Размещено на http://allbest.ru

Тепловой расчёт газотурбинНой установки

Тепловая схема газотурбинной установки (ГТУ)

Тепловая схема, используемая в данном газоперекачивающем агрегате (ГПА), обеспечивает получение высокого отношения давлений в цикле и высокого КПД. компрессор турбина газоперекачивающий

Исходные данные для теплового расчёта:

- полезная мощность: Ne=2,5 МВт;

- температура газа перед турбиной: Т_г =1220 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=0,025;

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

- отн. Расход топлива: q_топ=0,01;

Выбор p_ко и расчет тепловой схемы ГТУ с заданными коэффициентами

Порядок и содержание расчета тепловой схемы сведены в табл 1.

Таблица1 Тепловой расчёт схемы приводной ГТУ

Обозн.	Расчетная формула	Размерность	В а р и а н т ы
			1	2	3	4	5	6	7	8
pк	задаемся	-	11	12	13	14	15	16	17	18
Hк		кДж/кг	325,705	342,241	357,82	372,565	386,577	399,937	412,713	424,963
Tк	ТВ1 +	К	610,48	626,852	642,277	656,877	670,749	683,977	696,626	708,755
Hт1		кДж/кг	337,431	354,562	370,702	385,978	400,494	414,335	427,571	440,262
?т1		-	3,391	3,648	3,913	4,186	4,468	4,760	5,061	5,372
pт?		-	10,038	10,951	11,863	12,776	13,689	14,601	15,514	16,426
Тт1		K	926,582	911,685	897,451	884,367	873,744	859,709	848,199	837,164
Hт2		кДж/кг	232,940	231,752	229,979	227,751	225,165	222,296	219,201	215,925
pт2		-	2,960	3,002	3,032	3,052	3,043	3,048	3,044	3,058
Hе	Нт2 •н•зМЕХ	кДж/кг	226,575	223,695	223,695	221,527	219,012	216,221	213,221	210,025
Qкс	сРкс •Тг •(1-qОХЛ -qУТ+ qтоп)- сРВ •ТК2 •(1-qОХЛ -qУТ)	кДж/кг	753,583	736,964	721,307	706,487	692,405	678,978	666,138	653,826
he		----	0,30066	0,30588	0,31012	0,31356	0,31631	0,31845	0,32007	0,32122

По данным расчёта строим графики зависимости Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к) - рис.2.2 и выбираем расчетное значение p_ко: для ГТУ такой схемы - между максимумами графиков Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к) .

Рисунок 2.2 Зависимость Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к)

Из графика, представленного на рис.2.2, 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=17.

В качестве расчётной величины принимаем значение?p_ко=13.

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:

= 465,139 К,

или t_CP = 192,139^oC.

Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в турбовинтовом двигателе (ТВД)::

= 1062,303 К,

или t_CP = 789,303 ^oC.

Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в силовой турбине (СТ):

= 882,293К,

или t_CP = 549,293 ^oC.

По графикам зависимости теплоемкости и показателя адиабаты от температуры и коэффициента избытка воздуха, указанных в [1], уточняем теплофизические свойства воздуха при б =и для продуктов сгорания топлива при б = 3,92. Результаты сведены в табл. 2.

Таблица 2

Уточненные теплофизические свойства

Cрк,	1,023	Кк	1,39
Cртвд,	1,201	kтвд	1,32
Cрст,	1,15	kст	1,334

Степень сжатия компрессора:

р_К = 13

Удельная работа сжатия воздуха в компрессоре:

Удельная работа расширения турбовинтового двигателя (ТВД):

H_Т1 =

H_Т1 = = 362,703

Степень расширения продуктов сгорания в ТВД:

р_Т1 =

р_Т1=

Температура продуктов сгорания за ТВД:

Т'_Т1 =

Т'_Т1== 904,606К.

Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине (СТ):

р_Т2 =

р_Т2 = = 3,128

Удельная работа расширения СТ:

Н_Т2 = с_Рст • Т'_Т1 •(1- р_Т2) •з_Т2

Н_Т2 = 1,15 •904,606 •(1- 3,128) •0,92 = 243,393.

Уточненное значение удельной эффективной работы ГТУ:

Не = Н_Т2 •н•з_МЕХ = 243,393 •0,9825•0,99 = 231,924.

Температура продуктов сгорания за СТ:

Т_Т2 =

Т_Т2= = 714,605 К.

Уточняем по [1] теплофизические свойства воздуха

при Т_К = 714,605 К и б = ?:

с_РВ = 1,02 .

Количество теплоты воздуха, поступающего в КС:

Q_В' = с'_РВ •Т'_К2 •(1-q_ОХЛ -q_УТ)

Q_В'=1,02•714,605•(1-0,025-0,01) = 703,386 .

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

с_РКС = 1,03 .

Количество теплоты, подведенное в КС:

Q'_КС = с_Ркс •Т_г •(1-q_ОХЛ -q_УТ+ q_топ)-Q_в

Q'_КС =1,03 •1220 •(1-0,025 -0,01₊0,01)-703,386=640,739.

Эффективный КПД ГТУ:

з_е =

з_е = = 0,36.

Цикл с регенерацией

Исходные данные для теплового расчёта с регенерацией:

- полезная мощность: Ne=2,5 МВт;

- температура газа перед турбиной: Т_г =1220 К;

- КПД турбины: h_т1=h_т20,92;

- 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: ?_кс=0,995;

- отн. расход охл. Воздуха: q_охл=0,025;

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

- отн. Расход топлива: q_топ=0,01;

- коэффициент регенерации: r=0,8.

Выбор p_ко и расчет тепловой схемы ГТУ с заданными коэффициентами

Порядок и содержание расчета тепловой схемы сведены в табл. 2.

Таблица 3.

Тепловой расчёт схемы приводной ГТУ

Обозн.	Расчетная формула	Размерность	В а р и а н т ы
			1	2	3	4	5	6	7	8
pк	задаемся	-	5	6	7	8	9	10	11	12
Hк		кДж/кг	193,220	221,255	246,127	268,576	289,102	308,058	325,705	342,241
Tк	ТВ1 +	К	479,307	507,064	531,690	553,917	574,240	593,008	610,480	626,852
Hт1		кДж/кг	200,176	229,221	254,988	278,245	299,510	319,148	337,431	354,562
pт1		-	1,962	2,186	2,412	2,641	2,875	3,115	3,361	3,613
pт?		-	4,278	5,133	5,989	6,844	7,700	8,555	9,411	10,266
Тт1		K	1045,934	1020,677	998,271	978,048	959,557	942,480	926,582	911,685
Hт2		кДж/кг	194,750	206,257	213,423	217,726	220,045	220,940	220,784	219,833
pт2		-	2,180	2,348	2,483	2,592	2,678	2,747	2,800	2,841
Hе	Нт2 •н•зМЕХ	кДж/кг	189,428	200,621	207,591	211,776	214,032	214,903	214,751	213,826
dТr			453,302	410,890	373,265	339,305	308,254	279,578	252,882	227,867
Tr		K	932,609	917,955	904,955	893,222	882,494	872,586	863,362	854,718
Qв-r		кДж/кг	941,935	927,134	914,005	902,154	891,318	881,311	871,995	863,266
Qкс	сРкс •Тг •(1-qОХЛ -qУТ+ qтоп)- сРВ •ТК2 •(1-qОХЛ -qУТ)	кДж/кг	426,598	441,473	454,669	466,576	477,469	487,526	492,889	505,662
he		----	0,444	0,454	0,457	0,454	0,448	0,441	0,432	0,423

По данным расчёта строим графики зависимости Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к) - рис.2.2 и выбираем расчетное значение p_ко: для ГТУ такой схемы - между максимумами графиков Н_е=f(p_к) и h_e=f(p_к) .

Из графика, представленного на рис.2.2, следует, что максимум величины Н_е, определяющий расход воздуха и размеры ГТУ, имеет место при p_к=12, 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

Расчет производим по методике изложенной в [1], 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:

= 431,120 К,

или t_CP = 158,120^oC.

Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в ТВД:

= 1101,489 К,

или t_CP = 698,267 ^oC.

Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в СТ:

= 881,690К,

или t_CP = 608,690 ^oC.

По графикам зависимости теплоемкости и показателя адиабаты от температуры и коэффициента избытка воздуха, указанных в [1], уточняем теплофизические свойства воздуха при б =и для продуктов сгорания топлива при б = 3,92.

Результаты сведены в табл. 2.2.

Таблица 4.

Уточненные теплофизические свойства

Cрк,	1,018	Кк	1,394
Cртвд,	1,21	kтвд	1,313
Cрст,	1,162	kст	1,329

Степень сжатия компрессора:

р_К = 9

Удельная работа сжатия воздуха в компрессоре:

Удельная работа расширения ТВД:

H_Т1 = = = 294,855

Степень расширения продуктов сгорания в ТВД:

р_Т1 ==

Температура продуктов сгорания за ТВД:

Т'_Т1 = == 982,977 К.

Степень расширения продуктов сгорания в СТ:

р_Т2 = = = 2,847

Удельная работа расширения СТ:

Н_Т2 = с_Рст • Т'_Т1 •(1- р_Т2) •з_Т2

Н_Т2= 1,15 •982,977 •(1- 2,847) •0,92 = 240,254.

Уточненное значение удельной эффективной работы ГТУ:

Не = Н_Т2 •н•з_МЕХ = 240,254 •0,9825•0,99 = 228,458.

Температура продуктов сгорания за СТ:

Т_Т2 = = = 776,646 К.

Определяем нагрев воздуха в регенераторе:

Температура воздуха на выходе из регенераторе:

Уточняем теплофизические свойства воздуха

при температуре Т_р и б =?:

Количество теплоты воздуха, поступающего в камеру сгорания:

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

.

Количество теплоты, подведенное в камеру сгорания (КС):

Q'_КС = с_Ркс •Т_г •(1-q_ОХЛ -q_УТ+ q_топ)-Q_в

Q'_КС =1,06 •1220 •(1-0,025 -0,01₊0,01)-791,418=498,549.

Эффективный КПД ГТУ:

з_е = = = 0,4537.

Размещено на Allbest.ru

...