На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Работа № 85693


Наименование:


Курсовик Определение наиболее эффективной схемы приводной газотурбинной установки. Термодинамический расчёт различных схем ГТУ

Информация:

Тип работы: Курсовик. Добавлен: 16.03.2015. Сдан: 2014. Страниц: 28 + чертеж. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Введение
«Приводные ГТУ» - сокращённый вариант термина «газотурбинные установки для механического привода» компрессоров, насосов, винта и других потребителей механической энергии. В связи с уникальными запасами природного газа в России и СНГ именно этот тип ГТУ получил у нас наибольшее распространение. В 1998 году парк газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с газотурбинным приводом превысил 3 тысячи единиц только в России.
Конструктивный облик установленных ГТУ крайне многообразен. Последнее связано с наличием машин нескольких поколений отечественных и зарубежных фирм. В разработке и создании газотурбинных двигателей третьего поколения принимали участие четыре страны: СССР, США, Франция, Англия; двигателей четвертого поколения - только три, а двигателей пятого поколения - всего две: Россия и США. К работам по созданию двигателей шестого поколения приступили только в США. Объясняется это тем, что затраты на создание двигателей "нового поколения" очень велики. Однако эти затраты оправдываются тем, что газотурбинные технологии станут основой дальнейшего развития индустрии высокоразвитых промышленных стран мира на ближайшие 50 лет.
Данный расчет предусматривает тепловой расчет схем приводных газотурбинных установок на номинальном режиме работы.
Для расчета заданы полное давление и температура перед компрессором 101,3 кПа и 288 К соответственно, температура продуктов сгорания перед турбиной 1350 К, мощность газотурбинной установки 16 МВт.
Целью данного расчета является определение наиболее эффективной схемы приводной газотурбинной установки. В этом расчете представлен тепловой расчет следующих схем ГТУ: одновальной, двухвальной, трехвальной и двухвальной с регенерацией.
1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ СХЕМЫ ОДНОВАЛЬНОЙ ГТУ БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ.

1.1 Средняя энтальпия воздуха перед компрессором и газа перед турбиной
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором и температуру газа перед турбиной соответственно
h_вх=288,374 кДж?(кг.)
h_г=1534,939 кДж?(кг.)
1.2 Средняя удельная теплоёмкость воздуха перед компрессором и газа перед турбиной
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором и температуру газа перед турбиной соответственно
C_pв=1,001 кДж?(кг•К.)
C_pг=1,137 кДж?(кг•К.)

1.3 Газовая постоянная перед компрессором и газа перед турбиной
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором и температуру газа перед турбиной соответственно
Rв=0,287кДж?(кг•К.)
Rг=0,292кДж?(кг•К.)
1.4 Показатель адиабаты воздуха и газа соответственно
K_в=С_pв/(С_pв-R_в )=1,001/(1,001-0,287)=1,402
K_г=С_pг/(С_pг-R_г )=1,137/(1,137-0,292)=1,346
1.5 Давление воздуха на входе в компрессор
P_вх=P_н•?_вх,
где ?_вх=0,99- коэффициент потерь полного давления на входе,
P_вх=101,3•0,99=100,287кПа.
1.6 Степень повышения давления в компрессоре принимаем ?_k=3

1.7 Давление на выходе из компрессора
P_к=P_вх•?_к=100,287•3=300,861кПа.

1.8 Изоэнтропическая работа сжатия в компрессоре
L_ks=C_pв•T_вх•(?_k^(m_в )-1),

где m_в=(К_в-1)/К_в =(1,402-1)/1,402=0,286
L_ks=1,001•288,15•(3^0,286-1)=106,722 кДж?кг.

1.9 Удельная работа сжатия в компрессоре
L_k=L_ks/?_k ,
где, hк=0,88 – изоэнтропийный КПД компрессора,
L_k=106,722/0,88=121,275 кДж?(кг ).

1.10 Энтальпия за компрессором
h_k=h_вх+L_k,
где h_вх=288,374 кДж?(кг.) – энтропия перед компрессором,

h_k=288,374+121,275=409,649 кДж?(кг.)

1.11 Температура за компрессором
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию воздуха после компрессора
T_k=408K
1.12 Средняя удельная теплоёмкость воздуха за компрессором:
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора:
C_pк=1,003 кДж?(кг•К)
1.13 Газовая постоянная за компрессором
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора
Rк=0,286кДж?(кг•К.)
1.14 Показатель адиабаты за компрессором
K_к=С_pк/(С_pк-R_к )=1,003/(1,003-0,286)=1,399
m_к=(К_к-1)/К_к =(1,399-1)/1,399=0,285

1.15 Суммарная степень понижения давления

?_т=?_k•?_вх•?_кс•?_вых=3•0,99•0,98•0,99=2,881

где ?_вх=0,99- коэффициент потерь полного давления на входе,
? ??_кс=0,98 – коэффициент потерь полного давления в камере сгорания,
?_вых=0,99 – коэффициент потерь полного давления в диффузоре.

1.16 Изоэнтропическая работа расширения в турбине

L_тs=C_pг•T_г•(1-?_т^(?-m?_г ) ),

где T_г=1350K-температура газ,
? m?_г=(К_г-1)/К_г =(1,346-1)/1,346=0,257,

? L?_тs=1,137•1350•(1-?2,881?^(-0,257) )=365,386 кДж?кг.

1.17 Удельная работа расширения в турбине

L_т=? L?_тs•? ??_(т,)
где ? ??_(т,)=0,91-КПД турбины,

L_т=365,386•0,91=332,501 кДж?кг.

1.18 Энтальпия за турбиной:

h_т=h_г-L_т,

где h_г=1534,939 кДж?кг – энтропия газа,
h_т=1534,939-332,501=1202,438 кДж?(кг.)

1.19 Температура за турбиной
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию газа после турбины
T_г=1085K
1.20 Средняя удельная теплоёмкость газа за турбиной
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа за турбиной
C_pт=1,055 кДж?(кг•К)
1.21 Газовая постоянная за турбиной
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа после турбины:
Rт=0,287кДж?(кг•К.)
1.22 Показатель адиабаты за турбиной

K_т=С_pт/(С_pт-R_т )=1,054/(1,054-0,287)=1,374
m_т=(К_т-1)/К_т =(1,374-1)/1,374=0,272.

1.23. Удельная полезная работа

L_e=L_т•?_(вх-г)•?_мех-L_k,
где ?_мех=0,98 – кпд, характеризующий потери в узлах,
? ??_(вх-г)=1-q_ут-q_охл+q_топл- коэффициент изменения массы рабочего тела от точки вход до точки газ,
где q_ут="0,02"- относительная утечка рабочего тела,
? q?_охл=0,03 – относительный расход рабочего тела,
q_топл=0,025 – относительный расход топлива,

?_(вх-г)=1-0,02-0,03+0,025=0,975

L_e=332,501 • 0,975 • 0,98-121,275=196,430 кДж?кг.

1.24. Расход воздуха через ГТУ
G_в=N_e/L_e ,
где N_e=16000кВт,
G_в=16000/196,430=81,454 кг?с.

1.25. Определяем расход рабочего тела после камеры сгорания:
G_г=G_в•?_(вх-г),

?_(вх-г)=0,975

G_г=81,454•0,975=79,418 кг?(с.)

1.26. Удельное тепло, подводимое в цикле:
Q_1=h_г•?_(вх-г)-h_k•?_(вх-к),
где ?_(вх-к)=1-q_ут-q_охл=1-0,02-0,03=0,95- коэффициент изменения массы рабочего тела от точки вход до точки,

Q_1=1534,939•0,975-409,649•0,95=1107,400 кДж?(кг.)

1.27. Эффективный КПД цикла:
?_e=L_e/Q_1 •?_кс ,
где ?_кс=0,99- КПД камеры сгорания,
?_e=196,430/1107,400•0,99=0,176

Для остальных значений ?_k результаты расчета приведены в таблице 1.
Вывод: ?_kopt =16: Lе=275,471 кДж/кг; hе=32,3%.

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ СХЕМЫ ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ

2.1 Средняя энтальпия воздуха перед компрессором и газа перед турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором и температуру газа перед турбиной высокого давления соответственно
h_вх=288,374 кДж?(кг.)
h_г=1534,939 кДж?(кг.)
2.2 Средняя удельная теплоёмкость воздуха перед компрессором и газа перед турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором и температуру газа перед турбиной высокого давления соответственно
C_pв=1,001 кДж?(кг•К.)
C_pг=1,137 кДж?(кг•К.)

2.3 Газовая постоянная перед компрессором и газа перед турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором и температуру газа перед турбиной высокого давления соответственно
Rв=0,287кДж?(кг•К.)
Rг=0,292кДж?(кг•К.)

2.4 Показатель адиабаты воздуха и газа соответственно
K_в=С_pв/(С_pв-R_в )=1,001/(1,001-0,287)=1,402
K_г=С_pг/(С_pг-R_г )=1,137/(1,137-0,292)=1,346

2.5 Давление воздуха на входе в компрессор
P_вх=P_н•?_вх,
где ?_вх=0,99- коэффициент потерь полного давления на входе,
P_вх=101,3•0,99=100,287кПа.

2.6 Степень повышения давления в компрессоре принимаем ?_k=3
2.7 Давление на выходе из компрессора
P_к=P_вх•?_к=100,287•3=300,861кПа.

2.8 Изоэнтропическая работа сжатия в компрессоре
L_ks=C_pв•T_вх•(?_k^(m_в )-1),

где m_в=(К_в-1)/К_в =(1,401-1)/1,401=0,286,
L_ks=1,001•288,15•(3^0,286-1)=106,722 кДж?кг.

2.9 Удельная работа сжатия в компрессоре
L_k=L_ks/?_k ,
где, hк=0,88 – изоэнтропийный КПД компрессора,
L_k=106,722/0,88=121,275 кДж?кг.

2.10 Энтальпия за компрессором
h_k=h_вх+L_k,
где h_вх=288,374 кДж?кг – энтальпия перед компрессором,
h_k=288,374+121,275=409,649 кДж?(кг.)

2.11 Температура за компрессором
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию воздуха после компрессора:
T_k=408K
2.12 Средняя удельная теплоёмкость воздуха за компрессором
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора:
C_pк=1,003 кДж?(кг•К)

2.13 Газовая постоянная за компрессором
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора
Rк=0,286кДж?(кг•К.)
2.14 Показатель адиабаты за компрессором
K_к=С_pк/(С_pк-R_к )=1,003/(1,003-0,286)=1,399
m_к=(К_к-1)/К_к =(1,399-1)/1,399=0,285.

2.15 Суммарная степень понижения давления

?_т=?_k•?_вх•?_кс•?_вых=3•0,99•0,98•0,99=2,881

2.16 Удельная работа расширения в турбине высокого давления

L_твд=L_k/(?_(вх-г)•?_мех ),
? ??_(вх-г)=1-0,02-0,03+0,025=0,975

L_твд=121,275/(0,975•0,98)=126,923 кДж?кг.

2.17 Степень понижения давления в турбине высокого давления

?_твд=(1-L_твд/(C_pг•T_г•?_твд ))^(-1/m_г ),
где ? ??_твд=0,91- изоэнтропический КПД турбины высокого давления,
T_г=1350K- температура газа
? m?_г=(К_г-1)/К_г =(1,346-1)/1,346=0,257
?_твд=(1-126,923/(1,137•1350•0,91))^(-1/0,257)=1,449


2.18 Степень понижения давления в силовой турбине

?_ст=?_т/?_твд =2,881/1,449=1,989

2.19 Энтальпия за турбиной высокого давления

h_твд=h_г-L_твд,
где h_г=1534,939 кДж?кг – энтропия газа,
h_твд=1534,94-126,923=1408,017 кДж?кг.

2.20 Температура за турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию газа после турбины высокого давления:
T_твд=1250K

2.21 Средняя удельная теплоёмкость газа за турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа за турбиной высокого давления
C_pтвд=1,112 кДж?(кг•К)

2.22 Газовая постоянная за турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа после турбины высокого давления
Rтвд=0,287кДж?(кг•К.)

2.23 Показатель адиабаты за турбиной высокого давления
K_твд=С_pтвд/(С_pтвд-R_твд )=1,112/(1,112-0,287)=1,348
m_твд=(К_твд-1)/К_твд =(1,348-1)/1,348=0,258.

2.24 Удельная работа в силовой турбине
L_ст=C_ртвд•T_твд•(1-?_ст^(?-m?_твд ) )•?_ст,
?где C?_pтвд=1,112 кДж?(кг•K)- удельная теплоёмкость газа в турбине высокого давления,
T_твд=1250K-температура газа в турбине высокого давления,
? ??_(cт,)=0,91-КПД силовой турбины,
L_ст=1,112•1250•(1-?1,989?^(-0,258) )•0,91=205,688 кДж?кг.

2.25 Удельная полезная работа цикла
L_e=L_ст•?_(вх-твд)•?_мех,
где ?_(вх-твд)=1-q_ут-q_охл+q_топл+q_возв - коэффициент изменения массы рабочего тела от точки вход до точки газ,
где q_возв=0,5? q?_охл=0,015- относительное количество воздуха возвращённого в цикл,

?_(вх-твд)=1-0,02-0,03+0,025+0,015=0,99

L_e=205,688•0,99•0,98=199,559 кДж?кг.

2.26 Расход воздуха через ГТУ
G_в=N_e/L_e ,
где N_e=16000кВт,
G_в=16000/199,559=80,177 кг?с.

2.27 Определяем расход рабочего тела после камеры сгорания
G_г=G_в•?_(вх-г),

?_(вх-г)=1-0,02-0,03+0,025=0,975

G_г=80,177•0,975=78,172 кг?с

2.28 Удельное тепло, подводимое в цикле
Q_1=h_г•?_(вх-г)-h_k•?_(вх-к),
Q_1=1534,939•0,975-409,649•0,95=1107,400кДж
2.29 Эффективный КПД цикла
?_e=L_e/Q_1 •?_кс ,

?_e=199,559/1107,400•0,99=0,178

Для остальных значений ?_k результаты расчета приведены в таблице 2.
Вывод: ?_kopt =15: Lе=295,001 кДж/кг; hе=34,1%.


3 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ СХЕМЫ ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ

3.1 Средняя энтальпия воздуха перед компрессором и газа перед турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором и температуру газа перед турбиной высокого давления соответственно:
? h?_вх=288,374 кДж?(кг.)
? h?_г=1537,931 кДж?(кг.)

3.2 Средняя удельная теплоёмкость воздуха перед компрессором и газа перед турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором и температуру газа перед турбиной высокого давления соответственно
C_pв=1,001 кДж?(кг•К.)
C_pг=1,137 кДж?(кг•К.)

3.3 Газовая постоянная перед компрессором и газа перед турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором и температуру газа перед турбиной высокого давления соответственно
Rв=0,287кДж?(кг•К.)
Rг=0,293кДж?(кг•К.)

3.4 Показатель адиабаты воздуха и газа соответственно
K_в=С_pв/(С_pв-R_в )=1,001/(1,001-0,287)=1,401
K_г=С_pг/(С_pг-R_г )=1,137/(1,137-0,293)=1,347

3.5. Давление воздуха на входе в компрессор
P_вх=P_н•?_вх,
P_вх=101,3•0,99=100,287кПа.
3.6 Степень повышения давления в компрессоре принимаем ?_k=3

3.7 Давление на выходе из компрессора
P_к=P_вх•?_к=100,287•3=300,861кПа.

3.8 Изоэнтропическая работа сжатия в компрессоре
L_ks=C_pв•T_вх•(?_k^(m_в )-1),

где m_в=(К_в-1)/К_в =(1,401-1)/1,401=0,286,
L_ks=0,987•288,15•(3^0,286-1)=106,722 кДж?кг.

3.9 Удельная работа сжатия в компрессоре
L_k=L_ks/?_k ,
L_k=106,722/0,88=121,275 кДж?кг.

3.10 Энтальпия за компрессором
h_k=h_вх+L_k,
где h_вх=288,374 кДж?(кг.) – энтальпия перед компрессором,
h_k=288,37+121,275=409,649 кДж?(кг.)

3.11 Температура за компрессором
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию воздуха после компрессора
T_k=408K

3.12 Средняя удельная теплоёмкость воздуха за компрессором:
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора:
C_pк=1,003 кДж?(кг•К)
3.13 Газовая постоянная за компрессором
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора:
Rк=0,286кДж?(кг•К.)

3.14 Показатель адиабаты за компрессором
K_к=С_pк/(С_pк-R_к )=1,003/(2,003-0,286)=1,399
m_к=(К_к-1)/К_к =(1,399-1)/1,399=0,295.

3.15 Суммарная степень понижения давления
?_т=?_k•?_вх•?_кс•?_выхR•?_вых=3•0,99•0,98•0,96•0,98=2,766
где ?_выхR=0,98- коэффициент потерь полного давления в регенераторе.

3.16 Удельная работа расширения в турбине высокого давления
L_твд=L_k/(?_(вх-г)•?_мех ),

-( @ ?)_(вх-г)=0,975

L_твд=121,275/(0,975•0,98)=126,923 кДж?кг.

3.17 Степень понижения давления в турбине высокого давления
?_твд=(1-L_твд/(C_pг•T_г•?_твд ))^(-1/m_г ),
где ? ??_твд=0,91- изоэнтропический КПД турбины высокого давления,
? C?_pг=1,137 кДж?(кг•К)- средняя удельная теплоёмкость в процессе расширения
T_г=1350K- температура газа
m_г=(К_г-1)/К_г =(1,347-1)/1,347=0,257,
?_твд=(1-126,923/(1,137•1350•0,91))^(-1/0,257)=1,448

3.18 Степень понижения давления в силовой турбине
?_ст=?_т/?_твд =2,766/1,448=1,910

3.19 Энтальпия за турбиной высокого давления
h_твд=h_г-L_твд,
где h_г=1537,931 кДж?кг – энтропия газа,
h_твд=1537,931-126,923=1411,008 кДж?кг.

3.20 Температура за турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию газа после турбины высокого давления
T_твд=1250K.

3.21 Средняя удельная теплоёмкость газа за турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа за турбиной высокого давления
C_pтвд=1,114 кДж?(кг•К) .

3.22 Газовая постоянная за турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа после турбины высокого давления
Rтвд=0,293кДж?(кг•К.)

3.23 Показатель адиабаты за турбиной высокого давления
K_твд=С_pтвд/(С_pтвд-R_твд )=1,114/(1,114-0,293)=1,356
m_твд=(К_твд-1)/К_твд =(1,356-1)/1,356=0,263.

3.24 Удельную работу в силовой турбине
L_ст=C_ртвд•T_твд•(1-?_ст^(?-m?_твд ) )•?_ст,
?где C?_pтвд=1,114 кДж?(кг•K)- удельная теплоёмкость газа в турбине высокого давления,
T_твд=1250K-температура газа в турбине высокого давления,
? ??_(cт,)=0,91-КПД силовой турбины,

L_ст=1,114•1251•(1-?1,910?^(-0,263) )•0,91=198,115 кДж?кг.

3.25 Энтальпия за турбиной высокого давления
h_ст=h_твд-L_ст,
h_ст=1411,008-198,115=1212,893 кДж?кг.

3.26 Температура за силовой турбиной
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию газа после силовой турбины давления
T_ст=1091K

3.27 Температура рабочего тела за регенератором
T_r=r•(T_cт-T_k )+T_k,
где T_ст=1091-температура за силовой турбиной,
r=0,82-коэффициент регенерации,

T_r=0,82•(1091-408)+408=968,060K.

3.28 Энтальпия за регенератором
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру после регенератора
h_r=1061,543 кДж?кг.

3.29 Удельная полезная работа цикла
L_e=L_ст•?_(вх-твд)•?_мех,

?_(вх-твд)=1-0,02-0,03+0,025+0,015=0,99

L_e=198,115•0,99•0,98=192,212 кДж?(кг.)

3.30 Расход воздуха через ГТУ
G_в=N_e/L_e ,
где N_e=16000кВт,
G_в=16000/192,212=83,242 кг?(с.)

3.31. Определяем расход рабочего тела после камеры сгорания
G_г=G_в•?_(вх-г),

?_(вх-г)=0,975

G_г=83,242•0,975=81,161 кг?(с.)
3.32 Удельное тепло, подводимое в цикле
Q_1=h_г•?_(вх-г)-h_r•?_(вх-к),
? ??_(вх-г)=0,97
Q_1=1537,931•0,975-1061,543•0,95=491,017кДж.

3.33 Эффективный КПД цикла
?_e=L_e/Q_1 •?_кс ,
?_e=192,212/491,017•0,99=0,388

Для остальных значений ?_k результаты расчета приведены в таблице 3.
Вывод: ?_kopt =11: Lе=294,511 кДж/кг; hе=42,0%.

4 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ СХЕМЫ ТРЁХВАЛЬНОЙ ГТУ БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ

4.1 Средняя энтальпия воздуха перед компрессором низкого давления и газа перед турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором низкого давления и температуру газа перед турбиной высокого давления соответственно
h_вх=288,374 кДж?кг
h_г=1534,939 кДж?кг
4.2 Средняя удельная теплоёмкость воздуха перед компрессором низкого давления и газа перед турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором низкого давления и температуру газа перед турбиной высокого давления соответственно
C_pв=1,001 кДж?(кг•К.)
C_pг=1,137 кДж?(кг•К.)

4.3 Газовая постоянная воздуха перед компрессором и газа перед турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха перед компрессором низкого давления и температуру газа перед турбиной высокого давления соответственно
Rв=0,287кДж?(кг•К.)
Rг=0,292кДж?(кг•К.)

4.4 Показатель адиабаты воздуха и газа соответственно
K_в=С_pв/(С_pв-R_в )=1,001/(1,001-0,287)=1,402
K_г=С_pг/(С_pг-R_г )=1,137/(1,137-0,292)=1,346

4.5 Давление воздуха на входе в компрессор низкого давления
P_вх=P_н•?_вх,
P_вх=101,3•0,99=100,287кПа.

4.6 Степень повышения давления в компрессоре принимаем ?_k=3

4.7 Степень повышения давления в компрессоре высокого давления
?_квд=v(?_к ),
?_квд=v3=1,732
4.8 Степень повышения давления в компрессоре низкого давления
?_кнд=?_к/?_квд ,
?_кнд=3/1,732=1,732
4.9 Изоэнтропическая работа сжатия компрессора низкого давления
L_кндs=С_pв•Т_в (?_кнд^(m_в )-1),
где ? T?_в=288,15K – температура наружного воздуха,
? m?_в=(К_в-1)/К_в =(1,402-1)/1,402=0,286,

L_kндs=1,001•288,15•(?1,732?^0,286-1)=49,171 кДж?кг.
4.10 Удельная работа сжатия в компрессоре низкого давления
L_k=L_кs/?_кнд ,
где, hкнд=0,88 – изоэнтропийный КПД компрессора низкого давления,
L_kнд=49,171/0,88=55,876 кДж?кг.

4.11 Энтальпия за компрессором низкого давления
h_kнд=h_вх+L_kнд,
где h_вх=288,374 кДж?(кг.) – энтальпия перед компрессором,
h_kнд=288,374+55,876=344,250 кДж?кг.

4.12 Температура за компрессором низкого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию воздуха перед компрессором низкого давления
T_кнд=343K

4.13 Средняя удельная теплоёмкость воздуха за компрессором низкого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора низкого давления
C_pкнд=1,002 кДж?(кг•К)

4.14 Газовая постоянная за компрессором низкого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора низкого давления
Rкнд=0,286кДж?(кг•К)

4.15. Показатель адиабаты за компрессором низкого давления
K_кнд=С_pкнд/(С_pкнд-R_кнд )=1,002/(1,002-0,286)=1,400
m_кнд=(К_кнд-1)/К_кнд =(1,400-1)/1,400=0,286
4.16 Изоэнтропическая работа сжатия компрессора высокого давления
L_квдs=С_pкнд•Т_кнд (?_квд^(m_кнд )-1),
где ? T?_кнд=288,15K – температура воздуха за компрессором низкого давления,
L_kндs=1,002•343•(?1,732?^0,286-1)=58,403 кДж?кг.

4.17 Удельная работа сжатия компрессора высокого давления
L_квд=L_квдs/?_квд ,
где hквд=0,88 – изоэнтропийный КПД компрессора высокого давления,
L_kвд=58,403/0,88=66,367 кДж?кг.
4.18 Энтальпия за компрессором высокого давления
h_квд=h_кнд+L_kвд,
где h_кнд=344,250 кДж?(кг.) – энтальпия перед компрессором,
h_квд=344,250+66,367=410,617 кДж?кг.

4.19 Температура за компрессором высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию воздуха за компрессором высокого давления
T_квд=409K

4.20 Средняя удельная теплоёмкость воздуха за компрессором высокого давления:
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора высокого давления
C_pквд=1,003 кДж?(кг•К)

4.21 Газовая постоянная за компрессором высокого низкого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру воздуха после компрессора высокого давления
Rквд=0,286кДж?(кг•К.)

4.22 Показатель адиабаты за компрессором высокого давления
K_квд=С_pквд/(С_pквд-R_квд )=1,003/(1,003-0,286)=1,399
m_квд=(К_квд-1)/К_квд =(1,399-1)/1,399=0,285

4.23 Суммарная степень понижения давления
?_т=?_k•?_вх•?_кс•?_вых=3•0,99•0,98•0,99=2,881

4.24. Удельная работа расширения в турбине высокого давления:
L_твд=L_kвд/(?_(вх-г)•?_мех ),
-( @ ?)_(вх-г)=0,975

L_твд=66,367/(0,975•0,98)=69,458 кДж?кг.

4.25 Энтальпия за турбиной высокого давления
h_твд=h_г-L_твд,
где h_г=1537,93 кДж?кг – энтальпия перед турбиной,
h_твд=1537,93-69,457=1465,482 кДж?кг

4.26 Температура за турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию воздуха перед турбиной высокого давления
T_твд=1295K

4.27 Степень понижения давления в турбине высокого давления
?_твд=(1-L_твд/(C_pг•T_г•?_твд ))^(-1/m_г ),
где ? ??_твд=0,91- изоэнтропический КПД турбины высокого давления,
? C?_pг=1,117 кДж?(кг•К)- средняя удельная теплоёмкость в процессе расширения
T_г=1350K- температура газа
m_г=(К_г-1)/К_г =(1,346-1)/1,346=0,257,

?_твд=(1-69,458/(1,14•1350•0,91))^(-1/0,257)=1,220

4.28 Средняя удельная теплоёмкость газа за турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа за турбиной высокого давления:
C_pтвд=1,116 кДж?(кг•К)
4.29 Газовая постоянная за турбиной высокого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа после турбины высокого давления:
Rтвд=0,287кДж?(кг•К.)
4.30 Показатель адиабаты за турбиной высокого давления:
K_твд=С_pтвд/(С_pтвд-R_твд )=1,116/(1,116-0,287)=1,346
m_твд=(К_твд-1)/К_твд =(1,346-1)/1,346=0,257

4.31 Удельная работа расширения в турбине низкого давления
L_тнд=L_kнд/(?_(вх-твд)•?_мех ),

?_(вх-твд)=1-0,02-0,03+0,025+0,015=0,99
L_тнд=55,876/(0,99•0,98)=57,592 кДж?кг.

4.32 Энтальпия за турбиной низкого давления
h_тнд=h_твд-L_тнд,
где h_твд=1465,482 кДж?кг – энтальпия за турбиной высокого давления,
h_тнд=1465,482-57,592=1407,889 кДж?кг .

4.33. Температура за турбиной низкого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через энтальпию воздуха за турбиной низкого давления
T_тнд=1249K

4.34 Степень понижения давления в турбине низкого давления
?_тнд=(1-L_тнд/(C_pтвд•T_твд•?_тнд ))^(-1/m_твд ),
где ? ??_тнд=0,91- изоэнтропический КПД турбины высокого давления,
? C?_pтвд=1,13 кДж?(кг•К)- средняя удельная теплоёмкость в процессе расширения,
T_твд=1295K- температура газа за турбиной высокого давления,
?_тнд=(1-57,592/(1,13•1295•0,91))^(-1/0,254)=1,19

4.35 Средняя удельная теплоёмкость газа за турбиной низкого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа за турбиной низкого давления
C_pтнд=1,112 кДж?(кг•К)

4.36 Газовая постоянная за турбиной низкого давления
Находим с помощью пакета программы Microsoft Excel функцией просмотр через температуру газа после турбины низкого давления
Rтнд=0,287кДж?(кг•К.)

4.37 Показатель адиабаты за турбиной низкого давления
K_тнд=С_pтнд/(С_pтнд-R_тнд )=1,112/(1,112-0,287)=1,348
m_тнд=(К_тнд-1)/К_тнд =(1,348-1)/1,348=0,258

4.38 Степень понижения давления в силовой турбине
?_ст=?_т/(?_твд•?_тнд )=2,881/(1,220•1,190)=1,985

4.39 Удельная работа в силовой турбине
L_ст=C_ртнд•T_тнд•(1-?_ст^(?-m?_тнд ) )•?_ст,
?где C?_pтнд=1,112 кДж?(кг•K)- удельная теплоёмкость газа за турбиной низкого давления,
T_тнд=1249K-температура газа за турбиной низкого давления,
? ??_(cт,)=0,91-КПД силовой турбины,

L_ст=1,112•1249•(1-?1,985?^(-0,258) )•0,91=205,058 кДж?кг.

4.40 Удельная полезная работа цикла
L_e=L_ст•?_(вх-тнд)•?_мех,
где ?_(вх-тнд)=1-q_ут-q_охл+q_топл+q_возв - коэффициент изменения массы рабочего тела от точки вход до точки турбины низкого давления

?_(вх-тнд)=1-0,02-0,03+0,025+0,015=0,99
L_e=205,058•0,99•0,98=198,947 кДж?кг

4.41 Расход воздуха через ГТУ
G_в=N_e/L_e ,
где N_e=16000кВт,
G_в=16000/198,947=80,423 кг?с.

4.42 Определяем расход рабочего тела после камеры сгорания
G_г=G_в•?_(вх-г),

?_(вх-г)=1-0,02-0,03+0,025=0,975

G_г=80,423•0,975=78,413 кг?с

4.43 Удельное тепло, подводимое в цикле

Q_1=h_г•?_(вх-г)-h_kвд•?_(вх-к),

Q_1=1534,939•0,975-410,617•0,95=1106,480кДж

4.44 Эффективный КПД цикла
?_e=L_e/Q_1 •?_кс ,
?_e=198,947/1106,48•0,99=0,178


Для остальных значений ?_k результаты расчета приведены в таблице 4.
Вывод: ?_kopt =14: Lе=295,495 кДж/кг; hе=33,9%.


Заключение

В результате проделанной работы по проекту был выполнен термодинамический расчёт различных схем ГТУ (одновальной, двухвальной с простым циклом, двухвальной с регенерацией, и трёхвальной) с целью выбора оптимальной схемы.
Анализируя двухвальные схемы ГТУ без регенерации и с регенерацией уходящего газа видно, что в схеме без регенерации оптимальная степень сжатия
?коpt=15, при которой эффективная работа составляет 295,001 кДж/кг, а эффективный КПД 34,1%. В схеме с регенерацией ?коpt=11, эффективная работа составляет 294,511 кДж/кг, а эффективный КПД 42%. Однако при почти одинаковых параметрах схема с регенерацией значительно дороже и объёмней, чем схема без регенерации, следует, что схема без регенерации более эффективна и экономична.
Исходя из расчётов видно, что ?коpt=15. А так как при ?к>10 рекомендуется использовать двухкаскадный осевой компрессор следует, что наиболее эффективной схемой приводных газотурбинных установок, для данных начальных параметров, является трёхвальная схема ГТУ, в которой эффективная работа составляет 295,495 кДж/кг, а эффективный КПД 34,3%.



Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.