Проектування газотурбінної установки газоперекачувального агрегату

Тиск масла на вході в двигун замірюється перетворювачем тиску, а мінімальний тиск фіксується за допомогою сигналізатора. Для контролю температури масла на вході в двигун установлений приймач температури. Встановлені в магістралях відкачки масла, термостружкосигналізатори видають сигнали в САКД при появі в маслі феромагнітних частинок або перевищенні граничної температури відкачуваного масла.

Поява феромагнітних часток в маслі, яке відкачується з коробок приводів, центрального приводу і порожнини підшипника компресора виявляється стружкосигналізатором. Контроль кількості масла в баці здійснюється покажчиком рівня.

Злив масла із системи змащення здійснюється через крани

розташовані :

- на піддоні нижньої коробки приводів;

- на маслобаку;

- на блоці маслоохолоджувачів;

- через зливні пробки, розташовані на маслоагрегаті і

повітровідділювачі.

Суфлювання всіх масляних порожнин необхідне для забезпечення нормальної роботи системи змащення й ущільнень. Масляні порожнини підшипника компресора і підшипників турбін суфлюється в порожнину верхньої коробки приводів по зовнішніх трубопроводах.

Центральний привід і нижня коробка приводів сполучуються з порожниною верхньої коробки по каналах у ребрах проміжного корпуса .

Повітро-масляна суміш з верхньої коробки приводів попадає до відцентрового суфлера, звідки відділене масло зливається зовнішнім трубопроводом у піддон нижньої коробки приводів, а очищене повітря викидається у вихлопний пристрій.

3.2 Паливна система

Паливна система двигуна призначена для подачі газоподібного палива до пускових і робочих форсунок у кількостях і з визначеною чистотою, тиском, температурою, що забезпечують роботу двигуна на всіх режимах і у всіх умовах експлуатації.

До складу паливної системи входять:

- стопорний клапан;

- дозатор газу;

- паливний колектор ;

- паливні форсунки;

- клапан електромагнітний пускового палива;

- пускові форсунки;

- сигналізатор витоку паливного газу;

- перетворювач тиску палива перед робочими форсунками;

- датчик температури палива перед робочими форсунками;

- перетворювач тиску повітря за компресором.

Робоче паливо із системи підготовки палива ГПА з тиском (2,35±0,1) МПа [(24±1) кгс/см2], чистотою фільтрації 40 мкм і температурою від 15 до 50°С підводиться до стопорного клапана і далі до дозатора газу, у якому воно дозується в кількостях, обумовлених САКД. Здозоване паливо від дозатора підводиться до паливного колектора і далі до робочих форсунок. Паливо із системи підготовки палива ГПА підводиться через дросель до електромагнітного клапана пускового палива, що відкриває (закриває) доступ палива з тиском 0,245 МПа [2,5 кгс/см2] до пускових форсунок по електричному сигналу САКД.

Сигналізатор витоку паливного газу у випадку наявності тиску газу в камері згоряння двигуна перед запуском видає сигнал у САКД про витік газу.

3.3 Система автоматичного керування і регулювання ГТУ

Агрегатна САК крім безпосереднього керування містить у собі підсистеми контролю, електричного захисту і сигналізації. Перелік обов'язково контрольованих параметрів визначений ДСТ 23690-79.

Найбільш важливими величинами, що характеризують режим роботи ГПА і підлягають контролю, є: частоти обертання роторів, температури газів за турбіною, повітря за і перед компресором, температура підшипників, тиск газу за і перед нагнітачем, тиск мастила, рівень масла в масляних баках, розрідження на вході в компресор.

Система контролю тісно погоджується із системою захисту і сигналізації. Найбільш важливими захистами, здійснюваними звичайно електричними зв'язками, є:

- від перевищення припустимої величини: тиск масла на змащення, температури газу за турбіною, частоти обертання роторів, вібрації роторів чи підшипників, температури підшипників;

- від падіння нижче припустимої величини: тиск паливного газу, перепаду тисків “масло-газ” в ущільненнях нагнітача, рівня масла в маслобаку;

- від помпажа двигуна;

- від загасання смолоскипа в камері згоряння.

Захисти впливають на вузол САР, що забезпечує припинення подачі палива в КС. Передбачають попереджувальну звукову і світлову сигналізацію на кожний із захистів з відповідною розшифровкою.

Агрегатна САК виконує наступні функції:

- забезпечує автоматичний пуск, нормальну і аварійну зупинки ГПА;

- здійснює дистанційне керування режимної роботи агрегату;

- охороняє ГПА від розвитку аварійних ситуацій на робочих режимах і при перехідних процесах;

- здійснює зв'язок з агрегатною САР і цеховою САК;

- забезпечує режимну сигналізацію про роботу агрегату і технологічну сигналізацію про стан окремих вузлів;

- забезпечує зв'язок з цеховою системою керування і видає дані в систему збору інформації цехового рівня.

Пуск і зупинку агрегатної САК виконують по закладеній у ній програмі. Побудову програми проводять у послідовності проходження операцій, по можливості і за часом. Наступна операція починається після завершення попередньої і при наявності потрібних параметрів.

3.4 Система запуску

Запуск газотурбінного двигуна - це перехідний (несталий) режим роботи двигуна від стану спокою до режиму малого газу. Режим малого газу газотурбінного двигуна - це режим мінімально стійкої тривалої надійної роботи, при якій двигун розвиває мінімальну потужність і з якого забезпечується надійний вихід на будь-який робочий режим за визначений час.

Однією з основних особливостей запуску ГТД є стійке протікання робочого процесу тільки при відносно високій частоті обертання ротора, коли в камері згоряння палива турбіна розвиває потужність, достатню для самостійної роботи двигуна без допомоги стороннього джерела потужності. Для проектованого двигуна ця частота по ротору ВТ складає 80% у порівнянні з частотою на максимальному режимі. До цієї частоти двигун розкручується пусковим пристроєм - стартером.

У систему запуску входять:

- блок автоматичного запуску, призначений для автоматичного керування запуском і холодним прокручуванням двигуна.

Режим роботи повторно-короткочасний (циклами). Принцип дії блоку полягає у формуванні електричних команд на включення і відключення агрегатів запуску двигуна в залежності від частоти обертання ротора ВТ чи за часом. Принцип дії пристрою по частоті обертання заснований на порівнянні періоду сигналу датчика оборотів з еталонним інтервалом часу, формованим у пристрої. При періоді сигналу датчика оборотів, рівному еталонному чи менший, видається команда.

- стартер, служить для розкручування двигуна до частоти обертання, рівної 30% від максимальної, при досягненні якої стартер відключається. Стартером також здійснюється холодне прокручування двигуна. Стартер установлюється на коробці приводів агрегатів. Турбіна стартера приводиться в обертання природним газом.

- агрегат запалювання зі свічами, служить для розжигу газоповітряної суміші, що надходить у запалювачі камери згоряння при запуску. Агрегат запалювання має два незалежних канали, що працюють кожний на свою свічу. Кожен канал має підвищувальний трансформатор, керований транзисторним безконтактним перетворювачем (інвертором). Свічі служать для запалення паливно-повітряної суміші у запалювачах камери згоряння. На двигун установлюється дві свічі, по однієї в кожен запалювач.

- датчик оборотів - призначений для видачі електричного сигналу, частота якого пропорційна частоті обертання ротора ВТ. Сигнал з обмотки датчика надходить у блок автоматичного запуску, у якому на заданих оборотах формуються команди керування агрегатами запуску.

3.5 Вибір матеріалів основних деталей двигуна, що проектується

В двигуні в якому ми проектуємо, використовується ряд сплавів і матеріалів які забезпечують міцність, надійність та витривалість всіх його вузлів під час експлуатації.

Під час проектування, при виборі матеріалів лопатки, диска та вала ми виходили з напружень, які діють на них. Наші матеріали повинні витримувати всі діючі напруження і забезпечувати необхідний запас міцності.

В лопатці компресора низького тиску, виходячи з розрахунку на міцність, я вибрав титановий сплав ВТ5. Це сплав забезпечив достатню міцність та надійність проектованої лопатки.

В диску компресора, виходячи з розрахунку на міцність, я вибрав титановий сплав ВТ5, він забезпечив необхідну міцність і надійність диска.

Для валу, виходячи з розрахунків на міцність, я вибрав сплав сталі 30ХГСН2А.

Цей сплав дає змогу витримувати всі діючі напруження і моменти та забезпечує достатній запас міцності.

3.6 Вибір основних та радіальних зазорів ГТД

Значний вплив на ККД компресорів зумовлюють радіальні і осьові зазори (Дr і Дs). Збільшення відносного радіального зазору (відношення радіального зазору до довжини лопатки ) на 1% призводить до зменшення ККД компресора на 3%, що супроводжується зростанням питомих витрат на 10%. Тому величину радіального зазору зменшують до мінімально можливого розміру. В процесі роботи двигуна радіальний зазор змінюється в широких межах під дією експлуатації навантажень і температур. Для запобігання руйнування лопаток в випадку їх дотикання до корпусу, на корпус наноситься ущільнювальний шар, товщиною 1..3 мм. Використання ущільнення в високонапірних компресорах, де to досягає 1000o С, реалізується з допомогою термостійких металокерамічних чи щільникових ущільнень, які також використовуються в турбінах. У виконаних конструкціях осьових компресорів мінімально допустиме значення радіального зазору на непрацюючому двигуні визначається:

D - зовнішній діаметр корпуса.

Осьові зазори, коли двигун знаходиться в холодному стані, визначають з врахуванням відстані від місця зазору до місця фіксації ротора за формулою:

l - відстань від радіально-стійкого підшипника.

Розділ 4. Обґрунтування напряму підвищення паливної економічності ГТУ

Розвиток газової промисловості нерозривно пов'язаний з необхідністю створення нового обладнання для транспортування газу по магістральним газопроводам.

Запаси природнього газу знаходяться в різних частинах України з недостатнім розвитком індустріальної бази будування і недостатньо розвиненою шляховою сіткою. Це поставило перед машинобудівниками задачу створення газоперекачуючих агрегатів (ГПА) в блочно контейнерному виконанні, що дозволить значно скоротити строки спорудження компресорних станцій, підвищити якість їх будування і забезпечить високий рівень автоматизації. Освоєння нових агрегатів вимагає від експлуатаційного персоналу подальшого підвищення рівня науково-технічних знань і технічної експлуатації.

Збільшення протяжності газових магістралей внаслідок зміщення районів видобутку газу в більш важкодоступні місця призвело до підвищення затрат на транспорт газу. Ці затрати складаються з капітальних вкладень і експлуатаційних затрат.

Один з шляхів зниження капітальних затрат реалізується в сфері виробництва шляхом зниження масогабаритних показників основного і допоміжного обладнання. Зниження ваги обладнання можна досягти підвищенням робочих параметрів обладнання і застосуванням нових матеріалів. Для ГПА підвищення робочих параметрів заключається поперед усе в збільшенні тиску газу на виході з нагнітача і підвищення частоти обертання нагнітача.

Іншим шляхом зниження капітальних затрат є збільшення одиничної потужності і працездатності агрегату. Збільшення одиничної потужності і ККД приводних газотурбінних установок (ГТУ) - один з основних напрямків розвитку ГПА. Тенденція збільшення потужності ГПА визначається в основному кількістю газу, який транспортується.

Застосування повнонапорних нагнітачів також призводить до зниження капітальних затрат в зв'язку зі зменшенням кількості запорно-регулюючої апаратури, хоча при цьому і знижується комерційна працездатність одиничного агрегату.

Зниження капітальних вкладень можна досягти і збільшенням долі основного обладнання шляхом скорочення числа будівель і споруд, призначених для допоміжних і обслуговуючих процесів. В цьому випадку повинен бути організований так званий агрегатно-вузловий ремонт, при якому на КС здійснюють тільки заміну несправних вузлів або агрегатів, а їх ремонт проводять на спеціалізованих підприємствах.

Суттєвим фактором зниження капітальних затрат є також зменшення розмірів будівель та споруд. В 60-70-і роки ГПА встановлювали в загальних приміщеннях компресорного цеху. Більш перспективним є блочне розміщення обладнання. Блочно-контейнерне виконання ГПА дозволяє знизити об'єм будівельно монтажних робіт в умовах КС на 30%.

В порівнянні зі стаціонарним блочно-контейнерне виконання ГПА дозволяє: покращити умови роботи для обслуговуючого персоналу (операторів-машиністів); знизити об'єми будівельно-монтажних робіт при спорудженні КС; створити більш благо приємні умови для проведення регламентних робіт (менші шум і температура, більші безпека дякуючи відсутності поряд працюючих агрегатів).

Блочно-контейнерне виконання може застосовуватися не тільки для іншого обладнання. В перспективі доцільно застосування блочно-комплектних автоматизованих КС (БККС).

Блоки-контейнери є індивідуальними приміщеннями, всередині яких створюється потрібний для нормальної роботи обладнання мікроклімат. Прибування в них обслуговуючого персоналу обмежене часом проведення регламентних робіт. В деякі блоки вхід при працюючому обладнанні не допускається. Контейнери повинні бути обладнані системою вентиляції і пожежогасіння, мати освітлення і теплопостачання. Опалення контейнера дозволяє тримати агрегати в так званому гарячому резерві, як і при стаціонарному виконанні.

Для забезпечення можливості транспортування залізнодорожним транспортом габаритні розміри блочних конструкцій (транспортні габарити) і їх масу обмежують: ширина не більше 3 м 20 см, довжина 12 м, висота 4 м і маса не більше 70 т.

Прогрес у спорудженні КС пов'язаний з введенням комплексно-блочного методу будівництва. Найбільший рівень блочності, при якому вартість агрегатів в блочному виконанні складає до 80% від системної вартості КС, досягнений на КС, які обладнані агрегатами з газотурбінним приводом авіаційного типу. Серійний випуск агрегатів в блочно-контейнерному виконанні дозволяє відмовитися від спорудження будівлі компресорного цеху, що обумовлює зачне зниження трудомісткості і вартості будівельно-монтажних робіт і скорочення строків КС в 1,5 - 1,6 разу.

Організація будівельно-монтажних робіт при спорудженні КС магістральних газопроводів основується на методі безперервного між об'єктного потоку, який забезпечує скорочення строків будівництва, а також рівномірне і ефективне використання ресурсів.

Будівельно-монтажні роботи виконуються в два етапи: роботи нульового циклу і роботи наземного циклу (монтаж будівель, блок-боксів, блок-контейнерів, технологічного обладнання).

Висновки

В даному курсовому проекті розроблено проект газотурбінного двигуна для компресорної станції, прототипом якого є існуюча ГТУ марки ГТН-25.

В розділі 1 виконані термодинамічний та газодинамічний розрахунок. А саме проведено визначення параметрів робочого тіла та діаметральних розмірів в характерних перерізах проточної частини установки, питомої потужності, питомої витрати палива, основних ККД ГТУ. Оскільки, робота ГТУ в процесі експлуатації оцінюється дросельною та кліматичною характеристиками, їх розрахунок був також проведений. Дані характеристики наведені в додатках.

В розділі 2 був проведений розрахунок на статичну міцність більш навантажених елементів, а саме лопатки та диску першого ступеня турбіни, валу турбіни компресора. За результатами цих розрахунків наступні зроблені висновки:

1) запас міцності робочої лопатки забезпечується. Її мінімальний коефіцієнт запасу довготривалої міцності дорівнює 1,55;

2) мінімальний коефіцієнт запасу статичної міцності диску турбіни складає 1,68;

3) запас статичної міцності валу турбіни ГТУ забезпечується, оскільки, коефіцієнт запасу міцності дорівнює 1,664;

4) довговічність підшипника забезпечується, його ресурс 11468 годин.

Також в даному курсовому проекті наведений опис основних систем проектуємого двигуна: системи запуску, паливна, змащення та система автоматичного керування.

Перелік використаних джерел

1. Лозицкий Л.П., Ветров А.Н., Дорошко С.М. и др. Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Воздушный транспорт, 1992. - 534 с.

2. Кулик М.С., Моца В.Г., Шпакович М.І. Теорія компресорів та газотурбінних установок: Навч. Посібник. - К.: НАУ, 2002. - 220с.

3. Конструкция и прочность авиационных двигателей: Методические указания по курсовому проектированию. - К.: КИИГА, 1988. - 52 с.

4. Конструкция и прочность авиационных двигателей: Методические указания по выполнению РГР «Расчет на прочность рабочей лопатки турбины ГТД» и домашнего задания «Расчет на прочность вала турбины». - К.: УТУГА, 1994. - 36 с.

Размещено на Allbest.ru