Способы карнотизации цикла Брайтона.
Показатели тепловой экономичности ГТУ.
Оптимальная степень повышения давления
Отношение давления на выходе из компрессора к давлению на входе в него называется степенью повышения давления в компрессоре pк. Значе- ние pк может быть задано в исходных данных, либо его следует опреде- лить. Из теории ГТУ известно, что степень повышения давления в ком- прессоре имеет оптимальное значение pопт, которое зависит от схемы ГТУ, температуры газа перед турбиной и компрессором, значений внутренних КПД турбомеханизмов, наличия регенерации и ее степени. Обычно значение pопт определяют вариантными расчётами. При 11 этом задаются тремя - четырьмя значениями pк, например pк=4; 6; 8; 10 – для ГТУ простой схемы; pк=6; 9; 14; 20 – для сложной ГТУ. По результа- там расчетов строят график зависимости КПД ГТУ hГТУ= f(pк). На основе анализа полученной зависимости определяют её характер (пологая или с резко выраженным максимумом и т. п.), значение pопт и величину ущерба из-за отклонения принятого pк от pопт. Такой подход позволяет выбирать pк с учетом других влияющих факторов, конструктивных соображений и др.
Давления рабочего газа и гидравлические потери в тракте ГТУ
Теоретически давления воздуха на входе и выходе из компрессора равны давлениям газа на выходе из турбины и входе в нее, соответственно. В воздушном и газовом трактах реальной установки имеют место гидравлические сопротивления, приводящие к потерям давления. В ГТУ простой схемы можно выделить три участка, в которых имеют место гидравлические потери: сопротивление входного устройства, включающего воздухозаборную камеру, фильтры, всасывающий трубопровод и др.; сопротивление в тракте между компрессором и турбиной, состоящем из камеры сгорания и соединительных трубопроводов; сопротивление выходного тракта, состоящего из выхлопных газопроводов и дымовой трубы. В сложных ГТУ кроме перечисленных потерь имеют место потери давления в регенераторах, сетевых подогревателях и воздухоохладителях компрессоров.
|
|
|
При расчете тепловой схемы сложной ГТУ и ГТУ в составе ПГУ необходимо учитывать дополнительные сопротивления газовоздушного тракта ГТУ из-за наличия воздухоохладителей, регенераторов, промежуточных камер сгорания, газоводяных подогревателей, экономайзеров и парового котла. Степень расширения газов в турбине pт= Р0 т /Рz т . При сравнительных расчетах различных схем ГТУ и оптимизации их параметров гидравлические потери обычно оценивают в долях от общего отношения давлений в агрегате pк. Тогда pт=lpк, где l - коэффициент, характеризующий общие потери давления в ГТУ. Так как общие потери определяются потерями на отдельных участках, то l=l1×l2××××ln=pт /pк, где l1, l2,×××ln - отношения давлений на отдельных участках тракта. В ГТУ простой схемы l=l1×l2×l3, где отношения давлений на отдельных участках тракта l1 =Р0 к /Рн.в.; l2 = Р0 т /Рz к ; l3 = Рн.в./Рz т . Значения коэффициента l могут быть приняты приблизительно: в ГТУ простой схемы l=0,922¸0,926, в ГТУ с регенерацией l=0,9.
|
|
|
Теплофизические свойства рабочего тела
Теплоемкости, показатели адиабаты и другие свойства газов, даже идеальных, зависят от температуры. Допущение постоянства теплоемкости рабочего тела при изменении температуры в широком диапазоне, как это имеет место в ГТУ, приводит к большой погрешности расчета.
Теплофизические свойства рабочего тела ГТУ в камере сгорания изменяются. Воздух, поступающий в камеру сгорания, состоит, в основном, 14 из двухатомных газов - азота и кислорода. В процессе горения (окисления) топлива образуются трехатомные газы, главным образом углекислый газ и пары воды. Состав продуктов сгорания определяется видом топлива. Кроме того, продукты сгорания топлива содержат избыточный воздух, не участвовавший в процессе окисления топлива. Изменение состава рабочего тела приводит к изменению его теплофизических свойств: теплоемкостей, показателя адиабаты и пр.
|
|
|
Коэффициент избытка воздуха
Воздух, поступающий в камеру сгорания, разделяется на два потока: первичный, необходимый для окисления топлива, и вторичный – для охлаждения продуктов сгорания до заданной температуры на входе в турбину. Первичный воздух направляется в плазменную трубу и участвует в процессе горения топлива. Его количество должно быть достаточным для полного сгорания топлива. Оно определяется на основе химических реакций окисления горючих элементов топлива кислородом с учетом содержания О2 в воздухе (примерно 21% по объему).
Расходы рабочего газа и топлива
Расходы рабочего газа через компрессор Gк, камеру сгорания Gкс и турбину Gт примерно одинаковы. Некоторые их различия вызываются следующими причинами: а) утечки через концевые уплотнения компрессора и турбины Gут уменьшают расход газа через турбину; условно утечки воздуха в воздушном тракте относят к точке за компрессором; б) в камере сгорания к рабочему газу добавляется топливо в количестве В, что увеличивает расход газа через турбину; в) почти во всех современных ГТУ для охлаждения одной или нескольких ступеней турбины, работающих при высоких температурах, используется воздух в количестве Gохл. Этот воздух затем соединяется с основным потоком рабочего газа в турбине и совершает в ней полезную работу. Однако из-за более низкой его температуры и некоторого возмущения основного потока в местах смешения с воздухом мощность турбины несколько уменьшается.
|
|
|
КПД турбины и компрессора
При проектировании установки важно правильно оценить КПД турбомеханизмов и различные потери. В этом случае значения адиабатических относительных внутренних КПД турбины и компрессора hoi т и hoi к можно принять, исходя из величин, достигнутых на изготовленных и испытанных аналогичных по параметрам агрегатах (прототипах).
Современные осевые турбокомпрессоры и газовые турбины имеют в среднем следующие значения относительных внутренних КПД (по патрубкам): т hoi = 0.89¸0.91; hoi к =0.86¸0.89. Если производится поверочный расчет на другой режим или условия работы изготавливаемой или спроектированной машиностроительным за- 18 водом ГТУ, то значения адиабатических КПД турбины hoi т и компрессора hoi к берутся по заводским характеристикам. Адиабатический КПД турбокомпрессоров существенно уменьшается с повышением pк. Поэтому при анализе циклов ГТУ, когда величиной pк варьируют в широких пределах, могут быть получены неверные результаты. Величину hoi к для приведения к сопоставимым условиям при pасчете различных вариантов ГТУ можно оценить, исходя из того, что политропный КПД hпол компрессора не зависит от pк. Связь между адиабатическим и политропным КПД турбокомпрессора устанавливается выражением hoi к = (pк m -1)/(pк m/hпол -1). (1.4) Аналогично устанавливается связь между адиабатическим и политропным КПД турбины hoi т = (1 - pт -m×hпол)/(1 - pт -m ). (1.5) В этих формулах показатели степени m=(k-1)/k имеют разное значение для турбины и компрессора. Таким образом, при расчете ГТУ на заданные параметры рабочих тел, основанном на технических характеристиках конкретных турбин и компрессоров, следует использовать адиабатические КПД. При анализе показателей ГТУ в широком диапазоне изменения p более правильно использовать политропические КПД.
Механические потери в подшипниках, потери с утечками рабочего газа через концевые уплотнения, затраты энергии на привод масляного насоса относятся к внешним потерям, так как они не изменяют состояние рабочего тела. Их обычно объединяют и учитывают механическим КПД hм. При проектировании ГТУ hм определяется расчетом по известным конструкциям подшипников и других элементов. Для сравнительных расчетов схем ГТУ hм приходится оценивать по данным аналогичных агpeгaтов. Так как у ГТУ внутренние мощности турбоагрегатов значительно больше полезной мощности ГТУ, необходимо учитывать, к какой мощности относится численное значение hм. Когда нет данных по аналогичным агрегатам, hм можно принять hм=0.98-0.985 или оценить, исходя из того, что потери на трение и утечки одного корпуса компрессора или турбины составляют до 0,5% от мощности данного корпуса.
Способы карнотизации цикла Брайтона.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 891; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!