Разработка и исследование системы выбора расчетных параметров блока «силовая турбина — центробежный нагнетатель» турбоустановки для транспорта газа
Диссертация
Научная новизна работы. Получены уточненные данные о взаимосвязи удельных параметров турбомашин с различными геометрическими характеристиками проточной части и их экономичностьюполучены обобщенные зависимости КПД центробежных компрессорных ступеней и ступеней осевых турбин от коэффициента удельной быстроходности. Предложена и разработана методика оптимального согласования быстроходностей… Читать ещё >
Содержание
- 1. Состояние вопроса. Постановка задач исследования
- 1. 1. Влияние основных геометрических параметров проточной части ступени центробежного нагнетателя (ЦН) на КПД и вид газодинамической характеристики
- 1. 1. 1. Влияние соотношения геометрических параметров РК радиального типа на вид характеристики и КПД ступени
- 1. 1. 2. Влияние основных геометрических параметров выходного устройства на вид характеристики и КПД
- 1. 2. Использование методов численного моделирования при расчете и оптимизации параметров центробежных ступеней
- 1. 2. 1. Эмпирические математические модели
- 1. 2. 2. Математические модели для проектирования проточной части, основанные на расчете течения
- 1. 3. Влияние основных геометрических и термодинамических параметров ступени осевой турбины на её эффективность
- 1. 3. 1. Влияние некоторых геометрических параметров ступени осевой турбины на КПД
- 1. 3. 2. Влияние некоторых газодинамических параметров ступени на КПД и выбор оптимального варианта проточной части
- 1. 4. Анализ конструкций выполненных систем «силовая турбина — центробежный нагнетатель» газоперекачивающих турбоустановок
- 1. 4. 1. Газоперекачивающие агрегаты
- 1. 1. Влияние основных геометрических параметров проточной части ступени центробежного нагнетателя (ЦН) на КПД и вид газодинамической характеристики
- 1. 4. 2. Газоперекачивающие агрегаты ОАО «Невский завод»
- 1. 4. 3. Газоперекачивающие агрегаты с авиационным и судовым приводом
- 1. 4. 4. ГПА НПО «Искра» г. Пермь
- 1. 4. 5. ГПА импортного производства
- 2. Уточнение и формулировка математической модели компрессорной ступени промежуточного типа применительно к центробежному нагнетателю природного газа
- 2. 1. Основные требования к математической модели
- 2. 2. Предварительный расчет основных термодинамических параметров. Поправка на реальность газа
- 2. 3. Математическая модель расчета и выбора геометрических параметров ступени
- 2. 3. 1. Предварительный расчет основных параметров потока
- 2. 3. 2. Основные соотношения, описывающие входное сечение рабочего колеса
- 2. 3. 3. Основные соотношения, описывающие выходное сечение рабочего колеса
- 2. 3. 4. Основные соотношения, описывающие лопаточный диффузор ступени
- 2. 3. 5. Расчет основных геометрических параметров обратного направляющего аппарата
- 2. 3. 6. Параметры и критерии оптимизации
- 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СВОБОДНОЙ СИЛОВОЙ ТУРБИНЫ (СТ) ГТУ ДЛЯ ТРАНСПОРТА ГАЗА
- 3. 1. Основные положения математической модели
- 3. 2. Основные безразмерные параметры ступени турбины
- 3. 3. Предварительный расчет основных термодинамических параметров
- 3. 4. Расчет основных кинематических и геометрических характеристик ступени
- 3. 5. Критерии и параметры оптимизации. Выражение для окружного КПД ступени
- 4. 1. Общие положения
- 4. 2. Определение функциональных зависимостей
- 4. 2. 1. Определение взаимосвязи КПД центробежной компрессорной ступени и нагнетателя с лопаточными диффузорами с коэффициентом удельной быстроходности
- 4. 2. 2. Определение взаимосвязи КПД центробежной компрессорной ступени и нагнетателя с безлопаточными диффузорами с коэффициентом удельной быстроходности
- 4. 2. 3. Влияние безразмерной частоты вращения ротора на КПД осевой турбинной ступени и турбины
- 5. 1. Общие положения
- 5. 2. Определение взаимосвязи эффективности системы силовая турбина — центробежный нагнетатель с лопаточными диффузорами
- 5. 3. Определение взаимосвязи эффективности системы силовая турбина — центробежный нагнетатель с безлопаточными диффузорами
- 5. 4. Апробация разработанной методики
- 5. 4. 1. Общие положения
- 5. 4. 2. Теплотехнические испытания агрегатов ГПА-Ц-16 с НЦ-16−76/
- 5. 4. 3. Методика проведения испытаний
- 5. 4. 4. Специальные тепло-газодинамические испытания агрегата ГПА-Ц-16 с НЦ-16−76 модификаций 1 и
Список литературы
- Абианц В.Х. Теория и расчет авиационных газовых турбин. — М.:Машиностроение. 1979. — 246 с.
- Акимов Н.К., Проскуряков Г. В. Новые газоперекачивающие агрегаты мощностью 16 и 25 МВт// Тяжелое машиностроение. -1996. № 6. с. 7−11.
- Альбомы приведенных газодинамических характеристик центробежных нагнетателей. -М.: ВНИИГАЗ, ОРГЭНЕРГОГАЗ. 19 641 985 г. г.
- Амосов П.Е., Евдокимов В. Е., Письман М. Б. Определение политропического КПД нагнетателя с учетом реальности сжимаемой среды//Тяжелое машиностроение. -1991. № 7
- Аэродинамика турбин и компрессоров//под ред. У. Р. Хауторна. -Серия:Аэродинамика больших скоростей и реактивная техника. -М.:Машиностроение. 1968. — 728 с.
- Аэродинамическая отработка высоконагруженной турбинной ступени для газоперекачивающего агрегата ГТН-25/ И. И. Кириллов, H.H. Афанасьева, Г. В. Проскуряков, O.A. Шварцман// Тяжелое машиностроение. 1990. — № 6. с. 7 — 11.
- Аэродинамические характеристики ступеней тепловых турбин/ H.H. Афанасьев, В. Н. Бусурин, И. Г. Гоголев и др.- Под общ. ред. В. А. Черникова. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. — 263 с.
- Аэродинамическое совершенствование выхлопных патрубков турбомашин/А.Е. Зарянкин, Б. П. Симонов, А. Н. Парамонов, С.А. Чусов// Теплоэнергетика. 1998. — № 1. е.20 — 24.
- Балье. Изучение конструктивных параметров для выбора турбомашин. Энергетическое машиностроение. 1962. -№ 1. с. 101−123.
- Балье. Изучение конструктивных параметров и режимов совместной работы турбомашин. Энергетическое машиностроение.1962. -№ 1. с. 124−137.
- Бекнев B.C., Галетуха Г. Г. Расчет коэффициента мощности в рабочих колесах центробежных компрессоров//Известия ВУЗов: Машиностроение. 1990. — № 5. — с.56−60
- Бойко A.B. Оптимальное проектирование проточной части осевых турбин. -Харьков: Вища школа. -1982. -152 с.
- Варламов С.Н. Влияние осевых зазоров на КПД турбинной ступени//Энергомашиностроение. 1.956. — № 2. — с.10−15
- Волков М.М., Михеев A.JL, Конев К. А. Справочник работника газовой промышленности. М.: Недра, 1989. — 286 с.
- Галёркин Ю.Б. Ожидаемые параметры центробежных нагнетателей перспективных газоперекачивающих агрегатов//Труды третьего международного симпозиума. С.-Петербург. — 1997.
- Галёркин Ю.Б., Данилов К. А., Попова Е. Ю. Численное моделирование центробежных компрессорных ступеней (Физические основы, современное состоянйе)//"Компрессорная техника и пневматика" «АСКОМП». 1993. — вып.2. — с.1−9
- Галёркин Ю.Б., Зараев В. И., Митрофанов В. П., Селезнев К. П., Хенталов В. И. О разработке проточных частей для нагнетателей ГПА с учетом безразмерного числа оборотов//Труды ЛПИ. 1983. — № 394
- Гоголев И.Г. Влияние конструктивных и режимных параметров нарасходные характеристики турбинного многоступенчатого отсека//Известия ВУЗов: Энергетика. 1980. — № 11. — с.50−55
- Гоголев И.Г., Дьяконов Р. И., Заикин И. Д. Исследование совместной работы турбинной ступени с выходным патрубком//Известия ВУЗов Энергетика. 1975. — № 11. — с.66−71.
- Гоголев И.Г., Дьяконов Р. И., Заикин И. Д. Исследование совместной работы турбинной ступени с выходными устройствами//Теплоэнергетика. 1970. — № 12. — с.77−79
- Гребнев В.К. Влияние радиального зазора на эффективность работы турбинных ступеней//Теплоэнергетика. 1968. — № 5. — с.81−83.
- Даниловский А.Г., Топунов A.M. К вопросу улучшения проточных частей турбин с раскрытием у корня лопаток//Теплоэнергетика. -1966. № 1. — с.35−37.
- Дейч М.Е., Никитин В. И. Исследование турбинных решеток при неравномерном поле скоростей на входе//Известия ВУЗов Энергетика. 1971. — № 7. — с.111−114.
- Дейч М.Е., Самойлович Г. С. Основы аэродинамики осевых турбомашин. М.:Машгиз. — 1959. — 428 с.
- Дейч, М.Е., Трояновский Б. М. Исследования и расчет ступеней осевых турбин. М.:Машиностроение. — 1964. — 628 с.
- Дейч М.Е., Фролов В. В., Баранов В. А. и др. Влияние радиального зазора и различных схем уплотнения по бандажу на аэродинамические характеристики турбинной ступени//Теплоэнергетика. 1975. — № 4. — с.43−44
- Ден Г. Н. Проектирование проточной части центробежных компрессоров: Термогазодинамические расчёты. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1980. — 232 с.
- Доброхотов В.Д. Центробежные нагнетатели природного газа. — М.: Недра, 1972.
- Доброхотов В.Д., Клубничкин А. К., Щуровский В. А. Термодинамикасжатия природного газа и характеристики нагнетателей для компрессорных станций магистральных газопроводов. -М.:ВНИИЭГазпром. 1974. — 45 с.
- Довженко В.Н. Влияние геометрических параметров двухрядной лопаточной решетки диффузора на эффективность ступени центробежного компрессора//Компрессорная техника и пневматика", АСКОМП. С.-Петербург, — 1994, — вып.4−5.
- Евдокимов В.Е. Исследование геометрических и кинематических условий на входе в рабочее колесо центробежного компрессора. Автореф. дис. канд. техн. наук. JL, ЛПИ им М. И. Калинина, -1972. -25с.
- Евдокимов В.Е. О выборе коэффициента ускорения потока на входе в колесо ЦКМ//Энергомашиностроение, 1971. — № 7.
- Евдокимов В.Е. О результатах расчета теоретического коэффициента напора методом теории решеток//Турбины и компрессоры АО «НИКТИТ». 1997. — вып.2.
- Евдокимов В.Е. Особенности газодинамических характеристик унифицированных ступеей ЦКМ//Турбины и компрессоры. 1997. -№ 1.
- Евдокимов В.Е., Корсов Ю. Г., Лысюк В. И. Нагнетатели природного газа. М.: Энергетическое машиностроение. — Вып.8. — Обзорнаяинформация.
- Евдокимов В.Е., Писарев В. Б., Письман М. Б., Репринцев А. И. Определение характеристик ЦКМ по модельным экспериментальным данным//Тяжелое машиностроение. -1992. № 7. — с.21−23.
- Евдокимов В.Е., Репринцев A.M., Мильнер М. Х. Результаты экспериментального исследования промежуточной ступени ЦКМ с осерадиальными колесами//Труды ЦКТИ. 1990. — № 261. — с.127−134
- Жирицкий Г. С., Локай В. И., Максутова М. К. и др. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. М.:Машиностроение. — .1971. -232 с.
- Жирицкий Г. С., Локай В. И., Максутова М. К., Стрункин В. А. Газовые турбины авиационных двигателей. -М.: Оборонгиз. -1963. -600 с.
- Жуковский Г. В., Марченко Ю. А., Терентьев И. К. Тепловые расчеты паровых и газовых турбин с помощью ЭВМ. Л.: Машиностроение, 1983. — 255 с.
- Журавлев Ю.И. Газодинамические характеристики центробежных нагнетателей, получаемые при использовании воздуха и природных газов//Тяжелое машиностроение. 1995. — № 9
- Журавлев Ю.И. Газодинамические характеристики ЦН//Газовая промышленность. 1995. — № 9. — с.35−36
- Завадовский A.M. Влияние шага и угла установки направляющих лопаток на работу турбинной ступени//Теплоэнергетика. 1961. — № 4. — с.28−30.
- Завадовский A.M. Основы проектирования проточной части паровых и газовых турбин. М.-Л.:Машгиз. — 1960. — 247 с.
- Завадовский A.M., Жуковский Г. В. Серия ступеней ГТУ с повышенными углами выхода потока//Известия ВУЗов Энергетика. -1963. № 7. — с.56−59.
- Зальф Г. А. Тепловой расчет стационарных газовых турбин. -М.-Л.: Машиностроение. -1964. -308 с.
- Инструкция по определению производительности центробежных нагнетателей, компрессорных цехов и станций/Е.В. Леонтьев, Л. С. Цигельников, Ю. В. Бутурлакин, В. Г. Старовойтов. ВНИИГАЗ. -Москва. — 1985.
- Казанджан П.К., Тихонов Н. Д., Янко А. К. Теория авиационных газотурбинных двигателей. Теория лопаточных машин, -/под ред. П. К. Казанджана. М.: Машиностроение. -1983. -217 с.
- Кириллов А.И., Бусурин В. Н., Черников В. А. и др. Влияние радиального зазора над рабочим колесом необандаженной турбинной ступени на характеристики двухступенчатого отсека //Известия ВУЗов: Энергетика. 1972. — № 10. — с.135−139
- Кириллов И.И. Газовые турбины и газотурбинные установки. Том 1. -М.: Машгиз. -1956. -437 с.
- Кириллов И.И. и др. Паровые турбины и паротурбинные установки. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние. -1978. -276 с.
- Кириллов И.И. Теория турбомашин. -Л.:Машиностроение. —1972.— 565 с.
- Ковалевский М.М. Стационарные газотурбинные установки открытого цикла. М.: Машиностроение, 1979. — 262 с.
- Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. М.: Нефть и газ, 1999. — 463 с.
- Копелев С.З., Тихонов Н. Д. Расчет турбин авиационных двигателей.- М.: Машиностроение, 1974. 266 с.
- Лившиц С.П. Аэродинамика центробежных компрессорных машин.- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние. 1966.- 335 с.
- Методические указания по проведению теплотехнических и газодинамических расчетов при испытаниях газотурбинных газоперекачивающих агрегатов// ВНИИГАЗ. Москва. — 1999.
- Нечаев Ю.Н., Федоров P.M. Теория авиационных газотурбинных двигателей. ч.1. -М.: Машиностроение. -1977. -312 с.
- Николенко В.Ю., Иванов Е. С., Бачулис А. А. Расчет характеристикступеней центробежных компрессоров//Труды ЦИАМ. 1990. -№ 1261. — с.9−23
- Ольховский Г. Г. Тепловые испытания стационарных газотурбинных установок. М.: Энергия, 1971. — 408 с.
- Оптимальное профилирование ступени газовой турбины с регулируемым сопловым аппаратом/ И. Д. Ларионов, A.M. Суслов, A.M. Сергеев, С.Н. Соловьев//Межвузовский сб-ник научн. трудов. -Свердловск. УПИ. — 1988.
- Основные результаты доводки, совершенствования и модернизации газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом типа ГТН-16/ Г. В. Проскуряков, Ю. П. Зырянов, Г. Н. Затковецкий и др.// Тр. ЦКТИ. 1990. — № 6 с. 15 — 23.
- Основы проектирования турбин авиадвигателей./ Под ред. С. З. Копелева. М.: Машиностроение, 1988. -328 с.
- Петунин A.M. Методы и техника измерений параметров газового потока (приемники давления и скоростного напора). М.: Машиностроение, 1972. — 332 с.
- Пешехонов Н.Ф. Приборы для измерения давления, температуры и направления потока в компрессорах. М.: Оборонгиз, 1962. — 185 с.
- Подберезин О.Л., Осипенко В. Н., Проскуряков Г. В. Новый газоперекачивающие агрегат мощностью 16 МВт// Энергомашиностроение. 1983. — № 2. с. 2 — 5.
- Поршаков Б.П., Халатин В. И. Газотурбинные установки на магистральных газопроводах. М.: Недра, 1974.
- Применение методов расчета течения идеального и вязкого газа к проектированию высокоэффективной ступени паровой турбины/Ф.П. Борисов, М. Я. Иванов, A.M. Карелин, В. Г. Крупа, C.B. Руденко/ Теплоэнергетика. -1996. № 5.
- Ревзин B.C. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. М.: Недра, 1986. — 215 с.
- Ревзин Б.С., Ларионов И. Д. Газотурбинные установки снагнетателями для транспорта газа. Справочное пособие. -М.: Недра. -1991. -303 с.
- Ревзин Б.С., Федорченко М. Ю., Новиков C.B. Об эффективности регулируемого соплового аппарата силовой турбины в приводных двухвальных ГТУ//Изв. Вузов. Энергетика. 1984. — № 8. — с. 95−98.
- Ржевников Ю.В., Индурский М. С. Оптимизация газодинамических параметров последней ступени паровой турбины//Теплоэнергетика. -1972. -№ 4. -с.79−81
- Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. 3-е изд., перераб. и доп. — JL: Химия, 1982. — 592 с.
- Рис В. Ф. Центробежные компрессорные машины. 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981. -351 с.
- Рис В. Ф. Центробежные компрессорные машины. М.: «Машиностроение», 1964. — 332 с.
- Рис В.Ф., Евдокимов В. Е., Амосов П. Е. Расчеты нагнетателей без учета реальности природного газа//Энергомашиностроение. -1984. -№ 6
- Самойлович Г. С. Трояновский Б.М. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах. -М.: Энергоиздат. -1982. -496 с.
- Селезнёв К.П., Галёркин Ю. Б. Центробежные компрессоры. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982, 271 с.
- Симою Л.Л., Гудков H.H. Индурский М. С., Лагун В. П., Гаев В. Д. Влияние саблевидности сопловых лопаток на работу последней ступени паровой турбины//Теплоэнергетика. 1998. — № 8.
- Системный анализ газотранспортных магистралей Западной Сибири/Е.И. Яковлев, В. А. Иванов, Г. В. Крылов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989 — 301 с.
- Старостин А.П., Комлык Ю. Ф., Парафейник В. П. Газоперекачивающие агрегаты типа ГПА-Ц-16 с авиационным приводом// Сер. Транспорт и хранение газа. Изд. ВНИИЭгазпром.1984. вып.8.
- Стационарные газотурбинные установки/JI.В. Арсеньев, В. Г. Тырышкин, И. А. Богов и др.- Под ред. JI.B. Арсеньева и В. Г. Тырышкина. JL: Машиностроение. — 1989. — 543 с.
- Столярский М.Т., Журавлева В. М. Центробежные колёса с различным углом входа и их применение в ступенях компрессоров и в нагнетателях.//Труды ЦКТИ, 1970. — вып.102.
- Столярский М.Т., Лысюк В. И. Исследование и отработка ступеней с осерадиальными рабочими колесами для стационарных центробежных компрессоров и нагнетателей//Труды ЦКТИ. -1990. -№ 261. -с.116−126.
- Тихонов А.Д., Ерголин М. Г., Орлов В. Н. Обобщение опыта эксплуатации КС с турбоагрегатами ГПА-Ц-16//Сер. Транспорт и хранение газа. Изд. ВНИИЭгазпром.
- Трояновский Б.М. Совершенствование проточных частей паровых турбин//Теплоэнергетика. 1996. — № 1.
- Тунаков А.П. Методы оптимизации при доводке и проектировании газотурбинных двигателей. — М.: Машиностроение, 1979. 184 с.
- Турбомашины и МГД генераторы газотурбинных и комбинированных установок//B.C. Бекнев, В. Е. Михальцев, А. Б. Шабарор, P.A. Янсон. — М.: Машиностроение, 1983. — 392 с.
- Уваров В.В. Газовые турбины и газотурбинные установки. М.: Высшая школа, 1970. — 320 с.
- Флюгель Густав. Паровые турбины. -М.: ГОНТИ НКТП СССР Ленингр. отд-ние. -1939. -255 с.
- Холщевников К.В., Емин О. Н., Митрохин В. Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. -М.: Машиностроение. -1986. -432 с.
- Хорлокк Дж. X. Осевые турбины (газовая динамика и термодинамика). -М.: Машиностроение, 1972. 208 с.
- Центробежные компрессорные машины и турбины для их привода. Отраслевой каталог. М.: изд. НИИЭинформэнергомаш, 1982.
- Шкарбуль С.Н., Жарковский А. А. Метод расчета пространственного пограничного слоя и КПД для вращающегося рабочего колеса: расчет на лопастях и в низкоэнергетической области.//Компрессорная техника и пневматика АСКОМП. С.Петербург. — 1994. — вып.З.
- Шнеэ Я.И. Газовые турбины. -М.: Машгиз. -I960. -560 с.
- Щуровский В.А., Барцев И. В. О частоте вращения газотурбинных установок для привода газовых компрессоров/ Техн. справка. ВНИИГАЗ. 1999.
- Щуровский В.А., Зайцев Ю. А. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. -М.: Недра. 1994.
- Эккерт Б. Осевые и центрообежные компрессоры. -М.:Машгиз. -1959. -680 с. 103. 2D optimization and investigation of centrifugal compressor stages /Galerkin Iouri В., Popova Elena I, // Zesz. nauk. Ciepl. Masz. Przepl, /Plodz, 1992, N102 c.75−106. -англ.
- A. Stodola. Dampf und gas turbinen. -Sechste Auflage. -Berlin. -1924. -1100 p.
- Development of aerodynamic design system for centrifugal compressors/ T. Tamura. Mitsubishi heavy industries. Technical paper of Mitsubishi centrifugal compressor. 1992.
- Development of high-performance, high speed, compact centrifugal compressor stage/ Jyo Masutani, Jun Koga, Yasuhiro Kawashima, Norihisa Wada// Mitsubishi heavy industries. Technical paper of Mitsubishi centrifugal compressor. 1992.
- Galerkin I.B. Mathematics modeling of centrifugal compressor stage at Compressor Department of St.Peterburg. Vortz. Tag."Thermstromungsmasch.: Turbokompressor. Ind. Einsatz, Hannover, 15 -16 Sept. 1992
- ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯр давление,-л число Пи, степень повышения давления тс = —-1. Рн
- Кп = 0Р75 — безразмерное число оборотов ротора или коэффициент Ч^тбыстроходности-т коэффициент стеснения контрольного сечения проточной части лопатками-а угол между направлением абсолютной скорости и переносной скорости,
- Р угол между направлением относительной скорости и переноснойскорости, 1. угол атаки, ъ число лопаток, коэффициент сжимаемости-
- Дллгср средняя аэродинамическая нагрузка на лопатку рабочего колеса-
- Г циркуляция вектора скорости на лопатках элемента проточной части-5 толщина лопатки, 6 угол наклона покрывающего диска,
- ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ РК рабочее колесо- ЛД — лопаточный диффузор- ОНА — обратно направляющий аппарат- ПЧ — проточная часть- ЦН ПГ — центробежный нагнетатель природного газа-