ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 12
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
“Дальневосточный государственный университет путей сообщения”
УТВЕРЖДАЮ:
Зав. кафедрой “ТЖД”
к.т.н., М.В. Яранцев
_________________________
подпись, дата
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГТУ
Курсовая работа по дисциплине “Газотурбинные установки”
ГТУ.XXX.00 - ПЗ
Студент группы
Харбутян Э.А.
__________________________
подпись, дата
Руководитель работы
д.т.н., проф. Коньков А.Ю.
__________________________
подпись, дата
Хабаровск
2023
ФГБОУ ВО “Дальневосточный государственный университет путей сообщения”
кафедра “Транспорт железных дорог”
ЗАДАНИЕ
на выполнение курсовой работы по дисциплине “Газотурбинные установки” на тему “Тепловой расчет ГТУ”
студенту Харбутяну Э.А.
Выполнить расчет циклов ГТУ без регенерации и с регенерацией теплоты уходящих газов с построением диаграмм в координатах pv и Ts. Для цикла с регенерацией теплоты предварительно найти оптимальное значение степени повышения давления, обеспечивающее максимальный КПД установки при заданном значении температуры газов перед турбиной. Выполнить расчет материального баланса камеры сгорания с определением расхода топливного газа заданного состава для обоих циклов. Структура пояснительной записки определена на листе “Содержание”
Исходные данные для расчета:
| Мощность установки Ne, МВт | 6,4 |
| Температура окружающего воздуха T1, К | 275 |
| Степень повышения давления в компрессоре (для цикла без регенерации) π | 12 |
| Температура газов перед турбиной T3, К | 1193 |
| Состав газа, % по объему: | |
| метан CH4 | 95,4 |
| этан C2H6 | 2,6 |
| пропан C3H8 | 0,3 |
| бутан C4H10 | 0,2 |
| пентан C5H12 | 0,2 |
| азот N2 | 1,1 |
| углекислый газ CO2 | 0,2 |
| | |
Срок выполнения работы - 29.01.23 г.
СОДЕРЖАНИЕ
| | лист |
| Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 4 |
| 1 Простейший цикл ГТУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Теоретический цикл . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Действительный цикл . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Показатели цикла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 5 5 9 14 |
| 2 Цикл с регенерацией теплоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Выбор степени регенерации и условие осуществимости цикла . . . 2.2 Оптимальная степень повышения давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Показатели цикла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Построение диаграмм цикла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 16 16 17 20 21 |
| 3 Материальный баланс камеры сгорания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Теплота сгорания топлива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Теоретическое количество воздуха и продуктов сгорания . . . . . . . 3.3 Суммарный коэффициент избытка воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Расход топливного газа и воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 28 28 30 31 33 |
| Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 35 |
| Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 36 |
ВВЕДЕНИЕ
Газотурбинные установки (ГТУ) имеют многие важные преимущества по сравнению с поршневыми двигателями. Газовые турбины имеют относительно небольшие габариты и малую массу, в них нет деталей с возвратно-поступательным движением, они могут выполняться с достаточно большими единичными мощностями. В газовых турбинах отсутствует основной недостаток поршневых двигателей – невозможность расширения рабочего тела в цилиндре двигателя до атмосферного давления.
Практическое применение нашли ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении и постоянном объеме. Им соответствуют идеальные циклы с подводом теплоты в процессе при постоянном давлении и постоянном объеме.
ГТУ широко применяются в различных отраслях народного хозяйства. Газовые турбины являются основным агрегатом современных авиационных турбореактивных двигателей, используются в энергетических системах для покрытия максимальных нагрузок, в приводах нагнетателей на компрессорных станциях магистральных газо- и нефтепроводов, работают в качестве главных и форсажных двигателей на судах морского флота.
Целью курсовой работы является выполнение теплового расчета ГТУ.
Исходя из цели курсовой работы, будут решены следующие задачи:
- выполнен расчет циклов ГТУ без регенерации и с регенерацией теплоты уходящих газов;
- выполнен расчет материального баланса камеры сгорания с определением расхода топливного газа заданного состава.
1 ПРОСТЕЙШИЙ ЦИКЛ ГТУ
Исходными данными для расчета являются:
- температура воздуха на входе в компрессор Т1 = 275 К;
- температура газов перед турбиной Т3 = 1193 К;
- степень повышения давления в простейшей схеме πк = 12.
Расчет выполняется для простейшего цикла, в котором рабочее тело осуществляет цикл, близкий к идеальному циклу газотурбинной установки – циклу с подводом теплоты по изобаре, состоящему из двух изобар и двух адиабат. В качестве базовой схемы выбираем двухвальную ГТУ. Схема установки и цикл в координатах «давление – удельный объем» показаны на рис. 1.1.
К – компрессор; КС – камера сгорания; ТВД – турбина высокого давления; ТНД – турбина низкого давления; Н – полезная нагрузка (нагнетатель)
Рисунок 1.1 - Схема простейшей ГТУ и ее идеальный цикл
1.1 Теоретический цикл
При расчете идеального теоретического цикла (цикла Брайтона) полагаем, что рабочим телом на протяжении всего цикла является идеальный газ – смесь преимущественно двухатомных газов (азот и кислород атмосферного воздуха), для которой принимаем:
– показатель адиабатного процесса k = 1,393;
– газовая постоянная R = 287,8 Дж/(кг К).
Теплоемкость в изобарном и в изохорном cv процессе находятся из решения системы уравнений (1.1) и (1.2)
ср = cv + R, (1.1)
k = cp / cv (1.2)
k = (cv + R) / cv = 1 + (R / cv); (1.3)
cv = 732,3 Дж/(кг К);
ср = 732,3 + 287,8 = 1020 Дж/(кг К)
Газовая постоянная и теплоемкость рабочего тела считаются постоянными, т.е. изменением природы рабочего тела и влиянием температуры на его теплоемкость при расчете цикла пренебрегаем.
Начальными параметрами являются параметры воздуха перед компрессором. Давление перед компрессором, принимаем равным нормальному атмосферному давлению, т.е. 101,32 кПа.
Для всех точек цикла необходимо найти параметры состояния (давление p, температура T, удельный объем v). Для этого следует использовать уравнения термодинамических процессов, составляющих цикл и уравнение состояния идеального газа.
Процесс 1-2 – адиабатный.
Точка 1:
Т1 = 275 К; р1 = 101,32 кПа
Из уравнения состояния идеального газа удельный объем:
v1 = RT1 / p1;
v1 = (287,8 х 275) / (101,32 х 103) = 0,7811 м3/кг
Точка 2:
πк = р2 / р1, (1.4)
откуда
р2 = πк р1;
р2 = 12 х 101,32 = 1215,84 кПа
Из соотношения в адиабатном процессе:
, (1.5)откуда
;
554,4 КИз уравнения состояния идеального газа удельный объем:
v2 = RT2 / p2;
v2 = (287,8 х 554,4) / (1215,84 х 103) = 0,1312 м3/кг
Процесс 2-3 – изобарный.
Точка 3:
р3 = р2 = 1215,84 кПа; Т
3 = 1193 К
Из уравнения состояния идеального газа удельный объем:
v3 = RT3 / p3;
v3 = (287,8 х 1193) / (1215,84 х 103) = 0,2824 м3/кг
Процесс 3-4 – адиабатный.
Процесс 4-1 – изобарный.
Точка 4:
р4 = р1 = 101,32 кПа
Из соотношения в адиабатном процессе:
, (1.6)откуда
;
591,8 КИз уравнения состояния идеального газа удельный объем:
v4 = RT4 / p4;
v4 = (287,8 х 591,8) / (101,32 х 103) = 1,6810 м3/кг
Дополнительно к параметрам состояния рассчитаем удельную энтропию s рабочего тела в характерных точках.
За начало отсчета для энтропии следует принять состояние рабочего тела при стандартных технических условиях p0 =101,325 кПа, T0 =273 К. Тогда для любого известного состояния рабочего тела можно рассчитать удельную энтропию, используя уравнение
(1.7)
7 Дж/(кг К);
7 Дж/(кг К);
789 Дж/(кг К);
789 Дж/(кг К)Результаты расчета приводим к табличной форме (таблица 1.1).
Таблица 1.1 – Результаты расчета идеального цикла
| Параметр (функция) состояния | Точка 1 перед компрессором | Точка 2 после компрессора | Точка 3 перед турбиной | Точка 4 после турбины |
| Температура, К | 275 | 554,4 | 1193 | 591,8 |
| Давление, кПа | 101,32 | 1215,84 | 1215,84 | 101,32 |
| Удельный объем, м3/кг | 0,7811 | 0,1312 | 0,2824 | 1,6810 |
| Удельная энтропия, Дж/(кг К) | 7 | 7 | 789 | 789 |
1.2 Действительный цикл
Действительный процесс сжатия не является изоэнтропийным, т.к. даже при отсутствии теплообмена энтропия в процессе увеличивается вследствие преодоления сил трения газа. Теплообмен, трение и другие потери комплексно учитываются адиабатным КПД компрессора η