Расчет принципиальных тепловых схем газотурбинных двигателей, страница 2

С помощью применения тепловой схемы ГТУ сложного цикла с промежуточным охлаждением воздуха между КНД и КВД и регенерацией теплоты уходящих газов есть возможность добиться снижения расхода рабочего тела ( с 295 до 258 кг/с), и значит уменьшения габаритов установки. При этом полезная работа увеличивается. Также полезный кпд установки значительно повышается ( с 41 до 44 % - по предварительному расчету). Температура на выходе из турбины имеет приемлемое значение – при степени повышения давления в компрессоре 14 и температуре после КС 1495 К, она равняется 851 К, или 578 ^оС, что допускает применение не жаропрочных материалов в конструкции регенератора и последних ступеней турбины и экономически выгодно.

Далее, рассмотрено дальнейшее усложнение цикла для получения более эффективных параметров. Расчет ГТУ сложного цикла с промежуточным охлаждением, промежуточным подогревом рабочего тела перед СТ и регенерацией приведен в табл. 1.4. При применении промежуточного подогрева, для обеспечения температуры на выходе порядка 550 – 600 ^оС следует снизить температуру цикла на 330 К – до 1165 К.

Таблица 1.4 - Расчет тепловой схемы ГТУ сложного цикла с промежуточным охлаждением воздуха между КНД и КВД, промежуточным подогревом рабочего тела перед СТ и регенерацией теплоты уходящих газов

Обозначения	Варианты
πк	12,0	15,0	18,0	21,0	24,0	27,0
πквд	100,3	100,3	100,3	100,3	100,3	100,3
πкнд	3,81	4,26	4,67	5,04	5,39	5,72
Рвх.к	3,15	3,52	3,86	4,17	4,45	4,72
Lкнд	128,2	143,1	155,6	166,4	176,0	184,5
Ткнд	414,9	429,6	442,0	452,7	462,2	470,7
Lквд	185,9	204,9	220,8	234,7	246,9	257,8
Тквд	532,1	550,9	566,7	580,3	592,4	603,3
Lтвд	196,7	216,8	233,6	248,2	261,2	272,8
Lтнд	131,9	147,2	160,1	171,2	181,1	189,9
Ттвд	994,0	976,5	961,8	949,1	937,9	927,8
Ттнд	879,2	848,5	822,6	800,3	780,5	762,7
πтвд	2,01	2,17	2,32	2,46	2,59	2,72
πтнд	1,71	1,85	1,98	2,11	2,24	2,36
πΣ	10,6	13,3	15,9	18,6	21,3	23,9
πст	3,10	3,31	3,46	3,58	3,66	3,72
Lст	303,4	318,6	328,9	336,1	341,1	344,6
Lе	293,8	308,6	318,6	325,5	330,4	333,7
Твых	909,5	896,7	888,0	881,9	877,7	874,8
Тр	856,7	848,3	843,0	839,7	837,8	836,8
Gв	340,4	324,1	313,9	307,2	302,7	299,6
Q1	474,5	482,4	487,3	490,4	492,2	493,2

Продолжение таблицы 1.4

Обозначения	Варианты
Q2	334,2	368,5	397,4	422,3	444,4	464,2
ηe	0,36	0,36	0,36	0,35	0,35	0,35

Расчет тепловой схемы ГТУ сложного цикла с промежуточным охлаждением воздуха между КНД и КВД, промежуточным подогревом рабочего тела перед СТ и регенерацией теплоты уходящих газов показывает, что в результате уменьшается эффективный кпд, в связи с необходимостью уменьшения температуры цикла для ограничения температуры на выходе из турбины. Следовательно, для дальнейшего расчета, выбрана наиболее эффективная тепловая схема - ГТУ сложного цикла с промежуточным охлаждением воздуха между КНД и КВД и регенерацией теплоты уходящих газов. При этом наибольший кпд 44% достигается при степени повышения давления в компрессоре 14. В приложении А приведена графическая зависимость η_e и L_е от π_к. Далее приведен ход предварительного расчета данной установки.

1.1.1 Степени повышения давления в КВД и КНД [1]

π_квд = 1,1^.(π)^0,5 = 1,1^.(14,0)^0,5 = 4,12,

π_кнд === 3,40.

1.1.2 Давление на входе в компрессор

Р_вх-к = Р_н^.σ_вх = 101,3^.0,99=  100,3 кПа,

где      σ_вх =0,99 – потери полного давления во входном устройстве.

1.1.3 Удельная работа сжатия воздуха в КНД

L_кнд=С_р^.Т_вх^.(π_кнд^m–1)^.=1,01^.288,2^.(4,12^0,286-1)^.= 138,4 кДж/кг,

где      С_рв = 1,01 кДж/(кг^.К) – удельная теплоемкость для воздуха;

Т_вх = 288,2 К – температура на входе в ОК;

η_кнд = 0,88 – кпд компрессора низкого давления;

k = 1,40 – показатель адиабаты для воздуха;

m == 0,286.

1.1.4 Температура воздуха за КНД

Т_кнд = Т_вх +=288,2+= 425,0 К.

1.1.5 Удельная работа сжатия воздуха в КВД

L_квд=С_р^.Т_кнд^.(π_квд^m–1)^.=1,01^.348,0^.(4,12^0,286-1)^.=199,0 кДж/кг,

где      η_квд = 0,88 – кпд компрессора высокого давления.

1.1.6 Температура воздуха за КВД

Т_квд = Т_вх-квд += 348,0 + = 545,0 К,

где      Т_вх-квд = 348,0 – температура на выходе из холодильного устройства.

1.1.7 Удельная работа расширения ТВД

L_твд = == 210,5 кДж/кг,

где      ν_вх-г = 0,95 – коэффициент расхода на входе в сечение КС;

η_м = 0,995 – механический кпд турбины.

1.1.8 Температура продуктов сгорания за ТВД

Т_твд = Т_г – = 1495,0 -= 1312,0 К,

где      С_рг = 1,15 кДж/(кг^.К) – удельная теплоемкость для продуктов сгорания.

1.1.9 Удельная работа расширения ТНД

L_тнд == = 142,4 кДж/кг,

где         ν_вх-г = 0,977 – коэффициент расхода на входе в сечение ТВД.

1.1.10 Температура продуктов сгорания за ТНД

Т_тнд = Т_твд –= 1312,0 -= 1188,1 К.

1.1.11 Степень понижения давления продуктов сгорания в ТНД

π_тнд=(1–)=(1-)=1,54,

где      η_тнд = 0,92 – кпд турбины низкого давления;

k = 1,33 – показатель адиабаты для продуктов сгорания;

m == 0,25.