Определение напряженно-деформированного состояния крыльчатки осевого компрессора
|
Введение……………………………………………………………………...……17
1. Обзор литературы………………………………………………………………19
1.1 Обзор современного состояния исследований напряженнодеформированного состояния лопастей машин…………………………..…….19
2. Объект и методы исследования…………………………………………….…22
2.1 Газотурбинные установки…………………………………………………23
2.2 Осевые компрессоры………………………………………………………25
2.3 Основные параметры решеток профилей лопаток………………...……..28
2.4 Срывные и неустойчивые режимы работы ступени………………..……30
2.5 Изменение параметров потока по радиусу лопаточного венца…...…….32
2.6 Аэродинамические силы в лопатке осевого компрессора…………...…..35
2.7 Методы исследования…………………………………………….………..39
2.8 Используемые пакеты прикладных программ……………………..……..41
3. Расчеты и аналитика………………………………………………………..…..43
3.1 Разработка модели…………………………………………………….……43
3.2 Выполнение прочностных расчетов……………………………………....46
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.…51
4.1 SWOT-анализ………………………………………………………………..51
4.2 Планирование научно-исследовательских работ…………………………52
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования………………….52
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ…………………..….54
4.2.3 Разработка графика проведения научного исследования……..…….55
4.2.4 Бюджет научно-технического исследования……………………..….58
4.2.5 Основная заработная плата исполнителей темы……………………..58
4.2.6 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления)…….60
4.2.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского
проекта……………………………………………………………………….……..61
5. Социальная ответственность…………………………………………….……..635.1 Описание рабочего места на предмет возникновения опасных и вредных
факторов, вредного воздействия на окружающую среду…………..…………..63
5.2 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной
среды…………………………………………………………………………..……65
5.3 Анализ выявленных опасных факторов проектируемой производственной
среды………………………………………………………………………………..66
5.4 Охрана окружающей среды……………………………….………………..67
5.4.1 Защита селитебной зоны………………………………………….……67
5.4.2 Воздействие на атмосферу……………………………..………………67
5.4.3 Воздействие на гидросферу……………………………………………68
5.4.4 Воздействие на литосферу……………………………………..………68
5.4.5 Решения по обеспечению экологической безопасности….………….68
5.5 Защита в чрезвычайных ситуациях………………………………...………69
5.5.1 Перечень возможных ЧС на объекте……………………….…………69
5.5.2 Описание превентивных мер по предупреждению ЧС……...……….69
5.5.3 Описание мер по повышению устойчивости объекта к данной
ЧС………………………………………………………………………………..….70
5.6 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности……..70
Заключение……………………………………………………………………...….73
Список использованных источников…………………………………………..…74
Приложение А…………………………………………………………………...…76
Приложение Б…………………………………………………………………..…..77
Приложение В………………………………………………………………..……..79
Приложение Г………………………………………………………………..……..82
1. Обзор литературы………………………………………………………………19
1.1 Обзор современного состояния исследований напряженнодеформированного состояния лопастей машин…………………………..…….19
2. Объект и методы исследования…………………………………………….…22
2.1 Газотурбинные установки…………………………………………………23
2.2 Осевые компрессоры………………………………………………………25
2.3 Основные параметры решеток профилей лопаток………………...……..28
2.4 Срывные и неустойчивые режимы работы ступени………………..……30
2.5 Изменение параметров потока по радиусу лопаточного венца…...…….32
2.6 Аэродинамические силы в лопатке осевого компрессора…………...…..35
2.7 Методы исследования…………………………………………….………..39
2.8 Используемые пакеты прикладных программ……………………..……..41
3. Расчеты и аналитика………………………………………………………..…..43
3.1 Разработка модели…………………………………………………….……43
3.2 Выполнение прочностных расчетов……………………………………....46
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.…51
4.1 SWOT-анализ………………………………………………………………..51
4.2 Планирование научно-исследовательских работ…………………………52
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования………………….52
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ…………………..….54
4.2.3 Разработка графика проведения научного исследования……..…….55
4.2.4 Бюджет научно-технического исследования……………………..….58
4.2.5 Основная заработная плата исполнителей темы……………………..58
4.2.6 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления)…….60
4.2.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского
проекта……………………………………………………………………….……..61
5. Социальная ответственность…………………………………………….……..635.1 Описание рабочего места на предмет возникновения опасных и вредных
факторов, вредного воздействия на окружающую среду…………..…………..63
5.2 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной
среды…………………………………………………………………………..……65
5.3 Анализ выявленных опасных факторов проектируемой производственной
среды………………………………………………………………………………..66
5.4 Охрана окружающей среды……………………………….………………..67
5.4.1 Защита селитебной зоны………………………………………….……67
5.4.2 Воздействие на атмосферу……………………………..………………67
5.4.3 Воздействие на гидросферу……………………………………………68
5.4.4 Воздействие на литосферу……………………………………..………68
5.4.5 Решения по обеспечению экологической безопасности….………….68
5.5 Защита в чрезвычайных ситуациях………………………………...………69
5.5.1 Перечень возможных ЧС на объекте……………………….…………69
5.5.2 Описание превентивных мер по предупреждению ЧС……...……….69
5.5.3 Описание мер по повышению устойчивости объекта к данной
ЧС………………………………………………………………………………..….70
5.6 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности……..70
Заключение……………………………………………………………………...….73
Список использованных источников…………………………………………..…74
Приложение А…………………………………………………………………...…76
Приложение Б…………………………………………………………………..…..77
Приложение В………………………………………………………………..……..79
Приложение Г………………………………………………………………..……..82
Объектом исследования является лопатка крыльчатки осевого
компрессора газотурбинной установки.
Цель работы – исследование влияния аэродинамических сил на
напряженно-деформированное состояние лопатки крыльчатки осевого
компрессора газотурбинной установки.
Задачи:
- разработка модели лопатки крыльчатки осевого компрессора;
- создание модели напряженно-деформированного состояния лопасти
крыльчатки под действием аэродинамических сил.
В данной выпускной квалификационной работе рассмотрены общее
строение и принцип работы газотурбинной установки, осевого компрессора.
Рассмотрен процесс появления аэродинамической силы в решетке профилей
лопаток. В программном комплексе SolidWorks построена модель крыльчатки,
проведено моделирование влияния потока воздуха на нее и определено
напряженно-деформированное состояние.
Пояснительная записка выпускной квалификационной работы выполнена
в текстовом редакторе Microsoft Word 2016. Создание модели лопатки и
моделирование ее напряженно-деформированного состояния осуществлено в
программе SolidWorks. Графический материал выполнен в программе KOMPAC-
3D.
Введение
Россия является мировым лидером по запасам природного газа (доля в
мировых запасах составляет 24,6% по оценке на 2014 год) и занимает одно из
ведущих мест на рынке энергоресурсов в сфере поставок данного углеводорода.
На российский природный газ приходится 30% от суммарного импорта газа в
страны Западной Европы по оценке на 2013 год. За все время развития газовой
отрасли в нашей стране образовалась единая газотранспортная сеть, играющая
ключевую роль в бесперебойном газоснабжении и газораспределении как на
территории Российской Федерации, так и в странах Европы при экспорте газа.
Однако транспортировка природного газа в необходимых объемах невозможна
лишь под действием естественного пластового давления, поэтому наряду с
развитием трубопроводного транспорта происходит строительство
компрессорных станций.
На сегодняшний день общая протяженность газотранспортной сети
России составляет 170,7 тыс. км. При транспортировке природного газа
используются 250 компрессорных станций с суммарной мощностью
газоперекачивающих агрегатов 46,1 млн кВт.
В составе парка газоперекачивающих агрегатов около 86% из них в
качестве привода оборудованы газотурбинными установками. Около 90% всех
таких машин морально и физически устарели, так как являются
конвертированными авиационными и судовыми двигателями 90-х годов, летный
срок которых еще не был отработан. По истечению двух десятилетий
дальнейшее использование таких газотурбинных установок приводит к
значительному росту эксплуатационных затрат в связи с необходимостью
поддержания их жизненного цикла за пределами расчетного ресурса работы.
Эксплуатация таких агрегатов приводит к перерасходу газа на собственные
нужды.
Сложившаяся ситуация требует создания и внедрения новых, надежных,
более совершенных газотурбинных установок для использования их в качестве
привода газоперекачивающего агрегата. При проектировании таких двигателей18
огромное внимание уделяется их экономичности, мощности, необходимой для
работы газоперекачивающего агрегата в заданной режиме. Особо важными
являются прочностные характеристики всех элементов установки для
обеспечения их достаточной прочности с целью недопущения аварийных
ситуаций, которые чрезвычайно опасны на предприятии газовой отрасли.
Как известно, для работы газотурбинной установки при базовой нагрузке
требуется 2% топлива и 98% сжатого воздуха. Засасывание и компримирование
воздуха происходит благодаря работе осевого компрессора, работоспособность
которого во многом зависит от прочности лопаток его ступеней. Немаловажным
аспектом проектирования осевого компрессора является учет всех факторов,
влияющих непосредственно на прочность лопастей, отрыв которых во время
работы агрегата может привести к полному разрушению всей установки.
Основными нагрузками, действующими на лопатки, являются
аэродинамические силы газа и центробежные силы, возникающие при работе
установки.
Целью данной работы является имитационное моделирование влияния
аэродинамических сил на напряженно-деформированное состояние лопасти
крыльчатки осевого компрессора газотурбинной установки.
компрессора газотурбинной установки.
Цель работы – исследование влияния аэродинамических сил на
напряженно-деформированное состояние лопатки крыльчатки осевого
компрессора газотурбинной установки.
Задачи:
- разработка модели лопатки крыльчатки осевого компрессора;
- создание модели напряженно-деформированного состояния лопасти
крыльчатки под действием аэродинамических сил.
В данной выпускной квалификационной работе рассмотрены общее
строение и принцип работы газотурбинной установки, осевого компрессора.
Рассмотрен процесс появления аэродинамической силы в решетке профилей
лопаток. В программном комплексе SolidWorks построена модель крыльчатки,
проведено моделирование влияния потока воздуха на нее и определено
напряженно-деформированное состояние.
Пояснительная записка выпускной квалификационной работы выполнена
в текстовом редакторе Microsoft Word 2016. Создание модели лопатки и
моделирование ее напряженно-деформированного состояния осуществлено в
программе SolidWorks. Графический материал выполнен в программе KOMPAC-
3D.
Введение
Россия является мировым лидером по запасам природного газа (доля в
мировых запасах составляет 24,6% по оценке на 2014 год) и занимает одно из
ведущих мест на рынке энергоресурсов в сфере поставок данного углеводорода.
На российский природный газ приходится 30% от суммарного импорта газа в
страны Западной Европы по оценке на 2013 год. За все время развития газовой
отрасли в нашей стране образовалась единая газотранспортная сеть, играющая
ключевую роль в бесперебойном газоснабжении и газораспределении как на
территории Российской Федерации, так и в странах Европы при экспорте газа.
Однако транспортировка природного газа в необходимых объемах невозможна
лишь под действием естественного пластового давления, поэтому наряду с
развитием трубопроводного транспорта происходит строительство
компрессорных станций.
На сегодняшний день общая протяженность газотранспортной сети
России составляет 170,7 тыс. км. При транспортировке природного газа
используются 250 компрессорных станций с суммарной мощностью
газоперекачивающих агрегатов 46,1 млн кВт.
В составе парка газоперекачивающих агрегатов около 86% из них в
качестве привода оборудованы газотурбинными установками. Около 90% всех
таких машин морально и физически устарели, так как являются
конвертированными авиационными и судовыми двигателями 90-х годов, летный
срок которых еще не был отработан. По истечению двух десятилетий
дальнейшее использование таких газотурбинных установок приводит к
значительному росту эксплуатационных затрат в связи с необходимостью
поддержания их жизненного цикла за пределами расчетного ресурса работы.
Эксплуатация таких агрегатов приводит к перерасходу газа на собственные
нужды.
Сложившаяся ситуация требует создания и внедрения новых, надежных,
более совершенных газотурбинных установок для использования их в качестве
привода газоперекачивающего агрегата. При проектировании таких двигателей18
огромное внимание уделяется их экономичности, мощности, необходимой для
работы газоперекачивающего агрегата в заданной режиме. Особо важными
являются прочностные характеристики всех элементов установки для
обеспечения их достаточной прочности с целью недопущения аварийных
ситуаций, которые чрезвычайно опасны на предприятии газовой отрасли.
Как известно, для работы газотурбинной установки при базовой нагрузке
требуется 2% топлива и 98% сжатого воздуха. Засасывание и компримирование
воздуха происходит благодаря работе осевого компрессора, работоспособность
которого во многом зависит от прочности лопаток его ступеней. Немаловажным
аспектом проектирования осевого компрессора является учет всех факторов,
влияющих непосредственно на прочность лопастей, отрыв которых во время
работы агрегата может привести к полному разрушению всей установки.
Основными нагрузками, действующими на лопатки, являются
аэродинамические силы газа и центробежные силы, возникающие при работе
установки.
Целью данной работы является имитационное моделирование влияния
аэродинамических сил на напряженно-деформированное состояние лопасти
крыльчатки осевого компрессора газотурбинной установки.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были
проанализированы строение и принцип работы газотурбинной установки,
рассмотрена ступень компрессора, геометрические характеристики решеток
профилей. Разобрана сущность образования аэродинамической силы во время
работы рабочего колеса ступени осевого компрессора.
В практической части построена 3D модель крыльчатки компрессора и
проведен анализ влияния аэродинамических сил на ее напряженнодеформированное состояние с помощью пакета прикладных программ
SolidWorks. На основе анализа результатов моделирований построены
зависимости максимальных напряжений и максимальных деформаций
крыльчатки от частоты вращения вала осевого компрессора (от расхода воздуха).
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» был проведен SWOT-анализ проекта с определением его
сильных и слабых сторон, а также с определением угроз и возможностей при его
осуществлении. Для научно-исследовательского проекта был определен бюджет
затрат, который составил 96338 рублей.
В разделе «Социальная ответственность» проведен анализ возможных
вредных факторов (например, повышенный уровень шума, повышенный уровень
вибрации). В качестве опасных факторов выявлены повышенная температура
маслосистемы, пожароопасность, наличие быстровращающихся механизмов.
Чрезвычайная ситуация определена в виде обрыва лопатки рабочего колеса
осевого компрессора.
проанализированы строение и принцип работы газотурбинной установки,
рассмотрена ступень компрессора, геометрические характеристики решеток
профилей. Разобрана сущность образования аэродинамической силы во время
работы рабочего колеса ступени осевого компрессора.
В практической части построена 3D модель крыльчатки компрессора и
проведен анализ влияния аэродинамических сил на ее напряженнодеформированное состояние с помощью пакета прикладных программ
SolidWorks. На основе анализа результатов моделирований построены
зависимости максимальных напряжений и максимальных деформаций
крыльчатки от частоты вращения вала осевого компрессора (от расхода воздуха).
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» был проведен SWOT-анализ проекта с определением его
сильных и слабых сторон, а также с определением угроз и возможностей при его
осуществлении. Для научно-исследовательского проекта был определен бюджет
затрат, который составил 96338 рублей.
В разделе «Социальная ответственность» проведен анализ возможных
вредных факторов (например, повышенный уровень шума, повышенный уровень
вибрации). В качестве опасных факторов выявлены повышенная температура
маслосистемы, пожароопасность, наличие быстровращающихся механизмов.
Чрезвычайная ситуация определена в виде обрыва лопатки рабочего колеса
осевого компрессора.