 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
При выполнении курсовой работы
1. Применить разряжение перед компрессором одинаковым для всех вариантов 100 мм вод. ст.
2. Параметры наружного воздуха:
Температура tн.в.= 0°С;
Относительная влажность
Абсолютная давление
3. Влажность воздуха (изменение по тракту) необходимо посчитать.
4. Теплоту сгорания газа (Q) считать по составу газа.
Состав топливного газа:
1) метан (СН4) – 98 %;
2) этан (С2Н6) – 0,45 %;
3) пропан (С3Н8) – 0,1 %;
4) бутан (С4 Н10) – 0,02 %;
5) азот (N2) – 0,63 %;
6) кислород (O2) – 0,78%;
7) диоксид углерода (CO2) – 0,02%.
Плотность топливного газа: ρ ПГ = 0,7231 кг/м3.
Температура топливного газа: t ПГ = 16 OC.
5. Температуру топливного газа при расчете температуры горения в камере сгорания (КС) не учитывать.
6. Степень сжатия воздуха компрессором и КПД компрессора не менять.
7. Содержание кислорода за турбиной 15%.
8. Мощность газовой турбины номинальная.
9. В работе - дубль-блок (2хГТУ + ПТУ).
10. Температура газов на входе в котел принять равной температуре газов за турбиной.
11. Воздух на охлаждение турбины:
· 15 отбор: 1С = 6%; 1Р=3%;
· 10 отбор: 2С = 1%; 2Р=1%;
· 10 отбор: 3С = 1%; 3Р=1%.
12. По КУ дано давление в барабанах котла, остальное по «пинч» - точкам (пунктам).
13. Параметры пара перед паровой турбиной равны параметрам пара за котлом-утилизатором.
1. Тепловой расчет ГТУ.
Таблица.1. Состав природного газа, сжигаемого в КС ГТУ
| № | Вещество | Молекулярная формула | Объемная доля, % | Плотность ρ, кг/м3 | Теплота сгорания низшая(Q HС), кДж/м3 | Источник |
| Метан | СН4 | 98,9 | 0,716 | [1, 3] | ||
| Этан | С2Н6 | 0,45 | 1,342 | [1, 3] | ||
| Пропан | С3Н8 | 0,01 | 1,967 | [1, 3] | ||
| Бутан | C4H10 | 0,02 | 2,593 | [1, 3] | ||
| Углекислый газ | CO2 | 0,02 | 1,964 | балласт, не окисляется | [1, 3] | |
| Азот воздуха | N2 | 0,63 | 1,257 | балласт, окисляется с поглощением Q | [1, 3] | |
| Кислород | О2 | 0,78 | 1,428 | Балласт, не окисляется | [1,3] |
Таблица.2. Исходные данные для теплового расчета ГТЭ-110
| № | Наименование величины | Обозначение | Размерность | Значение | Источник |
| а) окружающая среда | |||||
| Температура воздуха на входе в компрессор | t1 | OC | t1 = tНВ | ||
| Давление окружающего воздуха (атмосферное) | pНВ | бар | 0,99992 | Задано | |
| Плотность наружного воздуха |  НВ
| кг/м3 | 1,275 | (pНВ ∙ 102) / (RВ ∙ TНВ) | |
| Относительная влажность воздуха | φ | % | Задано | ||
| б) компрессор | |||||
| Степень необратимого адиабатного сжатия воздуха в компрессоре (относительное давление) | ε1 = p2 / p1 | – | [10] | ||
| Относительный внутренний КПД компрессора | η oi к | – | 0,87 | [7] | |
| в) камера сгорания | |||||
| Тепловой КПД КС | ηТКС | – | 0,975 | Принято по рекомендациям [15, 28, 29] | |
| Аэродинамический КПД КС | ηАКС | – | 0,985 | Принято по рекомендациям [15, 28, 29] | |
| Общий КПД КС | ηКС | – | 0,96 | ηТКС ∙ ηАКС | |
| г) газовая турбина | |||||
| Электрическая мощность ГТУ (на клеммах генератора) | NЭ ГТУ | кВт | 110 000 | Задано | |
| КПД проточной части ГТД | ηтoi | – | 0,91 | Справочные данные: 0,85 ¸ 0,91 | |
| Механический КПД ГТУ | η М ГТ | – | 0,98 | [7] | |
| КПД электрического генератора ГТУ | η Г ГТ | – | 0,983 | [7] | |
| Максимальная температура газов перед ГТ | t3 MAX | OC | 1210,0 | Технические условия на ГТД [8] | |
| д) паровая турбина | |||||
| Механический КПД паротурбинной установки | hМ | – | 0,98 | Данные [22] | |
| Электрический КПД паротурбинной установки | hЭГ | – | 0,983 | Данные [22] | |
Таблица 3. Расчет потерь давления воздуха в воздухозаборном тракте (ВЗТ) компрессора
| № | Наименование величины | Обозна- чение | Размер- ность | Значение | Источник, способ определения |
| Параметры атмосферного воздуха на входе в КВОУ | |||||
| Давление | pНВ | бар | 1,013 | Исх. данные | |
| Температура | tНВ | OC | 15,0 | Исх. данные | |
| Плотность | ρНВ | кг/м3 | 1,226 | ρНВ = (pНВ ∙ 102) / (RВ ∙ TНВ) | |
| Потери давления рабочего тела в ВЗТ | |||||
| Потеря давления на фильтре грубой очистки | ∆pФГО | бар | 0,0028 | По опытным данным | |
| Потеря давления на фильтре тонкой очистки | ∆pФТО | бар | 0,001 | По опытным данным | |
| Потеря давления в воздуховоде ВЗТ | ∆pВВ | бар | 0,026 | По опытным данным | |
| Падение давления в конфузорном участке ВЗТ | ∆pКОНФ | бар | 0,00098 | По опытным данным) | |
| Падение давления в участке ВНА | ∆p | бар | 0,029 | принято по рекомендациям | |
| Суммарные потери давления воздуха в ВЗТ | 
| бар | 0,05978 |  ∆pФГО+∆pФТО+∆pВВ+ ∆pКОНФ+∆p
|
Таблица.4. Расчет параметров воздуха компрессора
| № | Наименование величины | Обозна- чение | Размер- ность | Значение | Источник, способ определения |
| Параметры воздуха на всасе компрессора (перед ВНА) | |||||
| Давление воздуха на всасе компрессора | p1 | бар | 0,94014 | p1= pНВ - 
| |
| Температура воздуха | t1 (T1) | OC (K) | -16 | Таблицы, f(πАТМ) | |
| Теплосодержание | h1 | кДж/кг | 256,8 | Таблицы, f(t1) | |
| Стандартная энтропия | s01 | кДж/(кг ∙ К) | 6,5496 | Таблицы, f(t1) | |
| Стандартное отношение относительных давлений | π01 | – | 0,8044 | Таблицы, f(t1) | |
| Стандартный (базовый) относительный объем | θ 01 | – | 9163,6 | Таблицы, f(t1) | |
| Удельная энтропия | s1 | кДж/(кг ∙ К) | 6,5673 | s01 – R ∙ ℓnp1 | |
| Газовая постоянная сухого воздуха | R | кДж/(кг ∙ К) | 0,28715 | Справочные данные | |
| Удельный объем | v1 | м3/кг | 0,78435 | RT1 / (p1 ∙ 102) | |
| Расчетные величины воздуха за последней ступенью компрессора в обратимом процессе без учета отбора воздуха из компрессора | |||||
| Давление воздуха | p2 | бар | 15,982 | p2 = ε1 p1 | |
| Относительное давление | ε1 | – | p2 / p1 | ||
| Стандартное отношение относительных давлений | π02 t | – | 13,6748 | π02 t = π01 ∙ ε1 | |
| Стандартная энтропия | s02 t | кДж/(кг ∙ К) | 7,362 | Таблицы, f(π02 t) | |
| Стандартный (базовый) относительный объем | θ 02t | – | 1200,8 | Таблицы, f(π02 t) | |
| Температура воздуха | t2t (T2t) | OC (K) | 298,8 | Таблицы, f(π02 t) | |
| Теплосодержание | h2t | кДж/кг | 577,8 | Таблицы, f(π02 t) | |
| Фактическая удельная энтропия | s2t | кДж/(кг ∙ К) | 6,5673 | s2t = s1 | |
| Удельный объем | v 2t | м3/кг | 0,1028 | v 1 ∙ (θ 02 t / θ 01) | |
| Удельная работа компрессора в обратимом процессе без учета отбора воздуха из проточной части компрессора | ℓк t | кДж/кг | h2 t – h1 | ||
| Расчетные величины воздуха за последней ступенью компрессора в необратимом процессе без учета отбора воздуха из компрессора | |||||
| Удельная работа компрессора в необратимом процессе без учета отбора воздуха из проточной части компрессора | ℓк | кДж/кг | ℓк t / ηкoi | ||
| Теплосодержание | h2 | кДж/кг | 625,8 | h1 + ℓк | |
| Температура воздуха | t2 | OC | 344,5 | Таблицы, f(h2) | |
| Давление на выходе из компрессора | p2 | бар | 15,982 | ε1 ∙ p1 | |
| Базовая энтропия | s02 | кДж/(кг ∙ К) | 7,442 | Таблицы, f(h2t) | |
| Изменение энтропии | ∆s | кДж/(кг ∙ К) | 0,08 | s02 – s02t | |
| Удельная энтропия | s2 | кДж/(кг ∙ К) | 6,6473 | s1 + ∆s | |
| Расчетные величины воздуха за пятой ступенью компрессора | |||||
| Давление воздуха за ступенью | p2 (5) | бар | 5,954 | p1 + 5 ∙ ∆pСТ К | |
| Отношение давлений | ε1 (5) | – | 6,333 | p2 (5) / p1 | |
| Базовое отношение относительных давлений | π02 t (5) | – | 5,0943 | π01 ∙ ε1 (5) | |
| Базовая энтропия | s02 t (5) | кДж/(кг ∙ К) | 7,0781 | Таблицы, f(π02 t (5)) | |
| Энтальпия в обратимом процессе | h2t (5) | кДж/кг | Таблицы, f(π02 t (5)) | ||
| Температура в обратимом процессе | t2t (5) | OC (K) | 162,2 435,35 | Таблицы, f(π02 t (5)) | |
| Удельная работа в обратимом процессе | ℓк t (5) | кДж/кг | 179,2 | h2t (5) – h1 | |
| Удельная работа в необратимом процессе | ℓк (5) | кДж/кг | ℓк t (5) / ηкoi | ||
| Энтальпия в необратимом процессе | h2 (5) | кДж/кг | 462,8 | h1 + ℓк (5) | |
| Температура в необратимом процессе | t2 (5) | OC (K) | 187,5 | Таблицы, f(h2 (5)) | |
| Расчетные величины воздуха за седьмой ступенью компрессора | |||||
| Давление воздуха за ступенью | p2 (7) | бар | 7,9597 | p1 + 7 ∙ ∆pСТ К | |
| Отношение давлений | ε1 (7) | – | 8,466 | p2 (7) / p1 | |
| Базовое отношение относительных давлений | π02 t (7) | – | 6,81 | π01 ∙ ε1 (7) | |
| Базовая энтропия | s02 t (7) | кДж/(кг ∙ К) | 7,1615 | Таблицы, f(π02 t (7)) | |
| Энтальпия в обратимом процессе | h2t (7) | кДж/кг | 473,7 | Таблицы, f(π02 t (7)) | |
| Температура в обратимом процессе | t2t (7) | OC (K) | 198,2 471,35 | f(π02 t (7)) | |
| Удельная работа в обратимом процессе | ℓк t (7) | кДж/кг | 216,9 | h2t (7) – h1 | |
| Удельная работа в необратимом процессе | ℓк (7) | кДж/кг | 249,3 | ℓк t (7) / ηкoi | |
| Энтальпия в необратимом процессе | h2 (7) | кДж/кг | 506,11 | h1 + ℓк (7) | |
| Температура в необратимом процессе | t2 (7) | OC (K) | 229,7 502,85 | Таблицы, f(h2 (7)) | |
| Расчетные величины воздуха за десятой ступенью компрессора | |||||
| Давление воздуха за ступенью | p2 (10) | бар | 10,968 | p1 + 10 ∙ ∆pСТ К | |
| Отношение давлений | ε1 (10) | – | 11,666 | p2 (10) /p1 | |
| Базовое отношение относительных давлений | π02 t (10) | – | 9,384 | π01 ∙ ε1 (10) | |
| Базовая энтропия | s02 t (10) | кДж/(кг ∙ К) | 7,2532 | Таблицы, f(π02 t (10)) | |
| Энтальпия в обратимом процессе | h2t (10) | кДж/кг | Таблицы, f(π02 t (10)) | ||
| Температура в обратимом процессе | t2t (10) | OC (K) | 242,1 515,25 | Таблицы, f(π02 t (10)) | |
| Удельная работа в обратимом процессе | ℓк t (10) | кДж/кг | 262,2 | h2t (10) – h1 | |
| Удельная работа в необратимом процессе | ℓк (10) | кДж/кг | 301,4 | ℓк t (10) / ηкoi | |
| Энтальпия в необратимом процессе | h2 (10) | кДж/кг | 558,9 | h1 + ℓк (10) | |
| Температура в необратимом процессе | t2 (10) | OC (K) | 553,15 | Таблицы, f(h2 (10)) | |
| Расчетные величины воздуха за последней ступенью компрессора в необратимом процессе с учетом отбора воздуха из проточной части компрессора | |||||
| Относительное давление | ε1 | – | Исходные данные | ||
| Давление рабочего тела на выходе из компрессора | p2 | бар | 15,982 | ε1 ∙ p1 | |
| Удельная работа компрессора в необратимом процессе | ℓк | кДж/кг | 363,6 | (2.12) | |
| Теплосодержание рабочего тела в конце процесса сжатия | h2 | кДж/кг | 620,4 | h1 + ℓк | |
| Температура воздуха | t2 (T2) | OC (K) | 339,4 612,55 | Таблицы, f(h2) | |
| Базовая энтропия | s02 | кДж/(кг ∙ К) | 7,4335 | Таблицы, f(t2) | |
| Приращение энтропии | ∆s | кДж/(кг ∙ К) | 0,0715 | s02 – s02t | |
| Удельная энтропия | s2 | кДж/(кг ∙ К) | 6,6388 | s1 + ∆s | |
| Базовое отношение относительных давлений | π02 | – | 17,5634 | Таблицы, f(t2) | |
| Теплоемкость | cP 2 | кДж/(кг ∙ К) | 1,0535 | Таблицы, f(t2) | |
| Расчет параметров воздуха за компрессором с учетом процессов в спрямляющем аппарате и диффузоре | |||||
| Потеря давления в спрямляющем аппарате | ∆pСА | бар | 0,048 | по опытным данным) | |
| Давление воздуха за спрямляющим аппаратом | p2 СА | бар | 15,934 | p2 – ∆pСА | |
| Степень повышения давления в выходном диффузоре компрессора | εД К | – | 1,01 | По рекомендациям [13]: εД К = 1,01¸ 1,1 | |
| Давление воздуха за выходным диффузором компрессора | p2 К | бар | 16,093 | εД К ∙ p2 СА | |
| Повышение давления в диффузоре | ∆pД К | бар | 0,159 | p2 К – p2 СА | |
| Изоэнтропийный перепад энтальпий в диффузоре | ∆HД К t | кДж/кг | 1,751 | cP 2 ∙ T2 ∙ (εД К (k – 1) / k – 1) | |
| КПД диффузора | ηД | – | 0,75 | По рекомендациям: ηД = 0,6 ¸ 0,8 | |
| Действительный тепловой перепад энтальпий в диффузоре | ∆HД К | кДж/кг | 2,335 | ∆HД К t / ηД | |
| Степени повышения давления воздуха в компрессоре | |||||
| По параметрам между атмосферным давлением и давлением воздуха за выходным диффузором компрессора | ε1 НВ | – | 16,094 | p2 К / pНВ | |
| В лопаточном аппарате компрессора | ε1 ЛА | – | 16,9 | p2 / p1 | |
| Собственно в компрессоре, то есть от входа в первую ступень до входа в камеру сгорания | ε1 К | – | 17,119 | p2 К / p1 |
Таблица.5. Расчет характеристик теплового состояния камеры сгорания
| № | Наименование величины | Обозна- чение | Размерность | Значение | Источник, способ определения |
| Воздух перед камерой сгорания | |||||
| Энтальпия | h2 К | кДж/кг | 622,735 | Из расчета компрессора: h2 + ∆HД К | |
| Давление воздуха | p2 К | бар | 16,093 | Из расчета компрессора: εД К ∙ p2 СА | |
| Температура воздуха | t2 К | OC | 341,6 | Из расчета компрессора, по таблицам: f(h2 К) | |
| Стандартное относительное давление | π02 К | – | 17,795 | Из расчета компрессора, по таблицам: f(h2 К) | |
| Массовая удельная теплоемкость воздуха | c2 К | кДж/(кг ∙ К) | 1,0128 | По таблицам: f(h2 К) или по формуле: h2 К / t2 К | |
| Плотность | ρ2 К | кг/м3 | 9,116 | (p2 К ∙ 102) / (RВ ∙ T2К) | |
| Воздух в камере сгорания | |||||
| Потеря давления воздуха в жаровых трубах | Dp2 КС | бар | 1,415 | Принято по проектным данным | |
| Давление | p2В КС | бар | 14,678 | p2 К – Dp2 КС | |
| Относительное давление с учетом дросселирования воздуха в жаровых трубах | ε1 КС | – | 15,613 | p2В КС / p1 | |
| Стандартное отношение относительных давлений | π02 КС | – | 12,559 | π01 ∙ ε1 КС | |
| Стандартная энтропия воздуха в камере сгорания | s02 КС | кДж/(кг ∙ К) | 7,3372 | Таблицы, f(π02 КС) | |
| Приращение энтропии | ∆sКС | кДж/(кг ∙ К) | 0,0963 | s02 В – s02 КС | |
| Удельная энтропия | s2 КС | кДж/(кг ∙ К) | 6,6636 | s1 + ∆sКС | |
| Температура воздуха | t2В КС | OC | 285,6 | Таблицы, f(π02 КС) | |
| Энтальпия воздуха | h2В КС | кДж/кг | Таблицы, f(t2В КС) | ||
| Плотность воздуха | ρ2 В КС | кг/м3 | 9,148 | (p2В КС ∙102 ∙) / (RВ ∙ T2В КС) | |
| Массовая удельная теплоемкость воздуха | cВ 2 | кДж/(кг ∙ К) | 1,0414 | Таблицы, f(t2В КС) | |
| Характеристики продуктов сгорания в жаровой трубе | |||||
| Теоретический объём воздуха | V0 | м3/м3 | 9,4012 | (3.7) | |
| Объем трехатомных газов | VRO2 | м3/м3 | 0,993 | (3.8) | |
| Объем азота | VN2 | м3/м3 | 7,4332 | (3.9) | |
| Объем водяных паров: а) в камере сгорания б) перед ГТ | VH2О | м3/м3 | 2,2306 | (3.10) | |
| Коэффициент избытка воздуха в КС: а) в камере сгорания б) перед ГТ | aКС a 3 | – – | 1,6 3,097 | Здесь aКС – в жаровых трубах. Принято. | |
| Примечание. Коэффициент избытка первичного воздуха (aКС) зависит от конструкции камеры сгорания и вида сжигаемого топлива. Обычно a1 = 1,05¸1,6. | |||||
| Избыток воздуха: а) в камере сгорания б) перед ГТ | ∆VB | м3/м3 | 5,6407 19,7143 | (3.12) | |
| Суммарный объем продуктов полного сгорания топлива: а) в камере сгорания б) перед ГТ | VГ | м3/м3 | 16,2975 30,5977 | (3.13) | |
| Коэффициент избытка воздуха за ГТД | a 4 | – | 3,559 | (3.14) | |
| Влажность газа | dг | г/м3 | 8,0 | Исходные данные | |
| Объемные доли продукта полного сгорания топливной смеси в жаровых трубах и перед первой ступенью | |||||
| Трехатомный газ: а) в камере сгорания б) перед ГТ | rRO2 | – | 0,0609 0,0324 | VRO2 / VГ | |
| Азот: а) в камере сгорания б) перед ГТ | rN2 | – | 0,4561 0,2429 | VN2 / VГ | |
| Водяной пар: а) в камере сгорания б) перед ГТ | rH2O | – | 0,1369 0,0803 | VH2O / VГ | |
| Воздух: а) в камере сгорания б) перед ГТ | rB | – | 0,3461 0,6443 | ∆VB / VГ | |
| Расчет теоретической температуры горения | |||||
| Молекулярная масса газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов) | mГ | кг/кмоль | 28,049 | ∑(mi ∙ ri) | |
| Газовая постоянная газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов): а) в камере сгорания б) перед ГТ | RГ | кДж/(кг∙К) | 0,2964 0,2939 | 8,3145 /μГ | |
| Молярная энтальпия газообразного продукта сгорания топлива, соответствующая теоретической температуре горения: а) в камере сгорания б) перед ГТ | HТ | кДж/кмоль | (QРН ∙ VН + HПГ(tПГ))∙1+ HB(t2 В) ∙ V0 ∙ (a-1) | ||
| Молярная энтальпия водяных паров: t = 600 OC t = 650 OC t = 700 OC t = 750 OC t = 800 OC t = 850 OC t = 900 OC t = 950 OC t = 1000 OC t = 1050 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC t = 1250 OC t = 1300 OC t = 1350 OC | HH2O | кДж/кмоль | Таблицы, HH2O = f(t) | ||
| Молярная энтальпия трехатомных газов (подсчитано по CO2): t = 600 OC t = 650 OC t = 700 OC t = 750 OC t = 800 OC t = 850 OC t = 900 OC t = 950 OC t = 1000 OC t = 1050 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC t = 1250 OC t = 1300 OC t = 1350 OC | HRO2 | кДж/кмоль | Таблицы, HRO2 = f(t) | ||
| Молярная энтальпия азота: t = 600 OC t = 650 OC t = 700 OC t = 750 OC t = 800 OC t = 850 OC t = 900 OC t = 950 OC t = 1000 OC t = 1050 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC t = 1250 OC t = 1300 OC t = 1350 OC | HN2 | кДж/кмоль | Таблицы, HN2 = f(t) | ||
| Молярная энтальпия воздуха: t = 600 OC t = 650 OC t = 700 OC t = 750 OC t = 800 OC t = 850 OC t = 900 OC t = 950 OC t = 1000 OC t = 1050 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC t = 1250 OC t = 1300 OC t = 1350 OC | HВ | кДж/кмоль | Таблицы, HВ = f(t) | ||
| Энтальпия газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов) при aКС = 1,6: t = 850 OC t = 900 OC t = 950 OC t = 1000 OC t = 1050 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC t = 1250 OC t = 1300 OC t = 1350 OC | H Г | кДж/кмоль | 36395,101 38220,347 40059,742 41912,923 43779,764 45659,065 47549,59 49450,813 51362,785 53286,187 55217,736 | rH2O ∙ HH2O + rRO2 ∙ HRO2 + rN2 ∙ HN2 + rB ∙ HВ | |
| Энтальпия газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов) при a1СТ = 3,097: t = 850 OC t = 900 OC t = 950 OC t = 1000 OC t = 1050 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC t = 1250 OC t = 1300 OC t = 1350 OC | H Г | кДж/кмоль | 35309,065 37064,645 38832,506 40612,921 42403,963 44206,849 46019,535 47841,746 49673,02 51514,193 | rH2O ∙ HH2O + rRO2 ∙ HRO2 + rN2 ∙ HN2 + rB ∙ HВ | |
| Приращение температуры горения: а) в камере сгорания б) перед ГТ | DtТ | OC | 1331,4 897,02 | Определяется интерполяцией при соблюдении условия: HТ = HГ | |
| Теоретическая температура горения: а) в камере сгорания б) перед ГТ | tТ | OC | t2 В + DtТ | ||
| Расчет действительной температуры горения | |||||
| Молярная энтальпия газообразного продукта сгорания топлива, соответствующая действительной температуре горения: а) в камере сгорания б) перед ГТ | HД | кДж/кмоль | [QРН ∙ VН + HB(t2 В) + HПГ(tПГ)] ∙ ηТП Где: Q – кДж/м3; H – кДж/кмоль; VН = 22,414 м3/кмоль – объем 1 кмоля любого газа при НФУ; ηТП = 0,955 – КПД теплового процесса горения | ||
| Энтальпия газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов) | H 3 | кДж/кмоль | H3 = HД | rH2O ∙ HH2O + rRO2 ∙ HRO2 + rN2 ∙ HN2 + rB ∙ HВ. ПРИМЕЧАНИЕ. Алгоритм расчета аналогичен выше приведенному алгоритму расчета HГ. | |
| Приращение действительной температуры горения: а) в камере сгорания б) перед ГТ | DtД | OC | 1264,0 843,4 | Определяется путем интерполяции при соблюдении условия: HД = H3 | |
| Действительная температура горения (Действительная температура газов): а) в камере сгорания б) перед ГТ | t3 | OC | t2 В + DtД | ||
| Молярная теплоемкость водяных паров при t = t3 (перед ГТ) | CpH2O | кДж/(кмоль∙К) | 46,951 | Таблицы, CpH2O = f(t) | |
| Молярная теплоемкость трехатомных газов при t = t3 (перед ГТ) | CpRO2 | кДж/(кмоль∙К) | 58,447 | Таблицы, CpRO2 = f(t) | |
| Молярная теплоемкость азота при t = t3 (перед ГТ) | CpN2 | кДж/(кмоль∙К) | 36,826 | Таблицы, CpN2 = f(t) | |
| Молярная теплоемкость воздуха при t = t3 (перед ГТ) | CpВ | кДж/(кмоль∙К) | 35,037 | Таблицы, CpВ = f(t) | |
| Молярная теплоемкость газообразного продукта сгорания топлива | Cp 3 | кДж/(кмоль∙К) | 37,183 | rH2O ∙ CpH2O + rRO2 ∙ CpRO2 + rN2 ∙ CpN2 + rB ∙ CpВ | |
| Массовая теплоемкость газообразного продукта сгорания топлива (перед ГТ) | cp 3 | кДж/(кг∙К) | 1,3145 | Cp 3 / mГ | |
| Массовая энтальпия газообразного продукта сгорания топлива | h3 | кДж/кг | 1949,66 | H 3 / mГ | |
| Плотность газообразного продукта сгорания топлива | ρ3 | кг/м3 | 3,3673 | (p2В КС ∙102) / (RГ ∙ T3) |
Таблица 6. Расчет характеристик продуктов сгорания и воздуха в процессе адиабатного расширения в газовой турбине
| № | Наименование величины | Обозна- чение | Размерность | Значение | Источник, способ определения |
| Параметры газообразного продукта сгорания на входе в ГТД | |||||
| Температура | t3 | OC | Из расчета КС | ||
| Массовая теплоемкость | cp 3 | кДж/(кг∙K) | 1,3145 | Из расчета КС | |
| Массовая энтальпия | h3 | кДж/кг | 1949,66 | См. табл. 5 | |
| Плотность | ρ3 | кг/м3 | 3,3673 | Из расчета КС | |
| Стандартная массовая энтропия компонентов продуктов сгорания | s03 RO2 s 03 H2O s 03 N2 s 03 В | кДж/(кг∙K) | 13,8778 6,225 8,5506 8,4314 | Таблицы, s03 = f(t3) | |
| Стандартная энтропия смеси газов на входе в ГТД | s03 | кДж/(кг ∙ К) | 8,8382 | rH2O ∙ s03 H2O + rRO2∙ s03 RO2 + rN2 ∙ s03 N2 + rВ ∙ s03 В | |
| Давление газа (продуктов сгорания) на входе в первую ступень ГТ, с учетом аэродинамических потерь в КС | p3 | бар | 11,419 | pКС ∙ ηаЖТ, где: ηаЖТ = 0,778 – коэффициент аэродинамического сопротивления (аэродинамический КПД) жаровых труб камеры сгорания | |
| Изменение энтропии в камере сгорания | ∆s2–3 | кДж/(кг ∙ К) | 1,501 | s03 – s02В КС | |
| Действительная энтропия на входе в ГТД | s3 | кДж/(кг ∙ К) | 8,1646 | s2 + ∆s2–3 | |
| Расчет давлений за последней ступенью ГТД и на входе в КУ | |||||
| Перепад давлений в газовом тракте “выхлоп ГТД – атмосфера” | ∆pГВТ | бар (кПа) | 0,017 1,74 | Здесь принято по данным испытаний. | |
| Давление газов за выходным диффузором ГТД | pН | бар | 1,01692 | pНВ + ∆pГВТ | |
| Степень повышения давления в диффузоре ГТД | εД ГТ | – | 1,01 | Рекомендации: 1,01¸ 1,1 | |
| Давление газов за последней ступенью ГТ | p4 | бар | 1,00685 | pН / εД ГТ | |
| Повышение давления в диффузоре | ∆pД ГТ | бар | 0,01007 | pН – p4 | |
| Степень расширения газов в ГТ (относительное давление) | ε2 | – | 9,6916 | p3 / p4 | |
| Потеря давления в диффузоре, соединяющем ГТ с КУ | ∆pДИФ | бар | 0,025 | Принято по данным испытаний: 0,02 ¸ 0,03 | |
| Давление газов на входе в КУ | p4 КУ | бар | 0,98185 | p4 – ∆pДИФ | |
| Оценка температуры газов на выходе из последней ступени ГТД в действительном процессе без учета воздуха на охлаждение проточной части (рабочее тело ГТД – воздух) | |||||
| Стандартная молярная энтропия перед ГТ | S03 | кДж/(моль∙K) | 244,259 | Таблицы (атмосферный воздух): f(t3) | |
| Универсальная газовая постоянная | μR | кДж/(моль∙K) | 8,314 | [3] | |
| Стандартная молярная энтропия в конце изоэнтропийного процесса ГТ | S04 t | кДж/(моль∙K) | 224,0689 | S03 - μR ln (p3 / p4) | |
| Температура рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ | t4 t | OC | 539,05 | Таблицы (атмосферный воздух): f(S04 t) | |
| Энтальпия рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ | h4t В | кДж/кг | 835,53 | Таблицы (атмосферный воздух): f(S04 t) | |
| Удельная работа в теоретическом процессе | ℓТ t | кДж/кг | 1114,13 | h3 – h4 t | |
| Удельная работа в действительном процессе | ℓТ | кДж/кг | 1013,86 | ℓТ t ∙ ηтoi | |
| Энтальпия рабочего тела в действительном процессе за последней ступенью ГТ | h4 | кДж/кг | 935,8 | h3 – ℓТ | |
| Теплосодержание трехатомных газов: t =450 OC t =500 OC t = 550 OC t = 600 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC | h RO2 | кДж/кг | 642,6 700,0 758,5 817,8 1449,0 1514,7 1580,9 | Таблицы, h RO2 = f(t) | |
| Теплосодержание водяных паров: t =450 OC t =500 OC t = 550 OC t = 600 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC | h H2O | кДж/кг | 1385,2 1490,9 1598.3 1707,5 2895,9 3023,7 3152,9 | Таблицы, h H2O = f(t) | |
| Теплосодержание азота: t =450 OC t =500 OC t = 550 OC t = 600 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC | h N2 | кДж/кг | 754,5 809,5 865,1 921,3 1509,3 1570,2 1631,3 | Таблицы, h N2 = f(t) | |
| Теплосодержание воздуха: t =450 OC t =500 OC t4В = 545 OC t = 550 OC t = 600 OC t = 1100 OC t = 1150 OC t = 1200 OC | hВ | кДж/кг | 738,1 792,4 841,9 847,3 902,8 1483,0 1543,0 1603,3 | Таблицы, hВ = f(t) Примечание. t4В = 539 OC – температура рабочего тела за последней ступенью ГТД, смотри ниже. | |
| Энтальпия газовой смеси: t =450 OC t =500 OC t = 550 OC t = 600 OC | h4 Г | кДж/кг | 790,818 812,654 834,772 857,18 | rH2O ∙h H2O + rRO2 ∙h RO2 + rN2 ∙h N2 + rВ ∙hВ | |
| Температура рабочего тела за последней ступенью ГТД | t4 | OC | 629,2 | Определяется путем интерполяции при условии: h4 = h4 Г | |
| Воздух ГТД | |||||
| Теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания 1 м3, то есть воздух принявший участие в реакции горения при a = 1 | V0 | м3/м3 | 9,4012 | Определено при расчете КС | |
| Коэффициент избытка воздуха в КС | aКС | – | 1,6 | Определено при расчете КС | |
| Избыток воздуха в продукте сгорания топлива | ∆VB | м3/м3 | 5,6407 | Определено при расчете КС | |
| Доли воздуха, отбираемого из компрессора на охлаждение ГТД | |||||
| после 5-ой ступени компрессора | βВО 5 | % | 0,03 | ||
| после 7-ой ступени компрессора | βВО 7 | % | 0,2 | ||
| после 10-ой ступени компрессора | βВО 10 | % | 2,55 | ||
| после последней ступени компрессора через ВВТО | βВО 15 + βВВТО 15 | % | 10,22 | 5,8 + 4,42 | |
| Суммарная доля воздуха отбираемого из компрессора на охлаждение ГТД | β | – | 0,13 | βВО 5 + βВО 7 + βВО 10 + βВО 15 + βВВТО [Инструкция по эксплуатации ГТД] | |
| Суммарный расход воздуха компрессора | VК | м3/м3 | 17,2896 | aКС ∙ V0 / (1 – β) | |
| Объемные доли воздуха, поступающего в ГТД при температуре: t = t3 t = t2 (5) t = t2 (7) t = t2 (10) t = t2 В t = tВВТО = 150 ОС | rВКС rВО 5 rВО 7 rВО 10 rВО 15 rВВТО | – – – – – – | 0,34611 0,00033 0,00212 0,02705 0,06153 0,04689 | ∆VB / VГ βВО 5 ∙ (VК / VГ) βВО 7 ∙ (VК / VГ) βВО 10 ∙ (VК / VГ) βВО 15 ∙ (VК / VГ) βВВТО ∙ (VК / VГ) | |
| Теплосодержания потоков воздуха охлаждения на входе в ступени ГТД в действительном процессе при температуре: t = t3 t = t2 (5) t = t2 (7) t = t2 (10) t = t2 В t = tВВТО = 150 ОС | h3 h2 (5) h2 (7) h2 (10) h2 (15) h2 ВВТО | кДж/кг кДж/кг кДж/кг кДж/кг кДж/кг кДж/кг | 1949,66 462,8 506,1 558,2 620,4 424,4 | Таблицы, h = f(t) | |
| Работа ГТД | |||||
| Полезная работа, совершенная газом, поступающим из камеры сгорания в ГТД | ℓт Г КС | кДж/кг | 1053,54 | h3 – (rRO2 ∙h RO2+ rH2O ∙h H2O+ rN2 ∙h N2 + rВКС ∙ h4 В) | |
| Работа, затраченная продуктами сгорания в ГТД на нагрев воздуха | (ℓт)В ОХЛ | кДж/кг | 40,82 | rВО 5 ∙(h4 В – h2 (5)) + rВО 7 ∙ (h4 В – h2 (7)) + rВО 10 ∙ (h4 В – h2 (10)) + rВО 15 ∙ (h4 В – h2 (15)) + rВВТО ∙ (h4 В – h2 ВВТО) | |
| Действительная работа ГТД с учетов поступления воздуха на охлаждение проточной части ГТД | (ℓт)ОХЛ | кДж/кг | 1012,72 | ℓт Г КС – (ℓт)В ОХЛ | |
| Энтальпия газов за последней ступенью ГТД с учетом охлаждения проточной части | h4 ОХЛ | кДж/кг | 936,94 | h4СМ = h4 ОХЛ | |
| Расчет температуры газообразного продукта сгорания топливной смеси на выходе из последней ступени ГТД (t4) с учетом воздуха на охлаждение проточной части | |||||
| Теплосодержание трехатомных газов: t =450 OC t =500 OC t = 550 OC t = 600 OC | h RO2 | кДж/кг | 642,6 700,0 758,5 817,8 | Таблицы, h RO2 = f(t) | |
| Теплосодержание водяных паров: t =450 OC t =500 OC t = 550 OC t = 600 OC | h H2O | кДж/кг | 1385,2 1490,9 1598,3 1707,5 | Таблицы, h H2O = f(t) | |
| Теплосодержание азота: t =450 OC t =500 OC t = 550 OC t = 600 OC | h N2 | кДж/кг | 754,5 809,5 865,1 921,3 | Таблицы, h N2 = f(t) | |
| Теплосодержание воздуха: t =450 OC t =500 OC t = 550 OC t = 600 OC | hВ | кДж/кг | 738,1 792,4 847,3 902,8 | Таблицы, hВ = f(t) | |
| Энтальпия газовой смеси | h4 Г ОХЛ | кДж/кг | 936,94 | rH2O ∙h H2O + rRO2 ∙h RO2 + rN2 ∙h N2 + rВ ∙ h4 В + h4 В ∙ ∑ri | |
| Температура рабочего тела за последней ступенью ГТД | t4 | OC | 483,4 | Определяется путем интерполяции при условии: h4 ОХЛ = h4 Г ОХЛ | |
| КПД ГТД | |||||
| Относительный внутренний КПД с учетом охлаждения проточной части | (ηтoi)ОХЛ | – | 0,9089 | (ℓт)ОХЛ / ℓТ t , где: (ℓт)ОХЛ = 762,237; ℓТ t = 891,8. | |
| Снижение экономичности ГТД от охлаждения лопаточного аппарата | ∆ ηтoi | – | 0,0011 | ηтoi – (ηтoi)ОХЛ |
Таблица 7. Расчет мощности ГТУ
Поиск по сайту: