В рамках данной работы целью являлось проектирование турбины на низкокипящем рабочем теле для геотермальной электростанции. Проведено обзорное исследование геотермальной энергетики в мире и России, проанализирован энергетический потенциал геотермальных ресурсов отечественных регионов. Была проведена выборка используемых в промышленности низкокипящих органических тел по параметрам безопасности, эффективности, экономичности и др. В результате расчета тепловой схемы и газодинамического расчета была спроектирована геометрия турбины, смоделирована рабочая лопатка. Расчеты на прочность позволили убедиться в надежности работы установки с учетом эксплуатационных особенностей, таких как использование низкокипящего рабочего тела. В специальной части работы представлен анализ химического состава гидротермальных вод в мире, оценена возможность попутной промышленной добычи полезных ресурсов гидротермальных вод с учетом географии геотермальных источников и существующих методов промышленной добычи. В  работе применялись программные пакеты Mathcad 15, Refprop NIST, Ansys Workbench 19.2,  SolidWorks 2017. Для газодинамических и прочностных расчетов применялись учебные пособия Лапшина К. Л., Щегляева А. В., Костюка А. Г.. В результате проведены все расчеты, подобрано оптимальное рабочее тело, получена мощность турбины, построена геометрия турбины и спроектирована рабочая лопатка последней ступени. Основные элементы турбины были проверены на вибропрочность.

As part of this work, the goal was to design a turbine on a low-boiling working fluid for a geothermal power plant. An overview study of geothermal energy in the world and Russia was conducted, the energy potential of geothermal resources of domestic regions was analyzed. The sampling of low-boiling organic bodies used in industry was carried out according to the parameters of safety, efficiency, economy, etc. As a result of the calculation of the thermal circuit and gas dynamic calculation, the geometry of the turbine was designed, the working blade was modeled. Strength calculations made it possible to check the reliability of the installation taking into account operational features, such as the use of low-boiling working fluid. In a special part of the work, an analysis of the chemical composition of hydrothermal waters in the world is presented, the possibility of associated industrial extraction of hydrothermal water resources is evaluated, taking into account the geography of geothermal sources and existing methods of industrial extraction.Software packages Mathcad 15, Refprop NIST, Ansys Workbench 19.2, SolidWorks 2017 were used in the work. Textbooks of Lapshin K. L., Shcheglyaeva A. V., Kostyuk A. G. were used for gas-dynamic and strength calculations. As a result, all calculations were carried out, the optimal working fluid was selected, the turbine power was obtained, the turbine geometry was constructed and the working blade of the last stage was designed. The main elements of the turbine were tested for vibration resistance.

• Высшая школа энергетического машиностроения
  • «Утверждаю»
    • И.О. Директора ВШЭМ ________________ А. С. Алешина
  • (подпись)
    • ЗАДАНИЕ
      • Научный руководитель________________________________ Доцент к.т.н ВШЭМ Забелин Н.А.
        • Задание принял к исполнению______________________________ Ри М.А.
          • Руководитель направления
          • «Турбины и авиационные двигатели» ________________В.А. Рассохин
  • (подпись) (1)
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИЯ О ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ В МИРЕ И РОССИИ
  • 1.1 Определение геотермальной энергетики, использование геотермальных ресурсов
  • 1.2 Ключевые преимущества и недостатки геотермальной энергии
  • 1.3 Виды геотермальной энергетики
  • 1.4 Состояние геотермальной энергетики в России
  • 1.5 Геотермический потенциал Камчатского края
  • 1.6 Выводы по главе 1
• ГЛАВА 2. ОБЗОР И АНАЛИЗ НИЗКОКИПЯЩИХ РАБОЧИХ ТЕЛ. ВЫБОР РАБОЧЕГО ТЕЛА ДЛЯ ИСХОДНОГО РАСЧЕТА
  • 2.1 Общие сведения об использовании органических тел в цикле Ренкина
  • 2.2 Параметры при выборе рабочего тела
  • 2.3 Общий анализ выбора рабочей жидкости для различных источников тепла
  • 2.4 Выбор рабочего тела
• ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ, ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
  • 3.1 Расчет тепловой схемы
  • 3.2 Предварительный газодинамический расчет
    • 3.2.1 Газодинамический расчет при частоте вращения равной 6000 об\мин
      • 3.2.1.1 Предварительный газодинамический расчет
      • 3.2.1.2 Расчет турбины по среднему диаметру
      • 3.2.1.3 Определение КПД и мощности ступеней турбины
      • 3.2.1.4 Расчет закрутки потока
    • 3.2.2 Газодинамический расчет при частоте вращения равной 3000 об\мин
      • 3.2.2.1 Предварительный газодинамический расчет
      • 3.2.2.4 Расчет закрутки потока
    • 3.2.3 Анализ результатов расчетов
• ГЛАВА 4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
  • 4.1 Расчет прочности рабочих лопаток
  • 4.2 Аэродинамический расчет на изгибные напряжения
  • 4.3 Выбор материала рабочей лопатки
  • 4.4 Расчет замкового соединения
  • 4.5 Расчет пера лопатки на собственные частоты, построение вибрационной диаграммы
  • 4.6 Расчет рабочего колеса на прочность
• ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ВОД, ДОБЫЧА ГИДРОТЕРМАЛЬНГО СЫРЬЯ НА ГЕОТЕРАМАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
  • 5.1 Обоснованность добычи гидротермального сырья, примеры из мировой практики
  • 5.2 Польза разгрузки геотермальных вод
  • 5.3 Общая информация о кремнеземе , его использование в промышленности
  • 5.4 Метод извлечения кремнезема из геотермальных вод
  • 5.5 Преимущества добычи ресурсов из геотермальных источников
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б