Расчет улитки гпа. Курсовой проект проектирование и расчет одноступенчатого лопаточного нагнетателя

• Название: Курсовой проект проектирование и расчет одноступенчатого лопаточного нагнетателя
• Анкор: Расчет улитки гпа
• Дата: 19.04.2022
• Размер: 289.18 Kb.
• Имя файла: Kursovoy_proekt_Osokin_Roman_SEG-18-18.docx
• Тип: Курсовой проект; #485381

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный университет науки и технологий

имени академика М. Ф. Решетнева»
Аэрокосмический колледж
ЦК Общетехнических дисциплин и специальности 21.02.03

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Проектирование и расчет одноступенчатого лопаточного нагнетателя

Руководитель ________________ Тоньшина А.В.
Обучающийся СЭГ-18-18 ________________ Осокин Р.О.

Красноярск 2021

ЗАДАНИЕ

Для курсового проектирования по дисциплине: «Технологическое оборудование газонефтепроводов и газонефтехранилищ: Расчет основных параметров оборудования при эксплуатации ГНП"

Студент группы СЭГ-18-18 Отделение №7 форма обучения очное

Осокин Р.О.

Тема задания: Расчет одноступенчатого лопаточного нагнетателя
Исходные данные: Рабочее тело: R404а

Теплопроизводительность: Q = 30 МВт

Температура кипения: Тн = 243,15 К

Температура конденсации: Тк = 293,15 К
СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из пояснительной записки (37 листов формата А4) и графической части (1,5 - 2 листа формата А1).
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Титульный лист, задание для курсового проектирования, содержание, Введение.1. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Лист 1 фА1, сборочный чертеж «Одноступенчатый лопаточный нагнетатель»

Лист 2 фА2, «Рабочее колесо»

Лист 3 фА2, Схема ГТУ регенеративного цикла.

ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Основные этапы работы	% выполнения	Дата выдачи	Срок выполнения
Предварительный расчет	10 %
Расчет основных параметров газа на входе и выходе в рабочее колесо	25 %
Расчет потерь и КПД рабочего колеса	35 %
Расчет геометрии рабочего колеса	40 %
Расчет параметров газа на входе и выходе в диффузор	45 %
Расчет геометрии диффузора	50 %
Расчет параметров газа на входе и выходе в улитку	60 %
Расчет геометрии улитки	70%
Вычерчивание основных элементов нагнетателя	80 %
Вычерчивание сборочного чертежа нагнетателя	85 %
Вычерчивание схемы ГТУ	95 %
Оформление курсового проекта	100%

Дата выдачи «___» ______________ 20__ г.

Срок окончания и защита «___» ______________ 20__ г.

Задание рассмотрено и одобрено цикловой комиссией ОТД и специальности 21.02.03

Протокол № 4 от «___» _____________ 20__ г.

Преподаватель ____________________(А.В. Тоньшина)

СОДЕРЖАНИЕ

1. 
   Введение…………………………………………………………………………................5
   
2. 
   Предварительный расчет…………………………………...……………………………..6
   
3. 
   Основной расчет……………………………………………………………...……........... 8
   

3.1 Расчёт основных параметров газа на выходе в рабочее колесо…………….………8

1. 
   Расчет потерь и КПД рабочего колеса…………………………………………….…14
   
2. 
   Расчет геометрии рабочего колеса…………………………………………………....19
   
3. 
   Расчет геометрии диффузора ………………………………………………………...26
   
4. 
   Расчет параметров газа на входе и выходе в улитку………………………………..33
   
5. 
   Расчет геометрии улитки …………………………………………………….............38
   
1. 
   Заключение…………………………………………………………………………………40
   
2. 
   Литература………………………………………………………………….……...………41
   

ВВЕДЕНИЕ

Газотурбинная установка (ГТУ) — это агрегат, состоящий из газотурбинного двигателя, редуктора, генератора и вспомогательных систем. Поток газа, образованный в результате сгорания топлива, воздействуя на лопатки турбины, создает крутящий момент и вращает ротор, который в свою очередь соединен с генератором. Генератор вырабатывает электроэнергию.

В основу устройства газотурбинного агрегата положен принцип модульности: ГТУ состоят из отдельных блоков, включая блок автоматики. Модульная конструкция позволяет в кратчайшие сроки производить сервисное обслуживание и ремонт, наращивать мощность, а также экономить средства за счет того, что все работы могут производиться быстро на месте эксплуатации. Использование тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки. ГТУ может работать как на жидком, так и на газообразном топливе: в обычном рабочем режиме — на газе, а в резервном (аварийном) — автоматически переключается на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является ком бинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ в энергетике работают как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок. В настоящее время газотурбинные установки начали широко применяться в малой энергетике.

ГТУ предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения. Области применения газотурбинных установок практически не ограничены: нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, муниципальные образования. Блочно-модульное исполнение ГТУ обеспечивает высокий уровень заводской готовности газотурбинных электростанций. Степень автоматизации газотурбинной электростанции позволяет отказаться от постоянного присутствия обслуживающего персонала в блоке управления. Контроль работы станции может осуществляться с главного щита управления, дистанционно.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

На стадии предварительного расчета осуществляется первичная обработка исходных данных с целью получения традиционных параметров, используемых при расчете центробежных компрессоров.

На основании температур кипения и конденсации на lgp-i диаграмме хладагента по стандартной методике строится цикл работы холодильной установки, включающей в себя рассчитываемый компрессор.

По данным диаграммы определим следующие данные:

1. 
   Начальное давление = 208000 Па, соответствующее давлению кипения.
   
2. 
   Конечное давление = 1084000 Па, соответствующее давлению конденсации.
   
3. 
   Энтальпии хладагента на выходе из испарителя и на входе в испаритель .
   

Определяем степень повышения давления:
(2.1)

Определяем расход хладагента:
(2.2)

Показатель изоэнтропы k = 1,35 и изобарная теплоемкость = 1,2 Дж/(кг ·К).

Определяем изохорную теплоемкость хладагента, Дж/(кг ·К):
(2.3)

Определяем газовую постоянную хладагента:
(2.4)

Используя данные, полученные на стадии предварительного расч ета, приступаем к основному расчет.

ОСНОВНОЙ РАСЧЕТ

3.1 Расчёт основных параметров газа на выходе в рабочее колесо

Расчет осуществляется в следующем порядке:

1. 
   Плотность (кг/м³) при начальных условиях:
   

(3.1.1)

2. 
   Объемный расход газа (м³/с) при начальных условиях
   

(3.1.2)

3. 
   Скорость звука (м/с) при начальной температуре:
   

(3.1.3)

4. 
   Критическая скорость (м/с) при начальной температуре:
   

(3.1.4)

5. 
   Коэффициент загрузки потока на входе в колесо ;
   
6. 
   Угол лопатки колеса на входе ;
   
7. 
   Тип рабочего колеса: радиальное.
   
8. 
   Втулочное отношение ξ_вт= 0,3;
   
9. 
   Отношения диаметра воронки колеса к расчетному диаметру k₀= 1;
   
10. 
    Угол потока в абсолютном движении на входе в колесо
    

(3.1.5)

11. 
    Приведенный диаметр колеса = 0,4;
    
12. 
    Приведенная меридиональная составляющая абсолютной скорости на входе в колесо:
    

(3.1.6)

13. 
    Приведенная абсолютная скорость на входе в колесо:
    

(3.1.7)

14. 
    Приведенная относительная скорость на входе в колесо:
    

(3.1.8)

15. 
    Угол лопатки колеса на выходе ;
    
16. 
    Густота решетки колеса ;
    

17. 
    Число лопаток колеса:
    

(3.1.9)

Принимаем ₌ 16_;

18. 
    Выбираем тип диффузора: безлопаточный.
    
19. 
    Приведенная радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе из колеса:
    
20. 
    Коэффициент, закрутки потока на выходе из колеса при бесконечном числе лопаток:
    

(3.1.10)

21. 
    Коэффициент, учитывающий влияние конечного числа лопаток:
    

(3.1.11)

22. 
    Коэффициент закрутки потока на выходе из колеса при конечном числе лопаток:
    

(3.1.12)

23. 
    Приведенная абсолютная скорость на выходе из колеса:
    

(3.1.13)

24. 
    Приведенная относительная скорость на выходе из колеса:
    

(3.1.14)

25. 
    Угол потока в абсолютном движении на выходе из кол еса:
    

(3.1.15)

26. 
    Угол потока в относительном движении на выходе из колеса:
    

(3.1.16)

27. 
    Коэффициент технической работы:
    

(3.1.17)

28. 
    Степень реактивности:
    

(3.1.18)

29. 
    Предварительное значение гидравлического КПД выбираем η_г= 0,75.
    
30. 
    Коэффициент изоэнтропной работы:
    

(3.1.19)

31. 
    Число Маха при начальных условиях:
    

(3.1.20)

32. 
    Окружная скорость колеса:
    

(3.1.21)



Т.к. , то Максимальное значения окружной скорости колеса принимаются, исходя из предельной прочности материала: для стали ;

33. 
    Число Маха для окружной скорости:
    

(3.1.22)

34. 
    Число Маха для относительной скорости на диаметре d_0:
    

(3.1.23)

35. 
    Коэффициент окружной скорости:
    

(3.1.24)

36. 
    Коэффициент, учитывающий влияние на потери в колесе:
    

(3.1.25)


3.2 Расчет потерь и КПД рабочего колеса

37. 
    Коэффициент потерь на входе для радиального колеса:
    

38. 
    Коэффициент потерь на протекание по каналам колеса:
    

39. 
    Относительная п отеря в колесе:
    

(3.2.1)

40. 
    КПД рабочего колеса:
    

(3.2.2)

41. 
    Отношение температур:
    

(3.2.3.)

42. 
    Коэффициент скорости :
    

(3.2.4)

43. 
    Приведенная температура на выходе из колеса:
    

(3.2.5)

44. 
    Приведенное давление на выходе из кол еса:
    

(3.2.6)

45. 
    Приведенная плотность на выходе из колеса:
    

(3.2.7)

46. 
    Отношение температуры на выходе из колеса к начальной:
    

(3.2.8)

47. 
    Отношение изоэнтропной температуры на выходе из колеса к начальной:
    

(3.2.9)

48. 
    Отношение давления на выходе из колеса к начальному:
    

(3.2.10)

49. 
    Отно шение плотности на выходе из колеса к начальной:
    

(3.2.11)

50. 
    Температура на выходе из колеса:
    

(3.2.12)

51. 
    Давление на выходе из колеса:
    

(3.2.13)

52. 
    Плотность на выходе из колеса:
    

(3.2.14)

53. 
    Отношение числа лопаток колеса на входе и на выходе выбираем из двух з начений:
    
54. 
    Относительную толщину лопатки на выходе выбираем: .
    
55. 
    Коэффициент стеснения сечения лопатками на входе в колесо:
    

(3.2.15)

56. 
    Коэффициент стеснения сечения лопатками на выходе из колеса:
    

(3.2.16)

57. 
    Отношение скорости в воронке к меридиональной проекции абсолютной скорости на входе в радиальное колесо: .
    
58. 
    Коэффициент скорости на входе в колесо:
    

(3.2.17)

59. 
    Приведенная температура на входе в колесо:
    

(3.2.18)

60. 
    Приведенное давление на входе в колесо:
    

(3.2.19)

61. 
    Приведенная плотность на входе в колесо:
    

(3.2.20)

62. 
    Плотность на входе в колесо:
    

(3.2.21)

63. 
    Число сторон колеса: n_кол= 1.
    
64. 
    Коэффициент расхода:
    

(3.2.22)

3.3 Расчет геометрии рабочего колеса

65. 
    Диаметр (м) рабочего колеса:
    

(3.3.1)

66. 
    Частота (с^-1) вращения:
    

(3.3.2)

67. 
    Диаметр (м) входа в колесо:
    

(3.3.3)

68. 
    Диаметр (м) воронки колеса:
    

(3.3.4)

69. 
    Диаметр (м) втулки колеса:
    

(3.3.5)

70. 
    Относительная ширина радиального колеса на входе:
    

(3.3.6)

71. 
    Ширина (м) радиального колеса на входе:
    

(3.3.7)

72. 
    Относительная ширина колеса на выходе:
    

(3.3.8)

73. 
    Ширина (м) колеса на выходе:
    

(3.3.9)

74. 
    Конечное давление:
    

(3.3.10)

75. 
    Динамическая вязкость газа:
    

(3.3.11)

76. 
    Число Рейнольдса для колеса:
    

(3.3.12)

77. 
    Предельное число Рейнольдса:
    

(3.3.13)

78. 
    Коэффициент сопротивления трения дисков:
    

(3.3.14)

79. 
    Выбираем форму рабочего колеса: закрытое.
    
80. 
    Поправ очный коэффициент, учитывающий форму и тип рабочего колеса:
    

;

81. 
    Коэффициент потерь:
    

(3.3.15)

82. 
    Относительные потери работы на трение дисков:
    

(3.3.16)

83. 
    Коэффициент внутренних перетечек выбираем: ;
    
84. 
    Изотропный КПД:
    

(3.3.17)

85. 
    Мощность на валу (Вт):
    

(3.3.18)

86. 
    Отношение температуры в конце процесса сжа тия к начальной:
    

(3.3.19)

87. 
    Температура (К) газа на выходе из нагнетателя:
    

(3.3.20)

88. 
    Плотность (кг/м³) газа на выходе из нагнетателя:
    

(3.3.21)

89. 
    Плотность газа на выходе из лопаточного диффузора (1-eприближение):
    

(3.3.22)

90. 
    Отношение ширины диффузора на входе к ширине рабочего колеса на выходе выбираем:
    

- – для безлопаточного диффузора ;

91. 
    Угол потока на входе в безлопаточный диффузор (или в безлопаточную часть комбинированного диффузор):
    

(3.3.23)

92. 
    Приведенный диаметр входа в безлопаточный диффузор выбираем: .
    
93. 
    Приведенная скорость потока на входе в безлопаточный диффузор:
    

(3.3.24)

94. 
    Приведенный диаметр входа в лопаточный диффузор (или в лопаточную часть комбинированного диффузора) выбираем:
    

− – для безлопаточного диффузора: ;

95. 
    Приведенная скорость потока на входе в лопаточную часть диффузора:
    

(3.3.25)

96. 
    Коэффициент скорости на выходе в лопаточную часть диффузора:
    

(3.3.26)

97. 
    Приведенная температура на входе в лопаточный диф фузор:
    

(3.3.27)

98. 
    Отношение температуры на входе в лопаточный диффузор к начальной температуре:
    

(3.3.28)

99. 
    Число Маха на входе в лопаточный диффузор:
    

(3.3.29)



3.4 Расчет геометрии диффузора

100. 
     Диаметр (м) входа в безлопаточный диффузор (или в безлопаточную часть комбинированного диффузора):
     

(3.4.1)

101. 
     Диаметр (м) входа в лопаточный диффузор (или в лопаточную часть комбинированного диффузора):
     

(3.4.2)

102. 
     Приведенный диаметр выхода из диффузора:
     

103. 
     Диаметр выхода из диффузора:
     

(3.4.3)

104. 
     Ширина (м) входа в лопаточный диффузор (или в лопаточную часть комбинированного диффузора):
     

(3.4.4)

105. 
     Ширина лопаточного диффузора на выходе:
     

(3.4.5)

106. 
     Приведенная плотность (в 1-м приближении) на в лопаточный диффузор (или в лопаточную часть комбинированного диффузора):
     

(3.4.6)

107. 
     Отношение плотностей (в 1-м приближении) на входе в лопаточный диффузор (или в лопаточную часть комбинированного диффузора) и на выходе из колеса:
     

(3.4.7)

108. 
     Угол потока на входе в лопаточный диффузор:
     

(3.4.8)

109. 
     Коэффициент трения в белопаточном диффузоре или в безлопаточной части комбинированного диффузора выбираем:
     

110. 
     Приведенная потеря в безлопаточном диффузоре или в безлопаточной части комбинированного диффузора:
     

(3.4.9)

111. 
     Приведенное давление на входе в лопаточный диффузор:
     

(3.4.10)

112. 
     Прив еденная плотность (во 2-м приближении) на входе в лопаточный диффузор (или в лопаточную часть комбинированного диффузора):
     

(3.4.11)

113. 
     Отношение плотностей (во 2-м приближении) на входе в лопаточный диффузор (или в лопаточную часть комбинированного диффузора) и на выходе из колеса:
     

(3.4.12)

114. 
     Приведенная скорость на выходе из безлопаточного диффузора или на входе в лопаточный диффузор (уточнение):
     

(3.4.13)

115. 
     Коэффициент скорости на выходе из безлопаточного диффузора или на входе в лопаточный диффузор (уточнение):
     

(3.4.14)

116. 
     Приведенная температура на входе в лопаточный диффузор (уточнение):
     

(3.4.15)

117. 
     Плотность газа (кг/м³) на выходе из безлопаточного диффузора или на входе в лопаточный диффузор:
     

(3.4.16)

118. 
     Коэффициент диффузорности:
     
119. 
     Угол потока на выходе из лопаточного диффузора:
     

(3.4.17)

120. 
     Густота решетки диффузора выбираем:
     

121. 
     Число лопаток в диффузоре:
     

(3.4.18)

122. 
     Относительная то лщина лопатки диффузора на входе:
     
123. 
     Коэффициент стеснения сечения лопатками на входе в лопаточный диффузор:
     

(3.4.19)

124. 
     Высота лопаточного диффузора на входе:
     

(3.4.20)

125. 
     Высота лопаточного диффузора на выходе:
     

(3.4.21)

126. 
     Эквивалентный диаметр сечения канала лопаточного диффузора на входе:
     

(3.4.22)

127. 
     Эквивалентный диаметр сечения канала лопаточного диффузора на в ыходе:
     

(3.4.23)

128. 
     Приведенный средний диаметр лопаточного диффузора:
     

(3.4.24)

129. 
     Коэффициент, учитывающий возможное изменение момента количества движения, выбираем:
     

− при установке улитки за лопаточным и комбинированным диффузором:

130. 
     Коэффициент, характеризующий циркуляцию перед улиткой:
     

− При установке улитки за диффузором:
(3.5.16)

3.6 Расчет геометрии улитки=

131. 
     Отношение начального радиуса улитки к радиусу устройства перед улиткой выбираем:
     
132. 
     Начал ьный радиус улитки (м):
     

− при установке улитки за диффузором:
(3.6.1)

133. 
     Выбираем тип улитки: Круглого сечения.
     
134. 
     Отношение ширины горловины улитки к ширине предыдущего устройства выбираем:
     
135. 
     Ширина горловины улитки:
     

(3.6.2)

136. 
     Отношение ширины улитки постоянного сечения к ширине предыдущего устройства выбираем :
     
137. 
     Ширина улитки постоянного сечения(м):
     

(3.6.3)

138. 
     Угловой коэффициент улитки:
     

(3.6.4)

139. 
     Отношение текущего внешнего радиуса к начальному:
     

(3.6.5)

140. 
     Внешний радиус улитки (м):
     

(3.6.6)

Величины в пп.156-158 рассчитываем для нескольких значений угла поворота улитки, полученные значения заносим в табл.2.

Таблица 2

Параметр	Угол поворота улитки˚
	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
	0,0015	0,003	0,004	0,006	0,007	0,009	0,010	0,012	0,013	0,015	0,016	0,018
	1,05	1,07	1,09	1,11	1,12	1,13	1,14	1,16	1,16	1,18	1,18	1,2
	0,65	0,66	0,67	0,68	0,69	0,76	0,70	0,71	0,71	0,73	0,73	0,74

141. 
     Средняя массовая скорость (м/с) в выходном сечении
     

− для улитки постоянной ширины:
(3.6.7)

142. 
     Радиус кривизны лопатки колеса (м):
     

(3.6.8)

143. 
     Радиус центров ой окружности лопаток колеса (м):
     

(3.6.9)





ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенная в данном пособии методика расчета применима как для идеального, так и для идеализированного газа и с достаточной степенью точности может быть использована на первой стадии проектного расчета одноступенчатых центробежных компрессорных машин.

Помимо этого, она является базовой для расчета многоступенчатых нагнетателей с учетом необходимых дополнений, обусловленных многоступенчатостью процесса сжатия.

Кроме того, алгоритм расчета с небольшими упрощениями может быть использован для составления программы расчета на ЭВМ с введением переменных параметром, исследование влияния которых пр едставляет интерес для конструктора.

Для ускорения расчетов в этом случае целесообразно использовать таблицы газодинамических функций при определении параметров состояния рабочего газа и скоростей (в безразмерной форме) во всех расчетных сечениях нагнетателя.

Для проведения более точных расчетов центробежных компрессорных машин необходимо в представленную методику ввести уравнения состояния и уравнения, описывающие теплофизические свойства реальных рабочих сред термодинамических циклов, либо преобразовать методику для использования диаграмм i-p, s-Tи др.

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Федеральный закон от 27 декабря 2002 года N 184-ФЗ "О техническом регулировании"
   
2. 
   ГОСТ 2.316–2008 Единая система конструкторской документации. Правила нанесения надписей, технических требований и таблиц на графических документах. Общие положения. Взамен ГОСТ 2.316–68; дата введ. 01.07.2009. М.: Стандартинформ, 2009. 12 с.
   
3. 
   ГОСТ 4.423-86 Система показателей качества продукции. Машины компрессорные центробежные. Номенклатура показателей
   
4. 
   ГОСТ 8889-88. Передачи зубчатые турбин и компрессорных машин. Технические требования. Методы контроля
   
5. 
   ГОСТ Р. ИСО 9001-96. Системы качества. Модель обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании.
   
6. 
   Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов. ПБ 03-581-03: утв. Постановлением Госгортехнадзора России от 5 июня 2003 г. № 60. - Екатеринбург: УралЮрИздат, 2007. – 15с.
   
7. 
   Термогазодинамический расчет одноступенчатого лопаточного нагнетателя: методическое пособие для выполнения курсового проекта/ Д.В. Черненко, Е.В. Черненко, Д.А. Жуйков, Сиб. гос. аэрокосмический университет – Красноярск, 2011. – 38 с
   
8. 
   Нефтегазопроводы: Учеб. Пособие/ Тетельмин В.В., Язев В.А. М.: САЙНС-ПРЕСС - 2009. - 342 с
   
9. 
   Компрессорные и насосные установки: учебник для нач. проф. образования. / Веригин И.С. М.: Издательский центр «Академия» - 2009. – 528 с
   
10. 
    Повышение эффективности использования газа на компрессорных станциях / В.А. Динков, А.И. Гриценко, Ю.Н. Васильев, П.М. Мужиливский. – М.: Недра,1981. – 296 с.
    
11. 
    Гриценко, Александр Иванович. Газодинамические процессы в трубопроводах и борьба с шумом на компрессорных станциях: научное издание / А.И. Гриценко, С.А. Хачатурян. - М.: Недра, 2002. - 335 с. - Библиография.: с. 330-332.