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:

.