Прототипом для рассматриваемой в данной работе ГТУ является ГТУ-10П, выполненной на базе авиационного двигателя ПС-90. Целью работы является исследование, расчет и проектирование газотурбинной установки мощностью 10,3 МВт. Задачи, которые решались в ходе исследования: ­ Расчет тепловой схемы газотурбинной установки, по результатам которой выбирается оптимальная степень повышения давления в компрессоре и температура на выходе из турбины. ­ Приближенный расчет осевого компрессора (К), где определяется количество ступеней и геометрические характеристики, использованные в проектировании компрессорной части газотурбинной установки. ­ Расчет трубчато-кольцевой камеры сгорания (КС), определение ее геометрических характеристик, необходимых при проектировании камеры сгорания газотурбинной установки. ­ Газодинамический расчет турбины компрессора (ТК) и силовой турбины (СТ), включающий в себя определение геометрических характеристик проточной части турбины. ­ Расчет закрутки потока в последней ступени силовой турбины, а также построение треугольников скоростей для 3Д моделирования рабочей лопатки. На основании вышеупомянутых фактов создается чертеж продольного разреза газотурбинной установки. Производится расчет на прочность роторных элементов силовой турбины при помощи программных пакетов ANSYS Workbench 2019R3, SolidWorks 2018, PTC Mathcad Prime 5.0.0.0 с последующим выбором материала для проверки вибронадежности. По результатам расчетов строятся соответствующие диаграммы.

The prototype for the GTU considered in this work is GTU-10P, made on the basis of the PS-90 aircraft engine. The aim of the work is the research, calculation and design of a gas turbine unit with a capacity of 10,3 MW. Tasks that were solved during the study:  ¬Calculation of a thermal arrangement, which data is used in choice of the optimal degree of increasing of a pressure in the compressor and the initial temperature of the gas before the turbine;  Approximate estimation of axial compressors, where the number of stages and the geometric characteristics, used in the engineering of the compressor part of the gas turbine installation, are determined.  ¬Calculation of combustion chamber provided with determination of its geometrical parameters required in the engineering a combustion chamber of a gas turbine plant.  Gas-dynamic calculation of turbines of low and high pressure and a powerplant to obtain the geometrical parameters of a flow part of the turbine;  Calculation of the flow twist in the last stage of powerplant and building of velocity triangles for 3D modelling of a working paddle; Based on the above-mentioned facts the drawing of longitudinal section of a gas turbine power plant is created. The calculation of strength of a rotor elements of a powerplant is made using such software products as ANSYS Workbench 2019R3, SolidWorks 2018, PTC Mathcad Prime 5.0.0.0 with subsequent selection of material to check the vibration reliability. The results of calculations are used in building of relevant diagrams.

• Высшая школа энергетического машиностроения
  • Утверждаю
    • Директор ВШЭМ ___________________ П.Н.Броднев
  • (подпись)
    • ЗАДАНИЕ
      • Руководитель к.т.н., доцент В.В. Барсков
        • Задание принял к исполнению М.М. Проценко
• Введение.
• Общие сведения.
• 1. Термо- и газодинамический расчет.
• 1.1. Тепловая схема ГТУ.
• 1.2. Результаты вариантного расчета ГТУ на ЭВМ.
  • 1.3. Выбор степени повышения давления в компрессоре ,П-к-∗. и начальной температуры газа перед турбиной ,𝑻-𝟑-∗.
• 2. Приближенный расчет компрессора
• Расчет осевого компрессора
• 3.
• 3. Геометрический расчёт камеры сгорания
• Исходные данные
• 3.1 Расчёт размеров прямоточной кольцевой камеры сгорания
  • 3.2 Расчет характеристик рабочего процесса камеры сгорания
  • 3.3 Проектирование завихрителя фронтового устройства пламенной трубы
• 4.
• 4. Газодинамический расчет турбины
  • 4.1 Предварительный расчет турбины компрессора
  • 4.2 Предварительный расчет силовой турбины
• 4.3 Профилирование меридианных обводов проточной части
• 4.4 Профилирование меридианных обводов проточной части
• 4.5 Определение газодинамических и геометрических параметров в пяти сечениях по радиусу
• 4.6 Определение КПД и мощности турбины
• 4.7
• 4.7 Приближённый расчёт диффузора
• 5. Прочностной расчёт
• 5.1 Расчет на прочность рабочей лопатки силовой турбины
  • 5.1.1 Построение профильной части рабочей лопатки
  • 5.1.2 Вычисление площадей профиля в пяти сечениях
  • 5.1.3 Вычисление моментов инерции профилей относительно главных центральных осей
  • 5.1.4 Расчет напряжений растяжения в профильной части рабочей лопатки под действием нагрузки от центробежной силы
    • 5.1.4.1 Расчёт в Mathcad
    • 5.1.4.2 Расчет в Ansys
  • 5.1.5 Изгибающие моменты и напряжения изгиба от газодинамической нагрузки
  • 5.1.6 Расчет на прочность замкового соединения
  • 5.1.7 Расчет собственных частот рабочей лопатки и построение вибрационной диаграммы
• 5.2 Расчет на прочность диска последней ступени турбины
  • 5.2.1 Расчет на прочность диска
  • 5.2.2 Определение собственных частот и форм колебаний диска
  • 5.3 Расчет ротора силовой турбины
• 6. Конструкция газотурбинной установки
• 6.1 Компрессор
• 6.2 Камера сгорания
• 6.3 Турбина
• 6.3.1
• 6.3.1 Турбина компрессора
• 5.2.1
• 6.3.1.1 Подшипники турбины компрессора
• 6.3.2 Силовая турбина
• 6.3.3
• 6.3.2.1 Подшипники силовой турбины
• 6.4 Основные моменты пуска
• 6.5 Пусковое устройство
• 6.6 Передача моментов
• 6.7 Тепловые расширения
• 7. Разработка 3D моделей основных роторных элементов силовой турбины.
• Заключение.
• Список используемой литературы
• Приложение 1.