Тепловой расчёт газовой турбины (ГТ)

1. Расчёт параметров газа перед первой ступенью ГТ.

1. Температура газов перед газовой турбиной из расчёта камеры сгорания:

t = t₃ = 1210 ^OC.

2. Массовая теплоёмкость газообразного продукта сгорания топлива из расчёта камеры сгорания:

c_{p 3} = 1,3145 кДж/(кг∙К).

3. Массовая энтальпия газообразного продукта сгорания топлива из расчёта камеры сгорания:

h₃ = 1949,66 кДж/кг.

4. Плотность газообразного продукта сгорания топлива из расчёта камеры сгорания:

5. По температуре, используя калькулятор для газов, находим стандартные энтропии компонентов сгорания

- водяных паров: s⁰_{3 H2O} = 13,8778 кДж/(кг∙К);

- трёхатомных газов: s⁰_{3 RO2} = 6,6225 кДж/(кг∙К);

- азота: s⁰_{3 N2} = 8,5504 кДж/(кг∙К);

- воздуха: s⁰_{3 В} = 8,4314 кДж/(кг∙К).

6. Стандартная энтропия смеси газов на входе в газовую турбину:

s⁰₃ = r_H2O ∙ s⁰_{3 H2O} + r_RO2∙ s⁰_{3 RO2} + r_N2 ∙ s⁰_{3 N2} + r_В ∙ s⁰_{3 В} =

= 0,0803∙13,8778 + 0,0324∙6,6225 + 0,2429∙8,5504 + 0,6443∙8,4314 = 8,8382 кДж/(кг∙К).

7. Давление газа на входе в первую ступень газовой турбины, с учётом аэродинамических потерь в камере сгорания:

p₃ = p_{2 КС} ∙ η^а_ЖТ = 12,542 ∙ 0,778 = 9,758 бар,

где: η^а_ЖТ = 0,778 – коэффициент аэродинамического сопротивления (аэродинамический КПД) жаровых труб камеры сгорания.

8. Приращение энтропии:

∆s _2-3 = s⁰₃ – s⁰_{2 КС} = 8,8382 – 7,2921 = 1,5461 кДж/(кг ∙ К).

9. Удельная энтропия:

s₃ = s_{2 КС} + ∆s_2-3 = 6,6656 + 1,5461 = 8,2117 кДж/(кг ∙ К).

2. Расчёт давления газов за последней ступенью ГТ.

1. Перепад давлений в газовом тракте «выхлоп ГТД – атмосфера» принимаем по данным испытаний:

∆p_ГВТ = 0,017 бар.

2. Давление газов за выходным диффузором ГТД:

p_Н = p_НВ + ∆p_ГВТ = 0,99992 + 0,017 = 1,01692 бар.

3. Степень повышения давления в диффузоре ГТД принимаем согласно рекомендациям (1,01¸ 1,1):

ε_{Д ГТ} = 1,01.

4. Давление газов за последней ступенью:

p₄ = p_Н / ε_{Д ГТ} = 1,01692/ 1,01 = 1,00685 бар.

5. Повышение давления в диффузоре:

∆p_{Д ГТ} = p_Н – p₄ = 1,01692 – 1,00685 = 0,01007 бар.

6. Степени расширения газов в ГТ (относительное давление):

ε₂ = p₃ / p₄ = 9,758/ 1,00685 = 9,6916.

7. Потеря давления в диффузоре, соединяющем ГТ с КУ принимаем по данным испытаний (0,02 ¸ 0,03):

∆p_ДИФ = 0,025 бар.

8. Давление газов на входе в котёл – утилизатор:

p_{4 КУ} = p₄ – ∆p_ДИФ = 1,00685 – 0,025 = 0,98185 бар.

3. Расчёт температуры газов на выходе из последней ступени ГТ.

3.1 Без учёта воздуха на охлаждение проточной части ГТ.

1. Стандартная молярная энтропия перед ГТ:

Методом интерполяции, по таблицам воздуха, f(t₃): S⁰₃ = 244,259 кДж/(моль∙K).

2. Стандартная молярная энтропия в конце изоэнтропийного процесса ГТ:

S⁰₄ = S⁰₃ - μR ln (p₃ / p₄) = 244,259 – 8,314 ∙ ln (9,758/ 1,00685) = 225,376 кДж/(моль∙K).

3. Температура рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ:

Методом интерполяции, по таблицам воздуха, f(S⁰₄): t_4t = 572,9 ^OC.

4. Энтальпия рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ:

Методом интерполяции, по таблицам воздуха, f(S⁰₄): h_{4t В} = 872,65 кДж/кг.

5. Удельная работа в теоретическом процессе:

ℓ_{Т t} = h₃ – h_{4 t} = 1949,66 – 872,65 = 1077,01 кДж/кг.

6. Удельная работа в действительном процессе:

ℓ_Т = ℓ_{Т t} ∙ η^т_oi = 1077,01 ∙ 0,91 = 980,08 кДж/кг.

7. Энтальпия рабочего тела в действительном процессе за последней ступенью ГТ:

h₄ = h₃ – ℓ_Т = 1949,66 – 980,08 = 969,58 кДж/кг.

8. Сведём в таблицу теплосодержания продуктов образовавшейся смеси, взятые по таблицам Ривкина:

9. Температура рабочего тела за последней ступенью газовой турбины:

Методом интерполяции, при условии h₄ = h_{4 Г} = 969,58 кДж/кг: t₄ = 600,4 ^OC.

3.2 С учётом воздуха на охлаждение проточной части.

1. Теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания 1 м³ газа, определён при расчёте камеры сгорания:

2. Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания α_КС = 1,6.

3. Избыток воздуха в продукте сгорания топлива определён при при расчёте камеры сгорания:

4. Доли воздуха, отбираемого из компрессора на охлаждение ГТ, исходя из инструкции по эксплуатации ГТД, составляют:

- после пятой ступени компрессора: β_{ВО 5} = 0,03%;

- после седьмой ступени компрессора: β_{ВО 7} = 0,2%;

- после десятой ступени компрессора: β_{ВО 10} = 2,55%;

- после последней ступени компрессора: β_{ВО 15} = 5,8%;

- после последней ступени компрессора через ВВТО: β_{ВО ВВТО} = 4,42%.

5. Суммарная доля воздуха, отбираемого из компрессора на охлаждение ГТ:

β = β_{ВО 5} + β_{ВО 7} + β_{ВО 10} + β_{ВО 15} + β_ВВТО = 0,03 + 0,2 + 2,55 + 5,8 + 4,42 = 13 %.

6. Суммарный расход воздуха компрессора:

7. Объёмные доли воздуха, поступающего в ГТ при температуре:

8. Теплосодержания потоков воздуха охлаждения на входе в ступени ГТ в действительном процессе находим по таблицам, по температуре:

Поиск по сайту: