Расчёт термодинамических параметров ГТУ



 

    Для расчёта основных термодинамических параметров ГТУ используются данные, приведённые в таблице

 

№ п/п Наименование Обозначение Величина
1* Температура газа на выходе из КС 1432 К
2 Температура воздуха перед компрессором 288
3 Давление воздуха перед компрессором 101.325 кПа
4 Коэффициент гидравлических потерь на всасывании перед компрессором 0.97
5 КПД компрессора 0.87-0.89
6 КПД камеры сгорания 0.98-0.99
7 Коэффициент гидравлических потерь в камере сгорания 0.98
8 Коэффициент учёта массы топлива, добавленного в цикловой воздух 1.01-1.02
9 КПД турбины 0.86-0.9
10 Теплоёмкость атмосферного воздуха 1.005 кДж/(кг·К)
11 Теплоёмкость продуктов сгорания топлива 1.100 кДж/(кг·К)
12 Показатель адиабаты при сжатии воздуха 1.4
13 Показатель адиабаты при расширении продуктов сгорания топлива 1.36
14* Давление в камере сгорания 2.45 МПа
15* Расход газа через турбину 131 кг/с
16 Удельная теплота сгорания (метан) 51200 кДж/кг
17 Количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива 17.341
18* Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания 3.45

 

* - параметры по индивидуальному заданию

 

 

1) Степень повышения давления

;

2) Температура воздуха за компрессором

 К,

где ;

3) Потребная работа сжатия компрессора

 Дж/кг;

4) Давление воздуха перед турбиной

 МПа;

5) Степень понижения давления в турбине

Принимаем давление на выходе из турбины равным атмосферному  кПа. Тогда степень понижения давления в турбине равна

;

6) Температура газа за турбиной

 К,

где ;

7) Работа расширения в турбине

8) Полезная работа ГТУ

 Дж/кг;

9) Теплота, подведённая в цикл в камере сгорания при сжигании топлива

 Дж/кг;

10) Внутренний КПД газотурбинной установки

%;

11) Удельный расход топлива

 кг/(кВт·ч);

12) Мощность ГТУ

 кВт  МВт;

13) Секундный расход топлива

 кг/с;

14) Секундный расход воздуха

 кг/с;

    Так как стехиометрический коэффициент реакции горения топлива (коэффициент избытка воздуха) равен

,

где  - удельный расход топлива, то можно проверить правильность расчётов при изначально заданном значении . Удельный расход топлива по определению равен

;

Полученное значение  должно быть примерно равно значению той же величины, но определённой по формуле

,

Разница между двумя значениями  составляет менее 4%, что свидетельствует о верности расчёта. Если расхождение будет большим (более 5-6%), то следует проверить расчёт на наличие ошибок, а также уточнить корректность исходных данных у преподавателя. При  достигается максимальная эффективность горения, но при таких высоких температурах, как 2000-2500 К, лопатки турбины перестают быть работоспособными в силу их предела жаропрочности. На рис. 1 представлен график типичной зависимости температуры горения топлива от коэффициента избытка воздуха α. Для достижения высоких значений α, только часть воздуха поступает непосредственно в зону горения, остальная часть воздуха поступает через отверстия в зону смешения (рис.2).  

Рис.1. Диаграмма процесса горения

Рис.2. Распределение воздушного потока в камере сгорания

 

    Для сравнения полученных термодинамических параметров ГТУ с реальными установками ниже приводится таблица с основными характеристиками различных ГТУ ведущих производителей.

Тип ГТУ Производитель N, МВт η, % Т3, К πк Gг, кг/с
W401 Westinghouse 85.9 36.6 1553 19.0 234
MS6001B Nuovo Pignone 38.34 31.8 - 11.8 138
Mercury-50 Solar 4.072 40.0 1438 9.1 16.2
PGT10B General Electric 11.27 32.09 - 15.6 45.7
Cyclone Alstom 12.9 35.1 1523 16.7 39.2
V64.3 Siemens 62.5 35.3 1433 16.1 192
ГТУ-12П Авиадвигатель 12.4 34.6 1363 15.8 46.1
ГТУ-16П Авиадвигатель 16.5 37.0 1416 19.6 57.2
ГТУ-4ПГ Авиадвигатель 4.0 24.0 1053 7.32 28.7

 


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 493;