Завдання
Визначити ефективний ККД та корисну потужність газотурбінної установки без регенерації тепла з ізобарним підведенням тепла, якщо відомі такі параметри ГТУ: ступінь підвищення тиску , внутрішні відносні коефіцієнти потужності турбіни і компресора , температура повітря перед компресором і витрата повітря через ГТУ . Робоче тіло має властивості повітря (, ), барометричний тиск В=100кПа, механічний ККД турбіни дорівнює , а механічний ККД компресора ГТУ – .
Зобразити схему ГТУ без регенерації і з регенерацією та визначити витрату палива з теплотою згорання в регенеративному циклі зі ступенем регенерації і порівняти отримане значення з витратою палива в циклі без регенерації.
Визначити поверхню регенератора, беручи коефіцієнт теплопередачі і .
Розглянути також цикл ГТУ з утилізацією невикористаної теплоти, у якому ¾ відведеної в циклі теплоти підводить в утилізаційний парогенератор з метою одержання перегрітої водяної пари для парової турбіни. Визначити параметри характерних точок циклу Ренкина ПТУ, питомі витрати тепла і палива комбінованого циклу і зрівняти їх з показниками регенеративного циклу ГТУ, якщо внутрішній відносний коефіцієнт потужності парової турбіни дорівнює .
Таблиця 1 – Вихідні дані:
| кг/с | |||||
| 15 | 840 | 6,5 | 0,86 | 0,86 | 27 |
Рис. 3.1 – Принципова схема ГТУ з ізобарним підведенням тепла
Рис. 3.2 – Ідеальний не регенеративний цикл ГТУ з ізобарним підведенням тепла
| 1–2 – адіабатне стиснення повітря в компресорі при ; |
| 2–3 – ізобарне підведення тепла при ступені зміни температури ; |
| 3–4 – адіабатне розширення в турбіні; |
| 4–1 – ізобарне відведення тепла. |
Ступінь підвищення тиску в компресорі:
1. , ; .
2. ,,
показник адіабати.
3. ;
, .
4. ,
.
Кількість підведеного тепла в циклі:
,
.
Кількість відведеного тепла:
Термічний ККД ідеального циклу:
,
.
.
Робота турбіни:
Питома робота ідеального компресора:
.
Питома корисна робота циклу:
.
Рівняння енергетичного балансу ідеальної ГТУ:
,
де корисна потужність ідеальної ГТУ;
витрата робочого тіла;
масова продуктив
витрата палива, кг/с.
.
.
.
Потужність ідеальної турбіни:
.
Потужність адіабатного компресора з рівняння енергобалансу установки:
.
Питомі витрати тепла і палива :
;
.
Для знаходимо температуру повітря після компресора
.
Питома кількість підведеного тепла:
.
Дійсна питома внутрішня робота компресора:
.
Питома внутрішня робота турбіни:
.
Питома внутрішня робота ГТУ:
.
Механічний ККД ГТУ:
,
.
Внутрішній коефіцієнт потужності установки:
Ефективний коефіцієнт потужності ГТУ:
,
де - коефіцієнт використання тепла палива в камері згорання. Приймаємо .
.
Питома витрата тепла:
.
Питома витрата палива:
.
Секундна витрата палива:
.
Рівняння енергобалансу камери згорання:
,
де – витрата повітря;
– коефіцієнт надлишку повітря.
Секундна витрата повітря:
Розглянемо ГТУ з регенерацією тепла
Рис. 3.3 – Принципова схема ГТУ з регенерацією тепла
Рис. 3.4 – Ідеальний регенеративний цикл ГТУ з ізобарним підведенням тепла
Параметры в точках цикла:
Точка 1
: Р1
=В=0,1 МПа, Т1
=15+273=288К.
Точка 2
: Р2
=β·Р1
=6,5·0,1=0,65 МПа; ;
.
Точка 3
: Р3
=Р2
=0,65 МПа, Т3
=840+273=1113 К.
Точка 4
: Р4
=Р1
=0,1 МПа,.
З виразу ,
.
Точка 5
: Р5
=Р2
=0,65 МПа, розраховуємо температуру після регенератора
,
де ступінь регенерації.
.
Точка 6:
,
.
Для ГТУ з генерацією тепла внутрішній ККД установки визначається за формулою:
,
де внутрішня питома робота ГТУ при ;
– питоме тепло відведення установки з регенерацією.
.
.
.
Рівняння енергобалансу регенератора:
,
де ентальпія повітря після регенератора;
ентальпія повітря на вході в регенератор;
коефіцієнт, що враховує втрати тепла в довкілля. Приймаємо .
.
Поверхня нагріву регенератора при :
,
де К – коефіцієнт теплопередачі від газу до повітря, .
.
З рівняння теплопередачі:
.
.
Середній температурний напір:
.