Струйно-реактивный турбодетандер
Кафедра машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности
Выпускная квалификационная работа
Тема: «Струйно-реактивный турбодетандер»
Москва 2015
Выпускная квалификационная работа (ВКР) посвящена решению задач по созданию энергетически эффективного отечественного оборудования и экологически чистых технологий при транспортировке природного газа. В ВКР рассматривается актуальность применения струйно-реактивной турбины и турбодетандора на её основе. Задачей работы является разработка технических предложений по конструкциям турбодетандеров на основе струйно-реактивных турбин.
Проведены численные эксперименты, в ходе которых определены: рациональная область применения агрегата, его основные геометрические параметры, характеристики потока газа во всех основных элементах конструкции и мощностные показатели машины. На основе результатов расчетов разработана конструкторская документация в составе: принципиальная схема, чертеж общего вида, сборочный чертеж, рабочие чертежи. С помощью разработанной документации подготовлены трехмерные модели агрегата, проведен прочностной анализ основных элементов конструкции во SolidWorks Simulation и смоделированы физические процессы истечения газа с помощью SolidWorks FlowSimulation, построены графики распределения основных параметров газа по всей длине дросселирующего канала турбодетандера.
В части безопасности и экологичности проекта выявлены вероятные чрезвычайные ситуации при эксплуатации турбодетандера на ГРС и намечены мероприятия по их предотвращению. Произведен расчет искусственного освещения операторной. В качестве экономического расчета произведена оценка экономической эффективности от внедрения струйно-реактивного турбодетандера на ГРС в качестве теплогенератора.
Результаты конструкторских и исследовательских работ позволяют сделать вывод о перспективности применения струйно-реактивных турбин для решения актуальных проблем энергосбережения.
Пояснительная записка содержит 147 страниц, 52 рисунка, 30 таблиц и 82 использованных источника и литературы.
Исходные данные: Конструкция струйно-реактивной турбины выполнена с использованием технических решений, нацеленных на эффективное использование энергии сжатого газа. Мощность турбины – 100 кВт. Частота вращения ротора турбины – 14590 об/мин. Давление газа на входе в турбину – 5,5 МПа. Давление газа на выходе турбины – 0,6 МПа.
Турбодетандеры — лопаточные машины непрерывногодействия, в которых поток проходит через неподвижныенаправляющие каналы (сопла), преобразующие часть потенциальной энергии газа в кинетическую, и системувращающихся лопаточных каналов ротора, где энергияпотока преобразуется в механическую работу, в результате чего происходит охлаждение газа. Они делятся понаправлению движения потока на центростремительные,центробежные и осевые; по степени расширения газа всоплах—на активные и реактивные; по числу ступенейрасширения—на одно- и многоступенчатые. Торможение турбодетандеров может осуществляться электрогенератором, гидротормозом, нагнетателем, насосом[6].Однако следует отметить, что при этом часть этой энергии должна быть затрачена на подогрев газа. Газ должен быть подогрет для предотвращения выпадения из него газогидратов в лопастных каналах турбины, приводящего к снижению ее надежности.
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР НАУЧНО ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Основные сведения о турбодетандерах
1.2 Струйно-реактивный турбодетандер
1.3 Теория истечения газов
1.4 Патентный поиск
1.5 Выводы к главе 1
ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАЗРАБАТАННОЙ МОДЕЛИ АГРЕГАТА
2.1 Описание конструкции и принцип действия разработанного агрегата
2.2 Особенности и конструктивное исполнение деталей конструкции
2.3 Технологическая схема сборки и разборки агрегата
2.4 Выводы к главе 2
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ ОСНОВНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕТАНДЕРА
3.1 Разработка математической модели и расчет параметров турбодетандера
3.2 Расчет 3D элементов конструкции в среде SolidWorks Flow Simulation
3.3 Расчет посадки струйно-реактивной турбины на вал в среде Mathcad
3.4 Расчет шпоночного соединения турбины на прочность
3.5 Статический расчет струйно-реактивной турбины на прочность
3.6 Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЕКТА
ВЫВОДЫ
ИСТОЧНИКИ ИФОРМАЦИИ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЬЮТЕРНОГО 3D МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. КОНСТРУКТОРСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
Состав: 3D-сборка и детали (SolidWorks 2016 SP4), Турбодетандер (ВО+СБ), Корпус (СБ), Турбина (СБ), Узел питающего сопла (СБ), Втулка питающего диффузора (СБ), Вход детандера (СБ), Узел регулирующей иглы (СБ), Корпус регулирующей иглы (СБ), Спецификации (СП), Деталировки, Расчет искусственного освещение, Расчет экономической эффективности
Софт: AutoCAD 2016
Сайт: www