Машиностроение \ Детали машин и основы конструирования

Тепловой расчёт газотурбинной установки (полезная мощность - 10 МВт, температура газа перед турбиной - 1250 К)

Страницы работы

11 страниц (Word-файл)

Скачать файл

Фрагмент текста работы

Тепловой расчёт ГТУ

Тепловая схема ГТУ

Тепловая схема, используемая в данном ГПА, обеспечивает получение высокого отношения давлений в цикле и высокого КПД.

Исходные данные для теплового расчёта:

- полезная мощность: Ne=10 МВт;

- температура газа перед турбиной: Т_г =1250 К;

- КПД турбины: h_т1=h_т2 =0,92;

- КПД компрессора: h_к₁ =0,88;

- потери по тракту: s_вх=0,98; s_кс=0,97;

- механический КПД: h_мех=0,99;

- теплоемкости рабочего тела:

С_рт=1,15; С_ркс=1,12; С_в=1,01;

- показатели адиабаты: k_т=1,33; k_в=1,4;

- КПД камеры сгорания: h_кс=0,995;

- отн. расход охл. Воздуха: q_охл=0,03;

- отн. расход утечек через уплотнения: q_ут=0,01;

- отн. Расход топлива: q_топ=0,02;

- коэф. Регенерации: r = 0,8

Выбор p_ко и расчет тепловой схемы ГТУ с заданными коэффициентами

Порядок и содержание расчета тепловой схемы сведены в табл. 1

Таблица 1

Тепловой расчёт схемы приводной ГТУ

Обозн.

Расчетная

формула

Размер-

ность

В а р и а н т ы

p_к_S

задаемся

H_к

кДж/кг

308,058

342,241

372,565

399,937

424,963

448,075

469,591

489,752

T_к

Т_В1 +

593,008

626,852

656,877

683,977

708,755

731,639

752,942

772,903

H_т1

кДж/кг

317,520

352,753

384,009

412,221

438,016

461,838

484,015

504,795

p_т1

3,024

3,491

3,984

4,506

5,059

5,647

6,274

6,942

p_т_S

9,126

10,951

12,776

14,601

16,426

18,252

20,077

21,902

Т_т1

973,896

943,259

916,079

891,547

869,117

848,402

829,118

811,048

H_т2

кДж/кг

248,640

248,071

244,939

240,233

234,520

228,149

221,343

214,250

p_т2

3,018

3,137

3,207

3,241

3,247

3,232

3,200

3,155

H_е

Н_т2 ∙ν∙η_МЕХ

кДж/кг

243,446

242,889

239,822

235,214

229,621

223,383

216,719

209,774

Q_кс

с_Ркс ∙Т_г ∙(1-q_ОХЛ -q_УТ+q_топ)- с_РВ ∙Т_К2 ∙(1-q_ОХЛ -q_УТ)

кДж/кг

805,088

770,733

740,256

712,747

687,595

664,367

642,743

622,480

h_e

----

0,30238

0,31514

0,32397

0,33001

0,33395

0,33623

0,33718

0,33700

Продолжение табл. 1

По данным расчёта строим графики зависимости Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к) - рис.1 и выбираем расчетное значение p_ко: для ГТУ такой схемы - между максимумами графиков Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к) .

Рисунок 1

Зависимость Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к)

Из графика, представленного на рис.1, следует, что максимум величины L_е, определяющий расход воздуха и размеры ГТУ, имеет место при p_к=11, а максимум величины h_е при p_к=23.

В качестве расчётной величины принимаем значение p_ко=14.

Уточнённый расчёт тепловой схемы на номинальный режим

Расчет производим, учитывая истинные значения теплоёмкостей и показателя адиабаты после выбора оптимальной степени сжатия p_ко и определяем расход рабочего тела, исходя из заданной мощности.

Коэффициент избытка воздуха:

Средняя температура сжатия воздуха в компрессоре:

= 472,45К, или t_CP = 199,45^oC.

Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в ТВД:

= 1083,1 К, или t_CP = 810,1^oC.

Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в СТ:

= 809,6 К, или t_CP = 536,6^oC.

По графикам зависимости теплоемкости и показателя адиабаты от температуры и коэффициента избытка воздуха, уточняем теплофизические свойства воздуха при α =и для продуктов сгорания топлива при α = 4,29. Результаты сведены в табл. 2.2.

Таблица 2

Уточненные теплофизические свойства

C_рк,

1,028

kк

1,39

C_ртвд,

1,215

kтвд

1,311

C_рст,

1,138

kст

1,334

Степень сжатия компрессора:

π_К= 14

Удельная работа сжатия воздуха в компрессоре:

Температура воздуха за компрессором:

Т_К= Т_В + = 288 + = 647,0 К.

Удельная работа расширения ТВД:

H_Т1 = = = 380,4

Степень расширения продуктов сгорания в ТВД:

π_Т1 ==

Температура продуктов сгорания за ТВД:

Т’_Т1 = == 936,95 К.

Степень расширения продуктов сгорания в СТ:

π_Т2 = = = 3,347

Удельная работа расширения СТ:

Н_Т2 = с_Рст ∙ Т’_Т1 ∙(1- π_Т2) ∙η_Т2 = 1,138 ∙936,95∙(1- 3,347^-3,99) ∙0,92 = 256,03 .

Уточненное значение удельной эффективной работы ГТУ:

Не = Н_Т2 ∙ν∙η_МЕХ= 256,03∙0,989∙0,99 = 250,7 .

Температура продуктов сгорания за СТ:

Т_Т2 = = = 711,96 К.

Уточняем по [1] теплофизические свойства воздуха при Т_К= 647,0 К и α = ∞:

с_РВ = 1,028 .

Количество теплоты воздуха, поступающего в КС:

Q_В' = с'_РВ ∙Т'_К ∙(1-q_ОХЛ -q_УТ)=1,028∙647,0∙(1-0,03-0,01) = 638,5.

Уточняем по [1] теплофизические свойства продуктов сгорания при процессе подвода теплоты в КС:

с_РКС = 1,115 .

Количество теплоты, подведенное в КС:

Q'_КС = с_Ркс ∙Т_г ∙(1-q_ОХЛ -q_УТ+q_топ)-Q_в=1,115 ∙1250 ∙(1-0,03 -0,01₊0,02)-666,4=731,0.

Эффективный КПД ГТУ:

η_е = = = 0,343.

Расход воздуха в цикле, обеспечивающий номинальную мощность:

G_В= = =39,89 кг/с.

Регенеративный цикл

Таблица 3

Тепловой расчёт схемы приводной ГТУ

Обозн.

Расчетная

формула

Размер-

ность

В а р и а н т ы

p_к_S

задаемся

H_к

кДж/кг

193,220

221,255

246,127

268,576

289,102

308,058

325,705

342,241

T_к

Т_В1 +

479,307

507,065

531,690

553,917

574,239

593,008

610,480

626,852

H_т1

кДж/кг

199,155

228,051

253,687

276,825

297,982

317,520

335,709

352,753

p_т1

1,930

2,144

2,359

2,577

2,798

3,024

3,255

3,491

p_т_S

4,563

5,475

6,388

7,301

8,213

9,126

10,038

10,951

Т_т1

1076,822

1051,694

1029,403

1009,282

990,885

973,896

958,079

943,259

H_т2

кДж/кг

220,451

232,481

240,090

244,777

247,438

248,640

248,763

248,071

p_т2

2,364

2,554

2,708

2,833

2,935

3,018

3,084

3,137

Продолжение табл. 3

Н_е

Н_т2 ∙ν∙η_МЕХ

кДж/кг

215,845

227,625

235,075

239,664

242,269

243,446

243,567

242,889

Т_т

885,126

849,537

820,629

796,432

775,722

757,687

741,763

727,545

ΔТ_р

324,655

273,978

231,151

194,012

161,186

131,744

105,027

80,554

Т_р

803,962

781,042

762,841

747,929

735,426

724,751

715,507

707,406

Qв-r

с'_РВ ∙Т'r ∙(1-q_ОХЛ -q_УТ)

кДж/кг

812,002

788,853

770,469

755,409

742,780

731,999

722,662

714,480

Q_кс

с_Ркс ∙Т_г ∙(1-q_ОХЛ -q_УТ+q_топ)- Q_в

кДж/кг

590,953

614,218

632,694

647,831

660,523

671,358

680,742

688,964

η_е

---

0,365

0,371

0,372

0,370

0,367

0,363

0,358

0,353

Gв

кг/с

115,824

109,830

106,349

104,313

103,191

102,692

102,641

102,928

По данным расчёта строим графики зависимости Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к) - рис. 2 и выбираем расчетное значение p_ко: для ГТУ такой схемы - между максимумами графиков Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к) .

Зависимость Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к)

Из графика, представленного на рис. 2, следует, что максимум величины Н_е, определяющий расход воздуха и размеры ГТУ, имеет место при p_к=11, а максимум величины h_е при p_к=7.

В качестве расчётной величины принимаем значение p_ко=9.

Уточнённый расчёт тепловой схемы на номинальный режим

Коэффициент избытка воздуха:

Средняя температура сжатия воздуха в компрессоре:

= 431,1, или t_CP = 158,1^oC.

Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в ТВД:

= 1120,5 К, или t_CP = 847,5^oC.

Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в СТ:

= 883,3 К, или t_CP = 610,3^oC.

По графикам зависимости теплоемкости и показателя адиабаты от температуры и коэффициента избытка воздуха, уточняем теплофизические свойства воздуха при α =и для продуктов сгорания топлива при α = 3,76. Результаты сведены в табл. 2.2.

Таблица 2

Уточненные теплофизические свойства

C_рк,

1,026

kк

1,39

C_ртвд,

1,215

kтвд

1,315

C_рст,

1,138