6 / 17
В.А. Седунин, А.С. Шемякинский
110
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 5
ских примесей и влаги. Механические примеси могут стать причиной эрозии по-
верхностей лопаточного аппарата, что при длительном использовании установки
приведет к снижению КПД и производительности. Удаление влаги необходимо
для того, чтобы не допускать коррозионного разрушения металлических узлов и
деталей ДГА.
Процесс расширения сопровождается снижением температуры, поэтому газ
должен быть подогрет для предотвращения выпадения из него газогидратов в
облопачивание турбины, что снижает ее надежность. Для выбора оптимальной
начальной температуры газа выполнен тепловой расчет, в результате которого
выявлена оптимальная начальная температура газа, равная
T
1
= 340 K. Темпера-
тура на выходе
Т
2
= 280 K, или 7
С. Поскольку генератор необходимо охлаждать,
газ после турбодетандера будет отбираться на охлаждение и омывать наружный
корпус генератора, в результате чего нагреваться. Следующая задача — обеспече-
ние температуры газа на выходе из ДГА не менее 20
С. Начальная температура
газа на входе в проектируемый ДГА может меняться.
Расчет проточной части ДГА
проводится в целях определения площадей
проходных сечений лопаточных венцов всех ступеней, геометрических характе-
ристик сопловых и рабочих лопаток, КПД и мощности. Расчет выполняется в
три этапа.
1. Предварительный расчет ДГА.
2. Расчет по среднему диаметру.
3. Профилирование рабочей и сопловой лопатки.
Расчет микротурбин выполняется лишь по среднему диаметру из-за невоз-
можности технологически произвести лопатку малой высоты с переменным по
высоте профилем. Поэтому необходимо понимать, что параметры, полученные
в результате испытаний, должны и будут отличаться от расчетных.
Для упрощения расчета в качестве рабочего тела принимаем чистый метан.
Для метана справедливо следующее уравнение состояния:
,
p zRT
где
р
— давление газа;
— плотность газа;
z
—
коэффициент сжимаемости (пе-
ременная величина, зависящая от давления и температуры);
R
— газовая посто-
янная (характеризует работу 1 кг газа при нагреве на 1
С);
Т
— температура газа.
Исходные данные для расчета.
Полное давление газа перед ДГА:
р
0
=
р
вх
= 50 кг/см
2
= 4,9 МПа.
Полная температура газа перед ДГА:
Т
0
= 340 K.
Частота вращения:
n
= 40
000 об/мин.
Степень расширения:
Т
= 3,33.
Расход газа через ДГА:
G
тд
= 3,3 кг/с.
Было также принято несколько требований при расчете проточной части:
высота лопатки (исходя из соображений технологичности) не менее 5 мм; сред-
ний диаметр проточной части
D
cp
= 0,146 м; обеспечение расхода, необходимого