачивающего агрегата

Выбор и обоснование параметров термогазодинамического расчета двигателя. Согласование параметров компрессора и турбины, формирование облика двигателя. Газодинамический расчет первой ступени компрессора высокого давления на инженерном калькуляторе.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на курсовой проект

1. Термогазодинамический расчет двигателя

1.1 Выбор и обоснование параметров

1.2 Термогазодинамический расчет на ЭВМ

2. Согласование параметров компрессора и турбины

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для согласования

2.2 Результаты расчёта и формирование облика двигателя

3. Газодинамический расчет компрессора

3.1 Газодинамический расчет компрессора на ЭВМ

3.2 Газодинамический расчет первой ступени компрессора высокого давления на инженерном калькуляторе

4. Профилирование ступени компрессора

4.1 Выбор параметров для профилирования ступени

4.2 Профилирование ступени на ЭВМ

5. Газодинамический расчет турбины

5.1 Газодинамический расчет турбины на ЭВМ

5.2 Газодинамический расчет ступени турбины высокого давления на инженерном калькуляторе

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Спроектировать приводной газотурбинный двигатель мощностью =10,5 МВт для привода нагнетателя мощностью 10 МВт.

Расчетный режим: Н=0км. Мп=0;

В качестве прототипа будем использовать двигатель АИ-336-1-10, разработанный ГП «Ивченко-Прогресс».

Основные параметры прототипа:

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

Наиболее важными достоинствами газотурбинных установок, и, соответственно, требованиями к ним являются: длительный срок службы, надежность, высокая топливная экономичность при небольших капитальных затратах, большая единичная мощность, высокая степень автоматизации и маневренность.

Вышеуказанные свойства обусловлены сферой использования ГТД: авиационные двигатели, стационарные энергетические установки, двигатели для наземного транспорта, привод для мощных компрессорных станций, судовые двигатели и др.

ГТД по виду схемы двигателя различают: одновальные, одновальные со свободной турбиной, ГТД со свободной турбиной и двухвальным газогенератором.

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.

В газотранспортной отрасли ГТД получили широкое применение в качестве привода для нагнетателей природного газа как на магистральных трубопроводах, так и на и на технологических станциях.

Современные требования заключаются в обеспечении высокого КПД ГТУ и довольно длительного ресурса работы установки, что необходимо учесть в расчете данного курсового проекта. Соответственно, надо рассчитать газотурбинный двигатель, максимально отвечающий вышеуказанным требованиям.

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.

1. ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Термогазодинамический расчет двигателя проводится для определения расхода воздуха G_в, обеспечивающего требуемую мощность N_е, удельных параметров N_{е уд}, С_е. Термогазодинамический расчет так же определяет температуру Т* и давление Р* заторможенного потока в характерных сечениях проточной части двигателя и основные параметры, характеризующие работу узлов. Часть параметров выбирают на основании статистических данных. Такие параметры цикла двигателя, как _к* и Т_г* задают на основании технико-экономических требований, предъявляемых к двигателю [1].

1.1 Выбор и обоснование параметров

При проектировании двигатель рассчитывают на заданном режиме, при котором считают все размеры, проходные сечения элементов и частоты вращения роторов зафиксированными. Прежде чем выбрать основные параметры двигателя, следует определить расчетный режим (режим, при котором необходимо рассчитать двигатель). Исходя из назначения и условий эксплуатации двигателя выбирают параметры цикла (_к * и Т_г * ), а также узлов (у_КС, у_ВХ, у_РН, з_К, з_Г, з_Т * ). Если выбор параметров расчетного режима правилен, то обеспечивается наиболее приемлемое протекание характеристик двигателя на протяжении всего диапазона его эксплуатационных режимов (имеется в виду выбор параметров расчетного режима двигателя. В основу оптимизации параметров закладываются разные критерии, целью которых является достижение максимума мощности, минимума удельного расхода топлива, обеспечения надежности на нерасчетных режимах и др. При выборе параметров использовались рекомендации, приведенные в методическом пособии [1].

1.1.1 Температура газов перед турбиной

Развитие материаловедения и технологи производства ГТД, постепенное совершенствование систем охлаждения лопаток турбин позволили существенно повысить допустимые значения Т_г * . Тенденция к повышению Т_г * в газотурбинных установках (ГТУ) объясняется, прежде всего, тем, что это дает возможность существенно повысить удельную мощность, что влечет за собой уменьшение габаритных размеров двигателя и его массы, что существенно понизит удельный расход топлива. Эта зависимость представлена на рисунках 1.1 и 1.2. Исходя из условия использования конструкционных материалов двигателя-прототипа принимаем Т_г * = 1399 К.

1.1.2 Степень повышения полного давления в компрессоре.

Рассмотрим рисунок 1.1, на котором изображена зависимость удельной мощности двигателя от температуры и _к * . При Т_г * = 1399 К, оптимальное значение степени повышения давления в компрессоре _к * _ОПТ, которое соответствует максимуму удельной мощности, составляет . При этом экономическое значение _к * _ЭК, соответствующее минимуму удельного расхода топлива, составляет , что видно из рисунка 1.2. Более высоким значениям температуры Т_г * соответствуют большие значения _к * _ЭК и _к * _ОПТ.

Несмотря на благоприятное влияние повышения _к * на удельные параметры двигателя, применение больших значений _к * ограничивается усложнением конструкции, увеличением массы и габаритов двигателя. Выбор высоких значений _к* при проектировании двигателей малой мощности влечет за собой получение малых высот лопаток в первых ступенях турбины и последних ступенях компрессора. Это приводит в свою очередь к росту потерь энергии из-за роста относительных радиальных зазоров, а также к уменьшению значения числа Рейнольдса и понижению относительной точности изготовления пера лопаток.

1.1.3 КПД турбины и компрессора.

КПД компрессора может быть представлен как произведение:

где з * _к — изоэнтропический КПД компрессора по параметрам заторможенного потока;

— механический КПД компрессора, учитывающий потери в его опорах.

Величина изоэнтропического КПД определяется по формуле:

где з * _ст — среднее значение КПД ступеней компрессора, принимаем з * _ст=0,895.

Следовательно, з_к = 0,847*0,995 = 0,843.

Для вычисления КПД охлаждаемых турбин рекомендуется использовать следующую формулу:

где * _{т неохл} — КПД неохлаждаемой турбины.

Неохлаждаемые турбины необходимо применять при температуре Т * _г ?1250 К. КПД неохлаждаемой турбины принимаем * _{т неохл} = 0,91. Тогда:

1.1.4 Потери в элементах проточной части

Входное устройство двигателя дозвуковое с криволинейным каналом. Коэффициент восстановления полного давления для таких устройств составляет у_ВХ = 0,97…0,99. Если на входе в двигатель есть пылезащитные устройства, потери полного давления возрастают до у_ВХ = 0,92…0,96.

Так как спроектированный приводной ГТД для газоперекачивающего агрегата (ГПА), то его эксплуатация ведется в наземных условиях, что требует установки системы сложных каналов подвода воздуха (рабочего тела) к двигателю и установки средств пылеулавливаня. В связи с такими условиями работы принимаем у_ВХ = 0,974.

Потери полного давления в камерах сгорания вызываются гидравлическим и тепловым сопротивлением:

Гидравлическое сопротивление определяется, в основном, потерями в дифузоре, фронтовом устройстве, при смешении струй, при повороте потока (у_гидр =0,93…0,97). Принимаем _гидр= 0,97.

Тепловое сопротивление возникает вследствие подвода тепла к движущемуся газу. Для основных камер сгорания (КС) обычно _вх = 0.1…0.15 и _тепл0.97…0.98. На рисунке 1.3 приведена зависимость коэффициента теплового сопротивления _тепл от степени подогрева газа при различных значениях приведенной скорости _вх на входе в КС: . Предварительно находим температуру воздуха на выходе из компрессора по заторможенным параметрам:

Принимаем _вх=0,15, Тогда величина коэффициента теплового сопротивления у_тепл= 0,986.

Определяем величину коэффициента потерь полного давления в камере сгорания: у_кс = 0,97*0,986 = 0,941.

Потери тепла в процессе горения связаны с неполным сгоранием. Потери тепла оцениваются коэффициентом полноты сгорания _г. На расчетном режиме основных камер этот коэффициент принимают равным _г=0.97…0.99. Принимаем для КС _г=0,99.

Наличие переходного патрубка между турбиной компрессора и силовой турбиной, оценивают коэффициентом восстановления полного давления и выбирают в зависимости от формы канала (_пт =0,98…1,0).

термогазодинамический двигатель турбина компрессор

Рисунок 1.3 — Зависимость теплового сопротивления камеры сгорания от степени подогрева и приведенной скорости

Выходное устройство ГТУ обычно выполняют диффузорным. Коэффициент восстановления полного давления обычно составляет _рн =0,97…0,99. Принимаем _рн = 0,984.

Выбор скорости истечения из выходного устройства стационарной ГТУ характеризует потерянную кинетическую энергию на выходе из двигателя, поэтому ее целесообразно уменьшать. С другой стороны, уменьшение скорости на выходе С_с приводит к росту габаритных размеров двигателях по причине роста площади среза выпускного канала. Выходную скорость примем равной С_с = 63 м/с.

Потери мощности в опорах ротора и отбор мощности на привод вспомогательных агрегатов _m=0,98…0,9. Принимаем _m=0,985.

Современные двигатели имеют сложную систему охлаждения горячих частей на первых ступенях турбины. Необходимо также производить подогрев элементов входного устройства, поскольку попадание в проточную часть двигателя льда может привести к повреждению лопаток. Для всех этих нужд требуется воздух, отбираемый из-за компрессора или какой-либо его ступени. Отбор сжатого воздуха оценивается относительной величиной Для расчёта принимаем =0,08.

1.2 Термогазодинамический расчет на ЭВМ

Расчет двигателя проводится на ЭВМ программой GTD.EXE Проектируемая ГТУ предназначена для работы на природном газе, поэтому в расчете используем значение теплотворной способности топлива для природного газа Н_и=50500кДж/кг и L_о=17,2 кг_в /кг_т. В таблице 1.2 представлены результаты термогазодинамического расчета на ЭВМ.

Таблица. 1.1 — Исходные данные для расчета на ЭВМ

Таблица. 1.3 — Результаты термогазодинамического расчета на ЭВМ

В результате термогазодинамического расчета двигателя получили следующие параметры: удельная мощность Nеуд= 268 кВт?с/кг, удельный расход топлива Се= 0.1993 кг/кВт?ч. Определили давление и температуру заторможенного потока в характерных сечениях. В качестве расчетных примем расчеты на ЭВМ. Полученные значения основных удельных параметров проектируемого двигателя на ЭВМ соответствуют уровню значений параметров современных двигателей. Расход воздуха определили по формуле

2. СОГЛАСОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМПРЕССОРА И ТУРБИНЫ

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для согласования. Проведение расчета

Формирование облика (проточной части) ГТД и ГТУ — фактически наиболее важный начальный этап проектирования двигателя. Он следует за выполнением термогазодинамического расчета и предшествует газодинамическим расчетам компрессора и турбины, частоты вращения роторов и числу ступеней каскадов лопаточных машин.

Увязка параметров турбокомпрессора дает возможность обеспечить оптимальные геометрические и газодинамические соотношения, определяющие облик двигателя в расчётных сечениях, обеспечить нормальную загрузку ступеней турбины и допустимые напряжения в лопатках турбины.

Проектируемый двигатель состоит из двухвального газогенератора и трехступенчатой свободной турбины. Исходные данные для расчета: полезная мощность на валу двигателя, геометрические соотношения прототипа двигателя, значения осевых скоростей в основных сечениях двигателя и окружные скорости на периферии рабочих колес первых ступеней обоих каскадов компрессора, количество ступеней каскадов компрессора и турбин, термогазодинамический расчет двигателя на выбранном режиме. Эффективная мощность двигателя Nе=10500 кВт.

(относительный втулочный диаметр) на выходе из компрессора высокого давления не должен превысить значения 0.92, ведь дальнейшее увеличение поведет за собой уменьшение минимального размера лопаток последних ступеней, что недопустимо. Уменьшение размера лопаток фактически приводит к невозможности получения приемлемых значений КПД компрессора, и, как следствие, возрастанию влияния радиальных зазоров, а также уменьшению числа Рейнольдса и повышению потерь при обтекании лопаток малого размера. Исходя из этого, высоту лопатки на выходе из компрессора высокого давления, ограничивают величинами 12. 20мм.

Методика увязки параметров компрессоров и турбин основана на подробном анализе геометрических соотношений и параметров прототипа двигателя, применений уравнений связи компрессора и турбин (балансы расходов, мощностей, частот вращения), оценке свойств проточных частей проектируемых турбин и компрессоров. При согласовании основных узлов двигателя, важнейшими считаются те факторы, которые обеспечивают максимально возможный уровень КПД узлов и достаточные запасы устойчивой работы компрессоров высокого и низкого давления на протяжении всего диапазона их работы. Также придаётся большое значение получению достаточно высокого ресурса и минимальной массы узлов.

Согласование параметров компрессора и турбины проводится на ЭВМ в программе Slgt2.exe по инструкциям, изложенным в методическом пособии [3]. Некоторые исходные данные, необходимые для расчёта, уже были получены в результате термогазодинамического расчёта.

В проектируемом двигателе КНД — проточная часть с постоянным средним диаметром; КВД — с постоянным наружным диаметром; ТВД- с постоянным втулочным диаметром, ТНД — с постоянным втулочным; свободная турбина — с постоянным втулочным диаметром.

Также, для счёта требуются некоторые геометрические соотношения двигателя-прототипа:

— D_{ср твд}/D_{к квд} = 1,180- отношение среднего диаметра ТВД на выходе к наружному диаметру КВД на входе;

— D_{ср тнд}/D_{к кнд} = 1,040 — отношение среднего диаметра ТНД на выходе к наружному диаметру КНД на входе;

— D_{ср тс}/ D_{к кнд}= 1,536 — отношение среднего диаметра свободной турбины на выходе к наружному диаметру КНД на входе.

2.2 Результаты расчёта и формирование облика двигателя

Результаты согласования параметров приведены в таблице 2.1. Облик проточной части двигателя изображён на рисунке 2.1.

Таблица 2.1 — Результаты согласования двигателя

Рисунок. 2.1 — Схема проточной части двигателя

В результате расчета был сформирован облик двигателя. Выбрана конструктивно сложная схема ГТД с двухвальным газогенератором и свободной трехступенчатой турбиной. Такая схема обеспечивает приемлемые значения параметров на нерасчетных режимах.

КНД имеет форму проточной части с постоянным средним диаметром, с 7 ступенями, значение КПД =0,8690,коэффициент затраченного напора z _КНД = 0. 2200. КВД — с постоянным наружным диаметром, с 7 ступенями, КПД =0,8913, коэффициент затраченного напора z _КВД = 0.2916.

Относительный диаметр втулки на выходе из последней ступени КВД к = 0.9191, что не превышает допустимого, к доп =0,92.

Турбина высокого давления высоконагруженная (Mz=1,682), имеет одну ступень, значение =0,89, обеспечивается условие (h/D)г=0,0652>0,065. Турбина низкого давления средненагруженная (Mz=1,466), имеет одну ступень, значение =0,8546.

Свободная турбина средненагруженная (Mz=4,510), имеет три ступени, значение =0.92, обеспечивается условие (h/D)т=0,1269 * _к. Необходимо эффективно распределить р * _к, работу и КПД между всеми ступенями компрессора.

Коэффициент затраченного напора по ступеням регулируем таким образом, чтобы наиболее загруженными были средние ступени, а ко входу и выходу из компрессора значение постепенно уменьшалось. Первые ступени имеют большое значение удлинения лопаток h/b, работают в довольно сложных условиях на входе в компрессор (возможна неравномерность давлений, температур и поля скоростей). На последних ступенях на КПД ступени в значительной степени влияет величина относительных радиальных зазоров. При малой высоте лопаток ступени происходит существенное снижение КПД по причине перетекания рабочего тела через радиальный зазор.

Распределение остальных параметров выполнено в соответствии с рекомендациями, изложенными в [4].

Расходная составляющая скорости падает от входа к выходу для уменьшения концевых потерь в последних ступенях, а также для того, чтобы иметь невысокие скорости на входе в камеру сгорания. Во избежание падения КПД снижение Са в пределах ступени не должно превышать 10…15м/с [4].

При выборе характера изменения _к вдоль проточной части компрессора необходимо учитывать, что рост температуры потока, соответственно увеличение скорости звука, позволяет использовать ступени с более высокими степенями реактивности.

Газодинамический расчет компрессора выполнен при помощи программы gdrok.exe. Программа gdrok.exe предназначена для газодинамического расчета многоступенчатого осевого компрессора на среднем радиусе. Исходные данные расчета заносятся в файл gdrok.dat, а результаты, получаемые с помощью исполняемого файла gdrok.exe — в файл gdrok.rez . Программа gdrok имеет и программу графического сопровождения gfk.exe, файл исходных данных которой gfk.dat формируется при работе файла gdrok.exe. Использование файла gfk.exe при выполнении расчетов обеспечивает возможность наглядного графического контроля как исходного распределения параметров по ступеням, так и получаемых результатов расчета (формы проточной части компрессора, изменения параметров потока по ступеням и треугольников скоростей ступеней на среднегеометрическом радиусе ).

3.1 Газодинамический расчет компрессора на ЭВМ