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 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:
 .
|