Целью работы является проектирование и расчет газотурбинной установки мощностью 18 МВт, в качестве основы взят прототип газотурбинного двигателя НК – 16 – 18СТ. Были выполнены расчеты тепловой схемы ГТУ, расчет компрессоров низкого и среднего давления, подробный газодинамический расчет турбины газогенератора и силовой турбины в характерных сечениях. Проведен расчет по среднему диаметру и расчет закрутки потока для рабочей лопатки ступени силовой турбины. На базе полученных вычислений выполнен чертеж продольного разреза проточной части ГТУ. Получены 3D–модели основных деталей силовой турбины: ротор, диск и рабочая лопатка. С их применением выполнены прочностные расчеты, проведен анализ напряженного и вибрационного состояния, выбраны материалы, удовлетворяющие условию надежности. Представлено описание конструкции газотурбинной установки и ее основных узлов: компрессора, турбины газогенератора и силовой турбины, камеры сгорания, опор, подшипников, уплотнений. Приведены способы защиты от помпажа ГТУ, рассмотрен способ повышения эффективности установки за счет впрыска воды в камеру сгорания и регенерации теплоты уходящих газов.

The aim of the work is the design and calculation of a gas turbine unit with a capacity of 18 MW, the prototype of the NK – 16 – 18ST gas turbine engine is taken as the basis. Calculations of the GTU thermal circuit, calculation of low-and medium-pressure compressors, detailed gas-dynamic calculation of the gas generator turbine and the power turbine in characteristic cross-sections were performed. The calculation of the average diameter and the calculation of the flow twist for the working blade of the power turbine stage is carried out. On the basis of the obtained calculations, a drawing of the longitudinal section of the flow part of the GTU is made. 3D models of the main parts of the power turbine are obtained: the rotor, the disk and the working blade. With their use, strength calculations were performed, the stress and vibration states were analyzed, and materials that meet the reliability condition were selected. The article describes the design of a gas turbine unit and its main components: a compressor, a gas generator turbine and a power turbine, a combustion chamber, supports, bearings, and seals. Methods of protection against GTU surge are given, a method of increasing the efficiency of the installation by injecting water into the combustion chamber and regenerating the heat of the exhaust gases is considered.

• Условные обозначения и сокращения
• Введение
• Тепловой цикл газотурбинной установки
  • Исходные данные для расчёта газотурбинной установки
  • Расчёт теплового цикла газотурбинной установки на ЭВМ
  • Обоснование выбора степени повышения давления в компрессоре *к и начальной температуры газа перед турбиной T3*
  • Расчёт параметров цикла
    • Компрессор низкого давления
    • Компрессор высокого давления
    • Расчёт камеры сгорания
    • Турбина высокого давления
    • Турбина низкого давления
    • Охлаждение лопаточного аппарата турбины высокого давления
    • Охлаждение лопаточного аппарата турбины низкого давления
  • Свободная силовая турбина
    • Расчёт параметров газотурбинной установки
• Осевой компрессор
  • Определение газодинамических характеристик и геометрических параметров компрессора низкого давления
    • Исходные данные для расчёта компрессора низкого давления
    • Расчёт компрессора низкого давления
  • Определение газодинамических характеристик и геометрических параметров компрессора высокого давления
    • Исходные данные для расчёта компрессора высокого давления
    • Расчёт компрессора высокого давления
  • Результаты расчёта компрессора
• Камера сгорания газотурбинного двигателя
  • Исходные данные для расчёта
  • Расчёт размеров камеры сгорания
  • Расчёт характеристик рабочего процесса
    • Характеристики запуска
    • Расчет индексов эмиссии загрязняющих атмосферу веществ
    • Расчёт параметров горения
• Осевая турбина
  • Расчет силовой турбины
    • Исходные данные для расчёты силовой турбины
    • Предварительный расчёт силовой турбины
    • Профилирование проточной части силовой турбины
    • Поступенчатый расчёт силовой турбины по среднему диаметру
  • Расчёт закрутки потока первой ступени силовой турбины
    • Определение величины относительного шага соплового аппарата и количества лопаток первой ступени силовой турбины
    • Определение величины относительного шага рабочего аппарата и количества лопаток первой ступени силовой турбины
    • Определение коэффициента полезного действия и мощности ступеней силовой турбины
    • Расчёт характеристик и геометрических параметров диффузора
• Прочностной расчет основных элементов силовой турбины ГТУ
  • Расчет на прочность рабочей лопатки силовой турбины
    • Расчет напряжений растяжения в профильной части рабочей лопатки под действие нагрузки от центробежной силы с помощью ANSYS
  • Изгибающие моменты и напряжения от газодинамической нагрузки
    • Напряжения в хвостовике рабочей лопатки
    • Выбор материала рабочей лопатки
    • Расчет собственных частот рабочей лопатки
  • Расчет на прочность диска силовой турбины
    • Расчет напряжений в диске от ЦБС
    • Выбор материала диска
  • Расчет ротора силовой турбины
• Конструкция газотурбинной установки
  • Назначение и описание установки
  • Компрессор
    • Описание КНД
    • Описание КВД
    • Описание камеры сгорания
  • Описание турбины газогенератора
  • Описание ТВД
  • Описание ТНД
  • Описание силовой турбины
  • Подшипники
  • Защита проточной части от паров масла
  • Лабиринтовые уплотнения
  • Помпаж
  • Основные моменты пуска
• Впрыск пароводяного рабочего тела в камеру сгорания и регенерация теплоты уходящих газов
  • Схемы установок с впрыском пароводяного рабочего тела и регенерацией теплоты уходящих газов
  • Особенности расчета тепловой схемы ПГУ
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложение А. Продольный разрез газотурбинной установки мощностью 16 МВт
• Приложение Б. Исходный код модуля расчёта, оптимизации и синтеха параметров газовых осевых турбин