Определение параметров рабочего тела в осевом компрессоре
Параметры рабочего тела в компрессоре ГТУ-115-1170 определяем, используя совмещенную характеристику установки (рис. 2.2).
1. Относительная (удельная) приведенная частота вращения
|
|
.
Приведенная частота вращения ротора ГТУ
|
|
с-1.
2. Приведенный расход воздуха через компрессор.
По характеристике
(рис. 2.2) с помощью величин
и
Тнт определяем удельный приведенный
расход воздуха:
=
1,037, а также приведенный расход воздуха:
|
|
кг/с.
Рис. 2.2. Совмещенная характеристика ГТЭ-115-1170 (ХТЗ)
Gо
= 395 кг/с;
= 0,1013 МПа;
= 288 К; nо
= 3000 об/мин;
= ηк
+ 0,007
3. Степень повышения давления в компрессоре определяем по величинам и Тнт (рис. 2.2): πк = 13,195.
4. Изоэнтропийный КПД компрессора определяем по величинам и Тнт (рис. 2.2): ηк = 0,853.
5. Давление воздуха на входе в проточную часть компрессора (здесь и далее используются параметры «полного торможения»):
|
|
МПа.
Величину потери
давления на входе в компрессор
можно принять в интервале
= 0,0008 ÷ 0,0013 МПа.
В первом приближении = 0,0011 МПа.
6. Физический расход воздуха через компрессор в нерасчетном режиме:
|
|
кг/с.
7. В дальнейшем определяем удельную работу сжатия воздуха в компрессоре и температуру этого воздуха за компрессором. Расчет этих величин проводим методом последовательных приближений по среднеарифметической величине теплоемкости.
В первом приближении принимаем Ткк = 608,33 К.
Среднеинтегральная теплоемкость воздуха определяется по формуле (1.8):
|
|
.
Теплоемкость воздуха при Тнв равна:
|
|
кДж/(кг·К).
Теплоемкость воздуха при Ткк
|
|
кДж/(кг·К).
Среднеарифметическая величина теплоемкости в интервале температур Тнв - Ткк:
|
|
кДж/(кг·К).
Удельная работа сжатия воздуха в компрессоре
|
кДж/кг,где Rв = 0,287 кДж/(кг·К) – газовая постоянная воздуха.
Температура воздуха за компрессором
|
К.8. Давление воздуха за компрессором
|
|
МПа .
9. В тепловой схеме ГТУ предусмотрено охлаждение большинства горячих деталей газовой турбины воздухом, отбираемым из проточной части компрессора (см. рис. 1.1). Охлаждаются как сопловые, так и рабочие лопатки проточной части ГТ, элементы ротора и статора. Для этой цели выполняются теплогидравлические расчеты всех элементов системы охлаждения, в результате чего определяют:
- необходимые количества охлаждающего воздуха;
- требуемые давления воздуха, отбираемого для охлаждения из проточной части компрессора и направляемого в соответствующие элементы ГТ.
В данном примере, на основании заводских данных расчета тепловой схемы ГТ-115-1170, принимается, что отборы воздуха на охлаждение осуществляются после 10, 12 и последней, 15-й, ступени компрессора.
Пользуясь этими данными, рассчитываем параметры воздуха в точках отбора его из компрессора.
а) За 10-й ступенью ОК
Gохл 10 = 5,24 кг/с; π10 = 6,0 – заводские данные.
Методом последовательных приближений, по аналогии с расчетом всего компрессора, определяем температуру за 10-й ступенью ОК и удельную работу сжатия воздуха.
Принимаем в первом приближении
Т10 = 478,17 К; Сp.h 10 = 1,013 кДж/(кДж·К).
Среднеарифметическая величина теплоемкости в интервале температур Тнв - Т10
|
|
кДж/(кг·К).
Удельная работа сжатия воздуха
|
кДж/кг .
Температура воздуха за 10-й ступенью компрессора
|
|
К .
б) За 12-й ступенью ОК
Gохл 12 = 11,19 кг/с; π12 = 8,10 – заводские данные.
Методом последовательных приближений, по аналогии с расчетом всего компрессора, определяем температуру за 12-й ступенью ОК и удельную работу сжатия воздуха.
Принимаем в первом приближении
Т12 = 524,54 К; Сp.h 12 = 1,016 кДж/(кДж·К).
Среднеарифметическая величина теплоемкости в интервале температур Тнв - Т12
|
|
кДж/(кг·К).
Удельная работа сжатия воздуха
|
кДж/кг .
Температура воздуха за 12-й ступенью компрессора
|
|
К .
в) За компрессором
Gохл 15 = 45,73 кг/с – заводские данные.
Ранее были определены величины:
πк = 13,195, Нк = 291,175 кДж/кг, Ткк = 608,326 К.
Продолжим определение параметров рабочего тела в осевом компрессоре ГТУ.
10. Расход воздуха за компрессором, поступающий в камеру сгорания (КС) ГТУ:
|
Величину утечек воздуха из уплотнений ротора и другие принимаем из интервала 0,3 - 0,5 от Gк: Gут = 0,005Gк = 0,005·424,2 = 2,121 кг/с.
Дополнительно определяем:
- долю воздуха, поступающего в камеру сгорания ГТУ
|
|
- долю охлаждающего воздуха
|
.
11. Внутренняя мощность, потребляемая компрессором ГТУ:
|
Термодинамические свойства воздуха и продуктов сгорания можно определить, пользуясь таблицами [6, прил. 8]. В них используются величины показателя состава газов β и молекулярная масса μ (для воздуха эти величины равны соответственно βв = 1,0 и μв = 28,97). По температуре воздуха за компрессором определяем энтальпию 1 кг воздуха
|
|
кДж/кмоль,
кДж.