Визначення енергетичних параметрів газотурбінної установки

Завдання



Визначити ефективний ККД  та корисну потужність  газотурбінної установки без регенерації тепла з ізобарним підведенням тепла, якщо відомі такі параметри ГТУ: ступінь підвищення тиску , внутрішні відносні коефіцієнти потужності турбіни  і компресора , температура повітря перед компресором  і витрата повітря через ГТУ . Робоче тіло має властивості повітря (, ), барометричний тиск В=100кПа, механічний ККД турбіни дорівнює , а механічний ККД компресора ГТУ – .

Зобразити схему ГТУ без регенерації і з регенерацією та визначити витрату  палива з теплотою згорання  в регенеративному циклі зі ступенем регенерації  і порівняти отримане значення з витратою палива в циклі без регенерації.

Визначити поверхню регенератора, беручи коефіцієнт теплопередачі  і .

Розглянути також цикл ГТУ з утилізацією невикористаної теплоти, у якому ¾ відведеної в циклі теплоти підводить в утилізаційний парогенератор з метою одержання перегрітої водяної пари для парової турбіни. Визначити параметри характерних точок циклу Ренкина ПТУ, питомі витрати тепла і палива комбінованого циклу і зрівняти їх з показниками регенеративного циклу ГТУ, якщо внутрішній відносний коефіцієнт потужності парової турбіни дорівнює .



Таблиця 1 – Вихідні дані:























кг/с

15

840

6,5

0,86

0,86

27





Рис. 3.1 – Принципова схема ГТУ з ізобарним підведенням тепла





Рис. 3.2 – Ідеальний не регенеративний цикл ГТУ з ізобарним підведенням тепла





1–2 – адіабатне стиснення повітря в компресорі при ;



2–3 – ізобарне підведення тепла при ступені зміни температури ;



3–4 – адіабатне розширення в турбіні;



4–1 – ізобарне відведення тепла.



Ступінь підвищення тиску в компресорі:




1. , ; .

2. , ,



 показник адіабати.





3.  ;

, .

4. ,

.



Кількість підведеного тепла в циклі:



,

.



Кількість відведеного тепла:








Термічний ККД ідеального циклу:



,

.

.



Робота турбіни:









Питома робота ідеального компресора:





.



Питома корисна робота циклу:

.



Рівняння енергетичного балансу ідеальної ГТУ:



,



де  корисна потужність ідеальної ГТУ;


витрата робочого тіла;

масова продуктивність повітряного компресора ГТУ, кг/с;

витрата палива, кг/с.





.

.

.



Потужність ідеальної турбіни:



.



Потужність адіабатного компресора з рівняння енергобалансу установки:



.



Питомі витрати тепла  і палива :



;

.



Для  знаходимо температуру повітря після компресора


.



Питома кількість підведеного тепла:



.



Дійсна питома внутрішня робота компресора:



.



Питома внутрішня робота турбіни:



.



Питома внутрішня робота ГТУ:



.



Механічний ККД ГТУ:



,

.


Внутрішній коефіцієнт потужності установки:







Ефективний коефіцієнт потужності ГТУ:



,



де - коефіцієнт використання тепла палива в камері згорання. Приймаємо .

.

Питома витрата тепла:



.



Питома витрата палива:



.



Секундна витрата палива:



.



Рівняння енергобалансу камери згорання:



,

де  – витрата повітря;

 – коефіцієнт надлишку повітря.





Секундна витрата повітря:







Розглянемо ГТУ з регенерацією тепла





Рис. 3.3 – Принципова схема ГТУ з регенерацією тепла





Рис. 3.4 – Ідеальний регенеративний цикл ГТУ з ізобарним підведенням тепла

Параметры в точках цикла:

Точка 1: Р1=В=0,1 МПа, Т1=15+273=288К.

Точка 2: Р2=β·Р1=6,5·0,1=0,65 МПа; ;

.

Точка 3: Р3=Р2=0,65 МПа, Т3=840+273=1113 К.

Точка 4: Р4=Р1=0,1 МПа, .



З виразу ,

.



Точка 5: Р5=Р2=0,65 МПа, розраховуємо температуру після регенератора



,



де  ступінь регенерації.

.

Точка 6: ,



.



Для ГТУ з генерацією тепла внутрішній ККД установки визначається за формулою:



,



де  внутрішня питома робота ГТУ при ;

 – питоме тепло відведення установки з регенерацією.





.

.

.



Рівняння енергобалансу регенератора:



,



де  ентальпія повітря після регенератора;

ентальпія повітря на вході в регенератор;

 коефіцієнт, що враховує втрати тепла в довкілля. Приймаємо .



.



Поверхня нагріву регенератора при :



,



де К – коефіцієнт теплопередачі від газу до повітря, .

.

З рівняння теплопередачі:



.

.



Середній температурний напір:





.