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
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 продуктивність повітряного компресора ГТУ, кг/с;
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:
