Тепловой расчет цикла гту
Исходные данные представлены в таблице 1.
Таблица 1.
|
Наименование показателя |
Обозначение |
Размерность |
Значение |
|
Температура перед ТВД |
Тг |
K |
1120 |
|
Полезная мощность |
Nе |
МВт |
32 |
|
Эффективный КПД , не менее |
ɳe |
% |
33,1 |
1.1. Тепловая схема
Проектируемая ГТУ - простого открытого цикла, двухвальная установка мощностью 32 МВт.
Тепловая схема MS 5002E представлена на графическом документе 141100.311122.12.03.
1.2. Предварительный тепловой расчет
Основной задачей предварительного расчёта является определение оптимального отношения давлений в цикле, обеспечивающего максимальную экономичность для базовой ГТУ.
Исходные данные для расчета:
Эффективная мощность ГТУ Ne=32 МВт;
Температура газа перед ТВД Тг=1393 К;
Температура наружнего воздуха Тв=288 К;
Атмосферное давление Ратм=101300 Па;
КПД турбины (ТВД) т1=0.92
КПД турбины (СТ) т2=0.92
КПД компрессора к=0.870
КПД камеры сгорания кс=0.995
Механический КПД мех=0.980
Расход охлаждающего воздуха qохл=0.08
Расход утечек воздуха через уплотнения qут=0.01
Расход топлива qтоп=0.02
Гидравлические потери по тракту zтр=0.03
Условный коэффициент 1=0.93
Условный коэффициент 2=0.97
Удельная теплоёмкость в компрессоре Cpк=1.01 кДж/(кг К);
Показатель адиабаты (для компрессора) kк=1.4
Комплекc m=0.286
Удельная теплоёмкость в турбине Cрт=1.13 кДж/(кг К);
Показатель адиабаты (для турбины) kт= 1.33
Комплекс m=0.248
Удельная теплоёмкость в камере сгорания Cркс=1.12 кДж/(кг К);
Расчеты проводятся по методике, изложенной в [1], результаты расчета сведены в таблицу 2.
Предварительный расчет тепловой схемы ГТУ
Таблица 2.
|
№ п/п |
Величина |
Обозна чение |
Расчетная формула |
Размерность |
Варианты | |||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 | |||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
1 |
Степень повышения давления в компрессоре |
|
Задаем |
- |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
|
2 |
Комплекс работы сжатия компрессора |
|
|
- |
1.126 |
1.168 |
1.208 |
1.247 |
1.284 |
1.319 |
1.354 |
1.387 |
|
3 |
Удельная работа сжатия компрессора |
|
|
кДж/кг |
376.5 |
390.7 |
404.2 |
417.1 |
429.5 |
441.3 |
452.8 |
463.9 |
|
4 |
Температура воздуха за компрессором |
|
|
К |
661.0 |
675.0 |
688.3 |
701.1 |
713.4 |
725.1 |
736.5 |
747.4 |
|
5 |
Суммарная степень расширения в турбинах |
|
|
- |
13.58 |
15.00 |
16.00 |
16.49 |
17.46 |
18.43 |
19.40 |
20.37 |
|
6 |
Удельная работа расширения ТВД |
|
|
кДж/кг |
413.1 |
428.7 |
443.5 |
457.6 |
471.2 |
484.3 |
496.8 |
508.9 |
|
7 |
Температура продуктов сгорания за ТВД |
ТТ1 |
|
К |
1027.4 |
1013.7 |
1000.6 |
988.0 |
976.0 |
964.5 |
953.3 |
942.6 |
Окончание таблицы 2.
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
8 |
Степень расширения продуктов сгорания в ТВД |
|
|
- |
3.87 |
4.11 |
4.36 |
4.62 |
4.89 |
5.16 |
5.44 |
5.73 |
|
9 |
Степень расширения продуктов сгорания в свободной силовой турбине |
|
|
- |
3.51 |
3.65 |
3.67 |
3.57 |
3.57 |
3.57 |
3.57 |
3.56 |
|
10 |
Удельная работа расширения силовой турбины |
|
|
кДж/кг |
285.8 |
289.3 |
286.6 |
278.0 |
274.9 |
271.6 |
268.2 |
264.7 |
|
11 |
Удельная эффективная работа |
|
|
кДж/кг |
271.7 |
275.0 |
272.5 |
264.3 |
261.3 |
258.2 |
255.0 |
251.6 |
|
12 |
Температура продуктов сгорания за силовой турбиной |
|
|
К |
787.0 |
770.3 |
759.4 |
754.1 |
744.7 |
735.9 |
727.7 |
719.9 |
|
13 |
Количество теплоты воздуха, поступающего в камеру сгорания |
|
|
кДж/кг |
607.5 |
620.4 |
632.6 |
644.4 |
655.7 |
666.5 |
676.9 |
687.0 |
|
14 |
Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС |
|
|
кДж/кг |
835.1 |
822.2 |
809.9 |
798.2 |
786.9 |
776.1 |
765.7 |
755.6 |
|
15 |
Эффективный КПД |
|
|
- |
0.325 |
0.334 |
0.336 |
0.331 |
0.332 |
0.333 |
0.333 |
0.333 |
По результатам предварительного расчета тепловой схемы строим зависимости Не=f(К) и е= f(К), и на их основании выбираем оптимальную степень повышения давления в компрессоре (рис 1).