Сығымдағыштар мен жылулық қозғалтқыштар

Кіріспе

Пәндік жұмыс “Сығымдағыштар мен жылулық қозғалтқыштар” курсынан алған теориялық білімдерін тереңдету және бекіту үшін белгіленген.

Пәндік жұмысты орындау алдында жылутехника, энергетикалық қондырғылар және газтурбиналы қондырғылар негіздері жөнінді дәріс оқылуы қажет.

Жұмыста газтурбиналы қондырғының жылулық есебі және шартты отын шығысын есептеу қарастырылған.

Тапсырма нұсқалары 1кестеде келтірілген.

1 К е с т е – Газтурбиналы қондырғының берілген мәліметтері

Нұсқа	Электірлік қуат, Nэ , кВт	Газ турбина кірісіндегі газ температурасы, t3 , oC	Сығымдағыш кірісіндегі ауа температурасы, t1 , oC	Регенерация дәрежесі, R
15	6000	660	16	0,7

Есептің өткізу мәліметтері:

ГТҚ-ның механикалық ПӘК-і – η_м = 0,995;

турбинаның ішкі келтірілген ПӘК-і η_oi = 0,88;

электр генератордың ПӘК-і – η_г = 0,96;

сығымдағыштың ПӘК-і η_к = 0,85;

жану камерасының тиімділік коэффициенті η_кс = 0,99;

регенерация дәрежесі R = 0,7;

сығымдығыш кірісіндегі ауа температурасы t₁ = 16 ^оС;

газ турбина кірісіндегі газ температурасы t₃ = 660 ^оС;

электрлік қуат мөлшері N_э = 6000 кВт.

1. Қарапайым регенеративті ГТҚ-ның жылулық есебі

Ауа мен газ температурасы мөлшері:

Т₁ = t₁ + 273 = 16 + 273 = 289 ^оК; Т₃ = t₃ + 273 = 660 + 273 = 933 К ;

ГТҚ атқаратын пайдалы жұмыс мөлшері: ℓ_п = ℓ_т – ℓ_к ; әлде

ℓ_п = (С_р∙Т₁/ η_к)∙[(P₂/P₁)^(k-1)/k –1]∙{(T₃/T₁)∙[(η_oi∙η_к)/(P₂/P₁)^(k-1)/k] –1}; ( 1 )

мұнда: қысым жоғарлату дәрежесі (сығылу коэффициенті) λ = P₂/P₁;

адиабата дәрежесі k = 1,41 .

Сығымдағыштағы тиімді қысым жоғарлату дәрежесінің мөлшерін (λ_опт) табу үшін (1) теңдеуінің оң жағының туындысын нөлге теңдеу арқылы табуға болады.

Егер (1) теңдеуіндегі келесі мөлшерлерге басқаша белге берсек:

(k – 1)/ k = m; (С_р∙Т₁/ η_к) = α; (Т₃/Т₁)∙η_oi∙η_к = β;

келесіні табамыз: ℓ = α∙(λ^m – 1)∙( β/λ^m – 1);

мысалы ℓ = у ; λ^m = х тең болса, онда у = α∙( х – 1)∙( β/х – 1);

өзгерту ден соң: у = ( β – х – β∙х ^-1 + 1);

туынды: у' = α∙( -1 + β∙х ^-2); α∙( β/х² – 1) = 0; β/х² – 1 = 0; β/х² = 1;

___

х² = β; х = √ β ;

Есеп өткіземіз: β = (Т₃/Т₁)∙η_oi∙η_к = ( 933/ 289)∙0,88∙0,85 = 2,415;

х мөлшерін табамыз:

__ ______

х = √ β = √ 2,467 = 1,554;

сонымен λ^m = 1,554; m = (k – 1) / k = (1,41 – 1)/ 1,41 = 0,29 ;

λ^0,29 = 1,57 ; λ_опт = (1,554)^{1/ 0,29} = 4,572;

Ең жоғары пайдалы жұмыс мөлшері (ℓ_п) тиімді қысым жоғарлату дәрежесінің λ_опт кезінде болады.

Сығымдағыштың меншікті жұмыс мөлшері:

ℓ_к = С_р∙( Т₁ – Т₂) = С_р∙∆Т_к ;

Сығымдағыштағы ауаның температура жоғарлауы:

∆Т_к = Т₁∙( λ^m – 1)∙( 1 / η_к) = 289∙( 1,554 – 1)∙( 1/ 0,85) = 188,36 К;

Сығымдағыштың меншікті жұмыс мөлшері:

ℓ_к = С_р∙∆Т_к = 1,0∙188,36 = 188,36 кДж/кг;

Турбинадағы меншікті жұмыс мөлшері:

ℓ_т = С_р∙Т₃∙( 1 – 1/ λ^m)∙η_oi = 1∙933∙( 1 – 1/ 1,554)∙0,88 = 292,7 кДж/кг;

Пайдалы жұмыс: ℓ_п = ℓ_т – ℓ_к = 292,7 – 188,36 = 104,34 кДж/кг;

Газдың меншікті шығысы: g=3600/ℓ_п=3600/ 104,34 = 34,5 кг/кВт∙сағ;

Жұмыс газдың толық шығысы:

D_г = g∙(N_э/η_г∙η_м) = 32.528∙(6000/ 0,96∙0,995) = 103153,3 кг/сағ = 56.76 кг/с;

Сығымдағыштын соңғы ауа температурасы:

Т₂ = Т₁ + ∆Т_к = 289 + 188,36= 477.36 К; t₂= 204,36 ^oC;

Турбинадан соңғы газ температурасы:

Т₄ = Т₃ – Т₃∙(1 – 1/ λ^m)∙ η_oi =933 – 933∙( 1 – 1/1,554)∙0,88 = 600,386 К;

t₄ = 327,386 ^oC;

Рененератордан соңғы ауа температурасы:

Т₅ = Т₂ + R∙( Т₄ – Т₂) = 477,36 + 0,7∙( 600,386 – 477.36) = 563,478 К;

ГТҚ-ға меншікті жылу шығысы ГТУ:

q_кс = С_р∙( Т₃ – Т₅)∙( 1/ η_кс) = 1∙(933 – 563,478)∙(1/0,99) = 373,254 кДж/кг;

ГТҚ-ның ішкі ПӘК-і: η_в = ℓ_п / q_кс = 104,34 / 373,254 = 0,280;

Ауаға берілген жылу мөлшері: Q_кс = q_кс∙D_в = В∙q ;

Бұнымен бірге отын шығысы: В = D_г – D_в ;

Осы теңдеулердің бірге өткізілетін шешімдері:

373,254∙D_в = В∙29309; В = 56.76 – D_в ;

373,254∙D_в = (56.76 – D_в)∙29309;

(357.77 / 29309)∙D_в = 56.76 – D_в ;

1,012∙D_в = 56.76;

D_в = 56.76/ 1,012 = 56.08 кг/с;

Шартты отын шығысы:

В = D_г – D_в = 56.76 – 56.08 = 0,68 кг/с = 2448 кг/сағ;

Шартты отынның меншікті шығысы:

b = В / N_э = 2448 / 6000 = 0,408 кг/кВт∙сағ;

Қарапайым регенеративті газ турбиналы қондырғының (ГТҚ) сүлбесі және жылулық құбылысының Т-S диаграммасындағы көрінісі 1-ші және 2-і суреттерде көрсетілген.

1 сурет. Қарапайым регенеративті ГТҚ-ның сүлбесі.

2 Сурет. Қарапайым регенеративті ГТҚ-ның жылулық құбылысының Т-S диаграммасындағы.

2. Диффузорсыз бір сатылы газ турбинаның есебі

Газ турбина есебін өткізу үшін ГТҚ әр нүктесіндегі ауа мен газдың сипаттамаларын табу қажет.

Компрессор алдындағы ауа қысымы мен температурасы:

р₁ = 0,1 МПа , Т₁ = 289 К;

ауаның меншікті көлемі

v₁ = RT₁/P₁ = 287∙289/0,1∙10⁶ = 0,829 м³/кг

Компрессордан шыққан ауа қысымы мен температурасы:

р₂ = λ∙р₁ = 0,475 МПа , Т₂ = 477.36 К;

ауаның меншікті көлемі

v₂ = RT₂/P₂ = 287∙477,36/0,475∙10⁶ = 0,288 м³/кг

Турбина кірісіндегі газдың көрсеткіштері:

р₃ = р₂ = 0,475 МПа, Т₃ = 933 К;

газдың меншікті көлемі

v₃ = RT₃/P₃ = 287∙933/0,475∙10⁶ = 0,564 м³/кг

Турбина шығысындағы газдың көрсеткіштері:

р₄ = (1 + ξ_рег)∙р₁ = (1 + 0,2)∙0,1 = 0,12 МПа, Т₄ = 600,386 К;

газдың меншікті көлемі

v₄ = RT₄/P₄ = 287∙600,386/0,12∙10⁶ = 1,44 м³/кг

Газ шығысы D_г = 56,76 кг/с

Газдың физикалық көрсеткіштері: тұрақтысы R = 287 Дж/(кг∙град),

адиабата көрсеткіші k = 1,41

жылу сиымдылығы С_р = 1 кДж/(кг∙град).

Газ турбинасындағы жылу құламасы

=

=310,4 кДж/кг

Саптамалардағы жылдамдық коэффициентінің мөлшері 0,98 ал орташа диаметрдағы реакция дәрежесі ρ_m = 0,35 мөлшерінде алып, саптама шығысындағы газ жылдамдығын табамыз

= 44,8∙0,98623,62 м/с

мұнда изоэнтропалық жылу құлама мөлшері

h_ос = (1 - ρ_m)h_о = (1 – 0,35)310,4 = 201,7 кДж/кг

Орташа диаметрдағы шеңберлік жылдамдық

u = υ_опт∙с₁ = 0,5∙623 = 311,5 м/с

мұнда оптималды жылдамдық қатынасы υ_oпт = u / c₁ = 0,5.

Жұмыстық қалақтардың беріктігін сақтау үшін шеңберлік жылдамдық мөлшері 320 м/с аспауы дұрыс.

Саптамадан газ шығу бұрышы 14-25°аралығында болады.

Саптамадан шыққан газ қысымы

= 0,475∙ 0,211 МПа

Саптамадан шыққан газ температурасы

=933∙ = 751 К

Саптамадан шыққан газ көлемі

== 1,021 м³/кг

Саптамалар биіктігі

= = 0.051м

мұнда D_cp – сатының орташа диаметры

D_ср = u / πn = 311,5/3,14∙50 = 1,984 м.

Саптаманың астыңғы бекітілу жағындағы реакция дәрежесі

=

= 1 - [1- = 1,65

мұнда r - саптаманың радиустар қатынасы

r = r_к/r_m = 0,992/1,045 = 0,95

r_к - саптама астынан бекітілетін жерінің радиусы

r_к = D_cp/2 = 1,984/2 = 0,992 м

r_m - саптаманың орташа радиусы

r_m = D_m/2 = 2,09/2 = 1,045 м

мұнда D_m = D_ср + 2∙ℓ_с = 1,984 + 2∙0,051 = 2.086 м

Саптаманың астыңғы бекітілу жағындағы реакция дәрежесінің мөлшері ρ_к нөлден жоғары болды, сондықтан есеп дұрыс дейміз.

Жұмыс қалақтарға кірген газдың салыстырмалы жылдамдығы

=

= = 347 м/с

Жұмыс қалақтарға газ кіру бұрышы

^о

Жұмыс қалақтардан газ шығу бұрышы β₂

β₂ = β₁ – 4 = 38 – 4 = 34 ^о

Жұмыс қалақтардан шыққан газдың салыстырмалы жылдамдығы

= 44,7∙ 0,96 = 557,69м/с

Жұмыс қалақтардан шыққан газдың температурасы

= 751∙ = 637,6 К

Жұмыс қалақтардан шыққан газдың меншікті көлемі

= м³/кг

Жұмыс қалақтардың биіктігі

0.052

Бір сатылы газ турбинасының табылған көрсеткіштері талапқа сай, сондықтан ГТҚ-ға табылған шығындар, ПӘК және газ шығысының мөлшерлері есептік болып қалады.

Әдебиеттер тізімі

1. Бақытжанов И.Б. Сығымдағыштар және жылулық қозғалтқыштар: Оқулық. – Алматы, Нур-Принт, - 2015. – 161 б.

2. Бақытжанов И., Иманкұлов Э. Бу және газ турбиналары мен компрессорлар: Оқулық. – Астана: Фолиант, 2010, - 184 б.

3. Цанаев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. –М.: МЭИ, 2002. - 584 б.

4. Бақытжанов И.Б. Бу және газ турбиналар. Оқу құралы. - Алматы.: АЭжБИ, 2008. – 83 б.

5. Бақытжанов И.Б. Бу және газ турбиналар. Пәндік жұмысын орындауға арналған нұсқаулар. – Алматы: АЭжБИ. 2008.-36 бет.

6. Мусабеков Р.А. Сығымдағыштар мен бу турбиналары: Оқу құралы. – Алматы: АЭжБИ. 2005.-84 бет.

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Коммерциялық емес акционерлік қоғам

Жылуэнергетика факультеті

«Жылуэнергетикалық қондырғылар» кафедрасы

«Сығымдағыштар мен жылулық қозғалтқыштар» пәні бойынша

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

Мамандық: 5В071700 «Жылу энергетика»

Орындаған: Нысан Ә.Қ.

Тобы: ТЭCк-13-01

Қабылдаған: доцент Бақытжанов И. Б.

Алматы 2015