Компрессорный цех с разработкой конструктивных элементов агрегата ГТК-10И. Курсовой проект Трофимов А.А. 2. Курсовой проект компрессорный цех с разработкой конструктивных элементов агрегата гтк10и гкв. 21. 02. 03. 02. 18 Эгпуо. 019

• Название: Курсовой проект компрессорный цех с разработкой конструктивных элементов агрегата гтк10и гкв. 21. 02. 03. 02. 18 Эгпуо. 019
• Анкор: Компрессорный цех с разработкой конструктивных элементов агрегата ГТК-10И
• Дата: 21.10.2022
• Размер: 256.12 Kb.
• Имя файла: Курсовой проект Трофимов А.А. 2.docx
• Тип: Курсовой проект; #746364
• страница: 3 из 4

1.4 Описание конструкции упорного вкладыша подшипника

Упорный подшипник, установленный на торце вала со стороны всасывания, состоит из двух самоустанавливающихся подшипников с шестью рабочими колодками. Упорная нагрузка равномерно распределяется на все рабочие колодки. Упорный подшипник воспринимает осевое усилие, испытываемое ротором во время работы турбины, а также фиксирует осевое положение вращающегося ротора по отношению к неподвижным деталям. Положение ротора в упорном подшипнике и положение самого упорного подшипника в корпусе определяют, таким образом, величину осевых зазоров в проточной части и в уплотнениях.

2 Расчетная часть

2.1 Тепловой расчёт цикла ГТК

Цель расчета: расчет параметров цикла ГТУ ГТК-10И.

Исходные данные

– эффективная мощность, N, кВт 9700

– температура воздуха на входе в осевой компрессор, t₁,°C 15

– номинальное давление окружающего воздуха, P₁, 1,033

– температура газа на входе в турбину, t3 ,°C 925

– степень сжатия воздуха в осевом компрессоре, εк  7,2

– показатель адиабаты, k 1,4

– КПД камеры сгорания, η_кс 0,98

– КПД осевого компрессора (индикаторный), η_ок 0,86

– газовая постоянная, R, 29,3

– низшая теплота сгорания топлива, Q _нр, 11660

– КПД турбины (индикаторный), η_т 0,86

– КПД механический турбины, η_мех 0,96

– отношение расхода воздуха к расходу

рабочего тела турбины, 0,98

Задается коэффициент потерь в воздушном и газовом тракте, ξ

ξ = 1,05÷ 1,1=1,05

Давление газа на выходе из турбины Р₄,

Р₄ = P₁ · ξ, (1)

где P1 - номинальное давление окружающего воздуха, м³/кмоль;

ξ - коэффициент потерь в воздушном и газовом тракте.

Р₄ = 1,033 · 1,05 = 1,08

Давление воздуха на выходе из осевого компрессора, Р₂,

Р₂ = P₁ · εк (2)

где P1 - номинальное давление окружающего воздуха, м³/кмоль;

εк - степень сжатия воздуха в осевом компрессоре.

Р₂ = 1,033 · 7,2 = 7,44

Давление рабочего тела на входе в турбину, Р₃,

Р₃ = , (3)

где Р₂ - давление воздуха на выходе из осевого компрессора, .

Р₃ = =7,08

Изоэнтропийный теплоперепад в компрессоре, Н_ок ,

Н_ок = А · R· · Т₁ (ε ) , (4)

где А – температурный эквивалент работы;

R – газовая постоянная,

k – показатель адиабаты;

Т₁ - температура воздуха на входе в осевой компрессор, К;

ε - степень сжатия воздуха в осевом компрессоре.

Н_ок = · 29,3 · ·

· 288 · (7,2 ) = 51

Действительный теплоперепад в осевом компрессоре, Н_к ,

Н_к = , (5)

где Н_ок - изоэнтропийный теплоперепад в компрессоре, ;

η_ок – КПД осевого компрессора.

Н_к = = 59,3

Средняя температура воздуха в осевом компрессоре, , °C

, (6)

где t₁ - температура воздуха на входе в осевой компрессор, °C;

Н_к - действительный теплоперепад в осевом компрессоре, .



Значение изобарной теплоемкости и энтальпии

Температура t, 0С	Изобарная теплоемкость С,	Удельная энтальпия i,
0	0,2397	0
100	0,2413	44,68
200	0,2447	90,35
300	0,2495	137,40
400	0,2552	185,90
500	0,2609	236,80
600	0,2663	287,60
700	0,2712	341,20
800	0,2756	396,30
900	0,2795	453,10
1000	0,2855	503,44

Средняя массовая удельная теплоемкость в зависимости от средней температуры воздуха в осевом компрессоре, ( );

С_mр, , определяется

С₁₆₃ = 0,2434

С₁₆₃ = С₁₀₀+(С₂₀₀ – С₁₀₀)· =
= 0,2413+(0,2447 – 0,2313)· = 0,2434

Температура воздуха на выходе из осевого компрессора, t₂, °C

t₂₌t₁+ , (7)

где t₁ - температура воздуха на входе в осевой компрессор, °C;

Н_к - действительный теплоперепад в осевом компрессоре, ;

С_mр - средняя массовая удельная теплоемкость в зависимости от средней

температуры воздуха в осевом компрессоре, .

°C

Изоэнтропийный теплоперепад в турбине, Н_от ,

Н_от = А · R· · Т3 1- ( ) , (8)

где Т₃ – абсолютная температура газа на входе в турбину, К;

σ_т - степень расширения рабочего тела в турбине, σ_т = = =6,53

Н_от = · 29,3 · · 1198 ·

·1-  = 119,4

Действительный теплоперепад в турбине, Н ,

, (9)

где Н_от – изоэнтропийный теплоперепад в турбине, ;

η_т – КПД турбины.



Средняя температура рабочего тела в турбине, ,°C

, (10)

где Н_от – изоэнтропийный теплоперепад в турбине, ;

t₃ – температура газа на входе в турбину, °C.



Средняя удельная теплоемкость в зависимости от средней

температуры рабочего тела в турбине, ( );

С_mр, , определяется

С₇₄₆ = 0,2732

С₇₄₆ = С₇₀₀+(С₈₀₀ – С₇₀₀)·46 / 100 =
=0,2712+(0,2756 – 0,2712)· 46 / 100 = 0,2732

Температура рабочего тела на выходе из турбины, Т₄, К

, (11)

где Н_т – действительный теплоперепад в турбине, ;

С_mр – средняя массовая удельная теплоемкость в зависимости от сред

ней температуры воздуха в осевом компрессоре, .



Удельная полезная работа ГТУ, l_т,

, (12)

где Н_т – внутренний теплоперепад в турбине, ;

η_мех – механический К.П.Д. турбины;

Н_к – действительный теплоперепад в осевом компрессоре, ;

– отношение расхода воздуха к расходу рабочего тела.



Средняя температура рабочего тела в камере сгорания, , °C

, (13)

где t₂ - температура воздуха на выходе из осевого компрессора, °C;

t₃ - температура рабочего тела на входе в турбину, °C.

°C

Средняя удельная теплоемкость рабочего тела в камере сгорания,

С_mр ( ), , определяется

С₉₂ = (С₆₀₀ – С₅₀₀)· = (0,2663 - 0,2609)

· = 0,004968

С₅₉₂ = С₅₀₀ + С₉₂ = 0,2609 + 0,004968 = 0,2659

Теплота, подводимая в камере сгорания (удельная), q_кс,

q_кс = С_mрКС · (t₃ – t₂), (14)
где t₂ - температура воздуха на выходе из осевого компрессора, °C;

t₃ - температура рабочего тела на входе в турбину, °C;

С_mр - средняя удельная теплоемкость рабочего тела в камере сгорания,



q_кс = 0,2659 · (925 – 258,6) = 177,17

Внутренний К.П.Д. ГТУ, η_ГТУ, %

(15)

где Н_т - внутренний теплоперепад в турбине,

Н_к - действительный теплоперепад в осевом компрессоре, ;

q_кс - теплота, подводимая в камере сгорания (удельная), .



Расход рабочего тела через турбину, ,

, (16)

где l_т - удельная полезная работа ГТУ, ;

N – эффективная мощность ГТУ, кВт.



Расход воздуха через осевой компрессор, ,

= 0,98 · , (17)

где - расход рабочего тела через турбину, .

= 0,98 · 60,84 = 59,63

Удельная энтальпия воздуха перед камерой сгорания, i₂ ,

i₂ = С_mрТ · t₂, (18)

где С_mр - средняя удельная теплоемкость рабочего тела в камере

сгорания, ;

t₂ - температура воздуха на выходе из осевого компрессора, °C.

i₂ = 0,2659 · 258,6 = 68,75

Удельная энтальпия рабочего тела перед турбиной, i₃ ,

i₃ = С_mрТ · t₃, (19)

где С_mр - средняя удельная теплоемкость рабочего тела в турбине, ;

t₃ - температура газа на входе в турбину, °C.

i₃ = 0,2732 · 925 = 252,71

Расход топливного газа в камере сгорания, В,

(20)

где - расход рабочего тела через турбину, ;

- расход воздуха через осевой компрессор, ;

– низшая теплота сгорания топлива, ;

η_КС - КПД камеры сгорания;

i₂ - удельная энтальпия воздуха перед камерой сгорания, ;

i₃ - удельная энтальпия рабочего тела перед турбиной, .



Вывод: в результате выполненного расчета получены параметры

удельная полезная работа ГТУ l_т = 38,05 ;

расход воздуха через OK = 59,63 ;

расход рабочего тела через турбину = 60,84 ;

внутренний КПД турбины η_ГТУ = 24,49 %;

расход топливного газа в камере сгорания В = 0,0487 .
2.2 Проверочный гидравлический расчёт участка МГ.
Цель расчета: определение давления в конце участка магистрального газопровода.

Исходные данные

– пропускная способность, qсут, млн. м3/сут.	50
– начальное давление участка газопровода, Рн , МПа	5,5
– конечное давление участка газопровода, Рк , МПа	3,8
– длина участка газопровода, L, км	112
– диаметр участка газопровода, dн х ,мм	1220 х 12,5
– среднегодовая температура грунта на глубине залегания газопровода, tгр, 0С	11
– температура газа в начале участка газопровода, tн , 0С	30
– коэффициент теплопередачи от газа к грунту, k, Вт /(м20С)	1,5
– теплоемкость газа, ср, ккал/(кг°С)	0,6
Состав газа	[таблица 1]

Таблица 1 - Состав и основные параметры компонентов газа Оренбургского

месторождения

Компо­нент	Химичес-кая формула	Концентра-ция в долях единицы	Молярная масса, кг/кмоль	Крити-ческая темпера­тура, К	Крити-ческое давление, МПа	Динамичес-кая вязкость, кгс·с/м2х10-7
Метан	СН4	0,927	16,043	190,5	4,49	10,3
Этан	С2Н6	0,022	30,070	306	4,77	8,6
Пропан	С3Н8	0,008	44,097	369	4,26	7,5
Бутан	С4Н10	0,022	58,124	425	3,5	6,9
Пентан	С5Н12	0,021	72,151	470,2	3,24	6,2

Для выполнения гидравлического расчета предварительно выполняем расчет основных параметров газовой смеси.

Определяем молекулярную массу газовой смеси, М_см , кг/кмоль

(21)

где а₁, а₂, а_n - объемная концентрация, доли единиц, [таблица 1];

М₁, М₂, М_n- молярная масса компонентов, кг/кмоль, [таблица 1].

М_см = 0,927 ·16,043 + 0,022 · 30,070 + 0,008 · 44,097

+ 0,0022 · 58,124 + 0,021 · 72,151 = 16,14 кг/кмоль

Определяем плотность смеси газов, ρ, кг/м³,

(22)
где М _см- молекулярная масса, кг/моль;

22,414 - объем 1 киломоля (число Авогадро), м³/кмоль.


Определяем плотность газовой смеси по воздуху, Δ,




(23)

где  - плотность газа, кг/м³;

1,293 - плотность сухого воздуха, кг/м³.



Определяем динамическую вязкость газовой смеси, _см , кгс·с/м²

(24)
где ₁, ₂, _n, - динамическая вязкость компонентов газовой смеси, кгс·с/м²,

[таблица 1].






Определяем критические параметры газовой смеси, Т_кр.см. , К




(25)

где Т_кр1, Т_кр2, Т_крn - критическая температура компонентов газовой смеси, К,

[таблица 1].






(26)
где Р_кр1, Р_кр2, Р_крn - критическое давление компонентов смеси, МПа,

[таблица 1];



Определяем среднее давление газа на участке газопровода, Р_ср ,МПа




(27)
где Р_н - начальное давление на участке газопровода, МПа;

Р_к - конечное давление на участке газопровода, МПа.



Определяем среднюю температуру газа по длине расчетного участка

газопровода, t_ср ,°С,




(28)
(29)
где t_н - температура газа в начале расчетного участка, °С;

d_н - наружный диаметр участка газопровода, мм;

l - длина участка газопровода, км;

q_сут – пропускная способность участка газопровода, млн.м³/сут;

 - относительная плотность газа по воздуху;

С_р - теплоемкость газа, ккал/(кг°С);

k- коэффициент теплопередачи от газа к грунту, ккал/(м²ч°С);

е - основание натурального логарифма, е = 2,718.






(30)



Определяем приведенные температуру и давление газа, Т_пр и Р_пр ,




(31)
(32)

где Р_ср. и Т_ср. - средние давление и температура газа, МПа и К;

Р_кр.см. и Т_кр.см. - соответственно критические давление и температура га-

за, МПа и К.


Определяем коэффициент сжимаемости гаа по номограмме в зависимо-

сти от Р_пр и Т_пр .

Z = 0,9

Для определения пропускной способности газопровода или его участка

при установившемся режиме транспорта газа, без учета рельефа трассы пользу-

ются формулой, q, млн.м³/сутки,




(33)
где d_вн– внутренний диаметр газопровода, мм;

Р_ни Р_к – соответственно начальное и конечное давления участка газо-

провода, кгс/см²;

λ – коэффициент гидравлического сопротивления (с учетом местных со

противлений по трассе газопровода: трение, краны, переходы и т.д.).

Допускается принимать на 5% выше λ_тр;

Δ – относительный удельный вес газа по воздуху;

Т_ср – средняя температура газа, К;

ℓ - длина участка газопровода, км;

Ζ – коэффициент сжимаемости газа;

Из формулы (33) выражаем Р_к, , кгс/см²,




(34)
Гидравлический расчет выполняем в следующей последовательности.

Определяем число Рейнольдса, Re,

(35)

где q_сут - суточная пропускная способность участка газопровода, млн.м³/сут;

d_вн - внутренний диаметр газопровода, мм;

 - относительная плотность газа;

 - динамическая вязкость природного газа; кгс·с/м²;


Так как Re >> 4000, то режим движения газа по трубопроводу турбулент-

-ный, квадратичная зона.

Коэффициент сопротивления трения для всех режимов течения газа опре

-деляется по формуле, λ_тр ,




(36)
где К_Э– эквивалентная шероховатость (высота выступов, создающих со-

противление движению газа), К_Э= 0,06 мм


Определяем коэффициент гидравлического сопротивления участка га-

зопровода с учётом его усреднённых местных сопротивлений, λ ,

где Е - коэффициент гидравлической эффективности, Е = 0,95.
По формуле (34) определяем давление в конце участка газопровода.



Вывод: Полученное значение давления соответствует

проектному давлению на участке газопровода.