Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-10, 5

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Брянский государственный технический университет

Кафедра «Тепловые двигатели»

«Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-10,5»

Курсовая работа

По дисциплине: «Режимы работы и эксплуатации энергетических машин»

Брянск 2013

Аннотация

В данной курсовой работе произведён расчёт режимных характеристик и рабочей линии газотурбинной установки ГТН-10,5 на переменных режимах работы.

Содержание

  • Введение
  • 1. Исходные данные для двухвальной ГТУ и турбины на номинальном режиме
  • 2. Расчёт режимных характеристик двухвальной ГТУ
    • 2.1 Методика расчёта переменных режимов
    • 2.2 Результаты расчётов
  • Заключение
  • Список используемой литературы
  • Введение

В данной курсовой работе произведён расчёт переменных режимов газовой турбины на основе расчёта проекта проточной части и основных характеристик на номинальном режиме работы турбины. Из общей формулы мощности ГТУ Nе = G? Hе видно, что изменение мощности может быть достигнуто путём регулирования расхода газа G и полезной работы Hе.

В зависимости от одного из трёх способов регулирования ГТУ изменение мощности достигается:

1. В основном за счёт изменения начальной температуры газа перед ГТ (путём изменения подачи топлива в КС), а следовательно и Не при n = const и других слабоизменяющихся параметрах: G и р. Это регулирование первого рода или качественное. При этом КПД установки претерпевает наиболее значительное изменение.

2. Путём одновременного изменения как расхода газа, так и полезной работы. Это регулирование второго рода или смешанное. При этом КПД установки изменяется в меньшей степени, чем при регулировании первого рода.

3. Изменение расхода рабочего тела при неизменных значениях степени повышения давления и температур в характерных точках цикла. Это регулирование третьего рода или количественное. Удельная работа и КПД при этом меняются незначительно или остаются практически неизменными.

Количественный способ регулирования мощности может быть осуществлён только в замкнутых ГТУ путём пропорционального изменения давления во всех точках схемы ГТУ. В ГТУ открытого типа невозможно осуществить пропорциональное изменение давлений во всей схеме, так как нижний уровень давления (атмосферное давление) вообще не может быть изменён произвольно. Поэтому в ГТУ открытого типа при регулировании мощности отношение давлений (р и рт) и температура Т1 непрерывно меняются. Удельная эффективная работа Не и КПД зe обычно снижаются вместе с понижением нагрузки (в большей или меньшей степени в зависимости от схемы ГТУ). Поэтому в ГТУ открытого типа осуществляется регулирование первого (качественное) или второго рода (смешанное, или качественно-количественное).

Изменение экономичности ГТУ при частичных нагрузках, очевидно, зависит от того, насколько способ регулирования приближается к количественному. При первом способе регулирования с изменением расхода G происходит резкое изменение Не и в этом случае следует ожидать значительного снижения КПД ГТУ при частичных нагрузках (для одновальных ГТУ с генераторной нагрузкой). Если регулирование мощности достигается при существенном уменьшении расхода, то величина Не меняется в меньшей степени, благодаря чему экономичность ГТУ на частичных нагрузках будет более высокой, чем в первом случае (для двухвальных ГТУ с выделенным компрессором).

Из сказанного следует предположение: чем значительнее меняется расход газа при регулировании мощности ГТУ тем более устойчивым должен быть КПД установки.

Принципиальная тепловая схема ГТУ с регенерацией

Принцип действия ГТУ с регенерацией. Всасываемый в компрессор (К) воздух с температурой Т3 и давлением p3 сжимается в нём до давления p4 и приобретает температуру Т4. Затем сжатый воздух поступает в регенератор (Р), где подогревается до температуры Т5 и затем направляется в камеру сгорания (КС), где смешивается с топливом. Полученная смесь воздуха и продуктов сгорания после камеры сгорания поступает в турбину высокого давления (ТВД) с температурой Т1 и давлением р1. Вал турбины высокого давления вращает вал компрессора. После расширения в турбине низкого давления (ТНД) всё рабочее тело с температурой Т2 и давлением р2 поступает регенератор, в котором оно подогревает воздух, идущий из компрессора в камеру сгорания. Вал турбины низкого соединен с валом потребителя (П).

1. Исходные данные для двухвальной ГТУ и турбины на номинальном режиме

Эффективная мощность Ne = 10,5 МВт.

Начальная температура газа Т1* = 1343 К.

Температура воздуха перед компрессором Т3 = 288 К.

Температура газа перед камерой сгорания Т5 = 816 К.

Степень повышения давления в компрессоре р =7.

Коэффициент избытка воздуха в КС б = 4,28.

К.п.д. компрессора на расчётном режиме зКО = 0,87.

К.п.д. турбины на номинальном режиме зТО = 0,86.

Номинальный режим характеризуется следующими величинами:

Коэффициенты сопротивления для схемы ГТУ с регенерацией:

общий н = 1,1;

между компрессором и турбиной н1 = 1,05;

на выходе из турбины н2 = 1,05.

Соответственно относительные потери давления:

ж = н — 1 = 1,1 — 1 = 0,1;

ж1 = н1 — 1 = 1,05 — 1 = 0,05;

ж2 = н2 — 1 = 1,05 — 1 = 0,05.

Теплоёмкость воздуха (средняя для процесса сжатия)

срв = 1,019 кДж/кг;

kВ = 1,391; mВ = 0,281.

Теплоёмкость газа (средняя для процесса расширения)

срГ = 1,19 кДж/кг;

kГ = 1,320; mГ = 0,242.

Механические к.п.д. турбины и компрессора зМТ = зМК = 0,98.

К.п.д. КС зКС = 0,99; = 0,09; = 0,97.

Удельная работа компрессора

= 1,019·288·(70,281 — 1)/0,87 = 245,6 кДж/кг.

Удельная работа турбины

= 0,97·1,19·1343·(1 — (7/1,1)-0,242)·0,86·0,98 = 471,65 кДж/кг.

Удельная эффективная работа ГТУ

= 471,65 — 245,6 — 0,09·147,36=212,8 кДж/кг,

где 245,6·(1 — 0,4) = 147,36 кДж/кг.

Температура воздуха за компрессором

= 288·(1 + (70,281 — 1)/0,87) = 528,9 К.

Подведенное тепло

= 1,19·(1343 — 816) ·0,93 = 583,2 кДж/кг.

2. Расчёт режимных характеристик двухвальной ГТУ

2.1 Методика расчёта переменных режимов

Уточнённый расход газа через турбину

=10 500/206,8 = 52,77 кг/с.

Эффективный к.п.д. ГТУ

= 212,8/583,2 =0,365.

Наличие баланса мощностей турбокомпрессорного вала (ТВД) приводит к тому, что характеристика турбокомпрессора (режимная линия) является однопараметрической и изображается на диаграмме компрессора одной кривой (рисунок 1).

Отношение давлений ТВД рТ1 определяются по значениям рТ формулой:

Температурный коэффициент для ТВД находится из баланса мощности турбокомпрессорного вала:

где Т1* для ТВД и турбины в целом одна и та же.

Для ТНД соответственно будет, где температура перед ТНД

К.п.д. турбин высокого и низкого давления определяются по значениям

и

Относительный приведенный расход находится по характеристике компрессора или из выражения

Теоретическая приведенная безразмерная мощность определяется выражением

и полезная

Рисунок 1 — Универсальная характеристика осевого компрессора ГТН-10,5

Удельный относительный расход тепла определяется из выражения:

Тогда к.п.д. ГТУ и, где n2 — частота вращения вала ТНД; - принимается.

2.2 Результаты расчётов

режим турбина тепловая

Весь расчёт сведён в таблицу 1, из которой ясна принятая последовательность расчётов. По полученным значениям параметров на построены режимные характеристики двухвальной ГТУ (рисунок 2 — 4):.

Таблица 1- Расчёт режимных характеристик двухвальной ГТУ

Пара-

метр

Расчётная формула

2

3

4

5

6

7

— из расчета ГТ

0,994

0,986

0,977

0,968

0,959

0,950

по характеристике ОК

0,815

0,852

0,874

0,885

0,889

0,882

0,70

0,84

0,94

0,97

0,98

0,99

0,8070

0,8655

0,8841

0,8860

0,8864

0,8867

По характеристике ОК

2,95

3,19

3,47

3,95

4,52

4,94

— из расчета ГТ

0,597

0,646

0,702

0,800

0,915

1,0

1,99

2,96

3,91

4,84

5,76

6,65

1,98

2,93

3,85

4,73

5,57

6,36

0,3761

0,3755

0,3889

0,4087

0,4289

0,4526

691,0

686,0

703,4

765,7

845,5

897,6

0,7698

0,7643

0,7837

0,8531

0,9419

1,0

1,00

1,01

1,02

1,02

1,03

1,05

(или по харак. ОК)

0,3383

0,5270

0,6853

0,8052

0,9014

1

0,019

0,075

0,183

0,365

0,639

1,0

0,877

0,874

0,885

0,924

0,971

1,0

0,868

0,867

0,870

0,876

0,880

0,881

0,985

0,984

0,987

0,994

0,999

1,0

0,018

0,074

0,181

0,362

0,639

1,0

при

0,597

0,646

0,702

0,800

0,915

1,0

0,184

0,300

0,425

0,598

0,809

1,004

0,100

0,247

0,425

0,606

0,790

1,0

0,286

0,429

0,571

0,714

0,857

1,0

0,286

0,429

0,571

0,714

0,857

1,0

Рисунок 2 — Режимные характеристики двухвальной ГТУ

Рисунок 3 — Универсальная характеристика двухвальной ГТУ

Рисунок 4 — Режимная характеристика двухвальной ГТУ

Заключение

Сопоставляя результаты расчёта двухвальной ГТУ по таблице 1 и рисункам 2 — 4, можно отметить следующее:

Для двухвальной ГТУ число режимных характеристик на одну больше, чем для одновальной. Для такой установки диапазон режимов работы неограничен, уверенно можно работать на всех режимах. Зависимости ф = f (Nе) и з = f (Nе) для двухвальной ГТУ более пологие, что свидетельствует о большей пригодности двухвальных ГТУ для работы на переменных режима.

Список используемой литературы

1. Арсеньев Л. В., Тырышкин В. Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами.- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982. -247 с.

2. Костюк А. Г., Шерстюк А. Н. Газотурбинные установки: учеб. пособие для вузов.- М.: Высшая школа, 1979.- 254 с.

3. Кузьмичёв Р. В. Расчёт и проектирование газотурбинных установок газоперекачивающих станций: учеб. пособие.- Брянск: БИТМ, 1988. -88с.

4. Кузьмичёв Р. В. Расчёт тепловых схем и переменных режимов работы газотурбинных установок: учеб. пособие.- Брянск: БГТУ, 1997. -80 с.

www.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой