Расчет термодинамического цикла газотурбинной установки



Пример расчета термодинамического цикла газотурбинной установки

Рассчитать термодинамический цикл газотурбинной установки (рис. 7), если рабочим телом является 1 кг смеси идеальных газов следующего состава:

кислород ;

азот ;

углекислый газ ;

водяные пары .

Рис. 7. Термодинамический цикл ГТУ

с изобарным подводом теплоты

Процессы сжатия и расширения в цикле политропные. Показатель политропы в процессе сжатия (1-2) равен , а в процессе расширения (3-4) –. Температура и давление рабочего тела на входе в осевой компрессор равны соответственнои. Кроме того, заданы степень повышения давления в осевом компрессоре, степень предварительного расширения в камере сгоранияи расход рабочего тела.

Значения параметров и функций состояния в характерных точках цикла

Изменения функций состояния (), значения удельных термодинамическойи потенциальнойработ и теплообменаво всех процессах цикла.

Работу цикла , его термический КПДи КПД цикла Карно, осуществляемого в том же интервале температур.

Теоретическую мощность ГТУ при заданном расходе рабочего тела .

Как измениться термический КПД цикла и его термодинамическое совершенство, если в осевом компрессоре будет происходить изотермический процесс сжатия.

Изобразить цикл в координатах и.

Так как алгоритм расчета термодинамических циклов ГТУ и поршневых ДВС практически аналогичен, то предлагаемый пример расчета изложен без отдельных пояснений, которые можно найти в предыдущем разделе.

1. Характеристики рабочего тела:

средняя молекулярная масса

,

газовая постоянная

,

теплоемкости компонентов смеси при (Приложение. Табл. 2) [3]:

;

;

;

,

средняя удельная изобарная теплоемкость

средняя удельная изохорная теплоемкость

,

показатель адиабаты смеси идеальных газов

.

2. Термодинамические параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла (рис. 7).

.

;

;

;

.

;

;

;

.

;

;

;

.

Источник

Пример расчета термодинамического цикла газотурбинной установки

Рассчитать термодинамический цикл газотурбинной установки (рис. 7), если рабочим телом является 1 кг смеси идеальных газов следующего состава:

кислород ;

азот ;

углекислый газ ;

водяные пары .

Рис. 7. Термодинамический цикл ГТУ

с изобарным подводом теплоты

Процессы сжатия и расширения в цикле политропные. Показатель политропы в процессе сжатия (1-2) равен , а в процессе расширения (3-4) –. Температура и давление рабочего тела на входе в осевой компрессор равны соответственнои. Кроме того, заданы степень повышения давления в осевом компрессоре, степень предварительного расширения в камере сгоранияи расход рабочего тела.

Значения параметров и функций состояния в характерных точках цикла

Изменения функций состояния (), значения удельных термодинамическойи потенциальнойработ и теплообменаво всех процессах цикла.

Работу цикла , его термический КПДи КПД цикла Карно, осуществляемого в том же интервале температур.

Теоретическую мощность ГТУ при заданном расходе рабочего тела .

Как измениться термический КПД цикла и его термодинамическое совершенство, если в осевом компрессоре будет происходить изотермический процесс сжатия.

Изобразить цикл в координатах и.

Так как алгоритм расчета термодинамических циклов ГТУ и поршневых ДВС практически аналогичен, то предлагаемый пример расчета изложен без отдельных пояснений, которые можно найти в предыдущем разделе.

1. Характеристики рабочего тела:

средняя молекулярная масса

,

газовая постоянная

,

теплоемкости компонентов смеси при (Приложение. Табл. 2) [3]:

;

;

;

,

средняя удельная изобарная теплоемкость

средняя удельная изохорная теплоемкость

,

показатель адиабаты смеси идеальных газов

.

2. Термодинамические параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла (рис. 7).

.

;

;

;

.

;

;

;

.

;

;

;

.

Источник

Расчет циклов газотурбинных установок

Характеристика методики расчета газотурбинных установок. Определение теоретического цикла с предельной регенерацией, действительного цикла. Определение параметров рабочего тела в узловых точках цикла. Расчет удельной работы компрессора и турбины.

Рубрика Строительство и архитектура
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 27.11.2014
Размер файла 392,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н. ЕЛЬЦИНА» (УРФУ)

КАФЕДРА ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО

ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ТЕПЛОТЕХНИКИ

РАСЧЕТ ЦИКЛОВ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Руководитель А.В Островская

Студент Ф.В. Майборода

Группа СЗ 230705 ну

1.Задание на курсовую работу

1.1 Данные для расчета

1.2 Перечень основных обозначений

2. Расчет циклов ГТУ

2.1 Расчёт теоретического цикла

2.2 Расчёт теоретического цикла с предельной регенерацией

2.3 Расчёт действительного цикла

2.4 Расчёт действительного цикла с предельной регенерацией

3. Сводная таблица параметров циклов ГТУ

1.Задание на курсовую работу

Расчёт циклов газотурбинных установок (ГТУ)

ГТУ мощностью N=18 мВт работает на природном газе с теплотворной способностью

Qнр =40 МДж/кг. Воздух на входе в компрессор имеет температуру t1=15°C и давление р1=0,95 бар. Продукты сгорания на входе в турбину имеют температуру t3=980°C. Степень повышения давления в компрессоре в=8.

1. Теоретический цикл.

2. Теоретический цикл с предельной регенерацией.

3. Действительный цикл.

4. Действительный цикл с предельной регенерацией.

Определить для каждого цикла:

1. Параметры рабочего тела в узловых точках цикла.

2. Удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты.

3. Полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла.

4. Расходы рабочего тела и топлива.

Изобразить схемы установок и циклы в (p-v) и (T-S) диаграммах.

1.1 Данные для расчёта

Давление воздуха перед компрессором

Температура воздуха перед компрессором

Степень повышения давления в компрессоре

Температура продуктов сгорания перед турбиной

Читайте также:  Сервер печати windows 10 установка

Низшая рабочая теплота сгорания топлива

Qнр = 40*103 кДж/кг

Внутренний относительный КПД турбины

Внутренний относительный КПД компрессора

1.2 Перечень основных обозначений

с — теплоемкость, кДж/(кг·К);

l — удельная работа, кДж/кг;

q -удельное количество теплоты, кДж/кг;

s — энтропия, кДж/(кг·К);

t — температура, оС;

v — удельный объем, м3/кг;

Bт — расход топлива, кг/с;

М — расход рабочего тела, кг/с;

Q — полное количество теплоты, кДж;

з — коэффициент полезного действия (КПД)

2. Расчёт циклов ГТУ

установка газотурбинный компрессор цикл

2.1 Расчёт теоретического цикла

Определим параметры рабочего тела в узловых точках цикла

Определим газовую постоянную, массовые теплоёмкости и показатель адиабаты

R=8314/м=8314/28.97=287 Дж/(кг*К) газовая постоянная

м=28,97 кг/моль- молекулярная масса воздуха

Cv= мCv/м=20,79/28,97=0,72 кДж/(кг*К) массовая теплоёмкость при v=const

мCv=20,79 кДж/(молль*К) моллярная теплоёмкость при v=const

Cp= мCp/м=29,1/28,97=1,004 кДж/(кг*К) массовая теплоёмкость при р=const

мCр=20,79 кДж/(молль*К) моллярная теплоёмкость при р=const

k=1,4 показатель адиабаты для воздуха

Рис. 1. Схема ГТУ с подводом теплоты при p = const

Определим параметры рабочего тела в точке 1

Из уравнения состояния идеального газа p1*v1=R*T1 отсюда v1= R*T1/ p1

v1=287*288/0,95*105=0,87 м3/кг начальный удельный объем воздуха

p1=0,95 бар=0,95*105 Па начальное давление воздуха согласно данных задачи

T1=273K+15°C=288K начальная температура воздуха

Определим параметры рабочего тела в точке 2

Степень повышения давления в=р2/р1 отсюда р2= р1*в

р2=0,95*105*8=7,6 бар=7,6*105 Па давление воздуха в точке 2

Процесс сжатия воздуха в компрессоре считается адиабатным , следовательно

р2/р1=(v1/v2)k отсюда v2= v1*(р1/р2)1/k= v1*(1/в)1/k

v2=0,87*(1/8)1/1,4=0,1969 м3/кг удельный объем воздуха в точке 2

Найдём температуру Т2 из уравнения состояния идеального газа p2*v2=R*T2 отсюда

T2=7,6*105*0,1969/287=521,4К температура воздуха в точке 2

Определим параметры рабочего тела в точке 3

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р3 = р2=7,6 бар=7,6*105 Па давление рабочего тела в точке 3

T3=273K+980°C=1253K температура продуктов сгорания в точке 3

Из уравнения состояния идеального газа p3*v3=R*T3 отсюда v3= R*T3/ p3

v3=287*1253/7,6*105=0,4731 м3/кг удельный объем воздуха в точке 3

Определим параметры рабочего тела в точке 4

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р4 = р1=0,95 бар=0,95*105 Па давление рабочего тела в точке 4

Значение удельного объёма v4 найдём из уравнения адиабатного процесса расширения

р4/р3=(v3/v4)k отсюда v4= v3*(р3/р4)1/k

v4=0,4731*(7,6/0,95)1/1,4=2,0893 м3/кг удельный объем рабочего тела в точке 4

Найдём температуру Т4 из уравнения состояния идеального газа p4*v4=R*T4 отсюда

T4=0,95*105*2,0893/287=691,6К температура рабочего тела в точке 4

Рис. 2. p-v диаграмма цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const:

1-2- адиабатное сжатие рабочего тела;

2-3 — изобарный подвод теплоты (горение топлива);

3-4 — адиабатное расширение;

4-1 — изобарный отвод теплоты (с выхлопом продуктов сгорания в окружающую среду)

Рис. 3. T-S диаграмма цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const:

1-2- адиабатное сжатие рабочего тела;

2-3 — изобарный подвод теплоты (горение топлива);

3-4 — адиабатное расширение;

4-1 — изобарный отвод теплоты (с выхлопом продуктов сгорания в окружающую среду)

Определим удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты

Определим удельное количество подведённой и отведённой теплоты

q1=Cp*(T3-T2)=1,004*(1253-521,4)=734,53 кДж/кг удельное количество подведённой теплоты

q2=Cp*(T4-T1)=1,004*(691,6-288)=405,21 кДж/кг удельное количество отведённой теплоты

Определим удельную работу компрессора и турбины

IТ= Cp*(T3-T4)=1,004*(1253-691,6)=563,65 кДж/кг удельная работа турбины

IК= Cp*(T2-T1)=1,004*(521,4-288)=234,33 кДж/кг удельная работа компрессора

Определим полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла.

l0=q1-q2= IТ-IК=737,53-405,21=563,65-234,33=329,32 кДж/кг удельная полезная работа цикла

Юt=l0/q1=329,32/734,53=0,4483 термический (внутренний) КПД цикла

Определим расходы рабочего тела и топлива.

?=N/l0=18*103/329,32=54,658 кг/с расход рабочего тела

ВТ= ?* q1/ Qнр =54,658*734,53/40*103=1,004 кг/с расход топлива

Таблица параметров теоретического цикла ГТУ

2.2 Расчёт теоретического цикла с предельной регенерацией

Определим параметры рабочего тела в узловых точках цикла

Определим параметры рабочего тела в точке 1

Из уравнения состояния идеального газа p1*v1=R*T1 отсюда v1= R*T1/ p1

v1=287*288/0,95*105=0,87 м3/кг начальный удельный объем воздуха

p1=0,95 бар=0,95*105 Па начальное давление воздуха согласно данных задачи

T1=273K+15°C=288K начальная температура воздуха

Определим параметры рабочего тела в точке 2

Степень повышения давления в=р2/р1 отсюда р2= р1*в

р2=0,95*105*8=7,6 бар=7,6*105 Па давление воздуха в точке 2

Процесс сжатия воздуха в компрессоре считается адиабатным , следовательно

р2/р1=(v1/v2)k отсюда v2= v1*(р1/р2)1/k= v1*(1/в)1/k

v2=0,87*(1/8)1/1,4=0,1969 м3/кг удельный объем воздуха в точке 2

Найдём температуру Т2 из уравнения состояния идеального газа p2*v2=R*T2 отсюда

T2=7,6*105*0,1969/287=521,4К температура воздуха в точке 2

Определим параметры рабочего тела в точке а

В случае предельной регенерации теплоты степень регенерации теплоты у=1 Та=Т4

Tа=691,6К температура рабочего тела в точке а

Так как воздух поступает в камеру сгорания при p = const, то давление Ра=Р2=Р3

Ра= 7,6*105 Па давление воздуха в точке а

Из уравнения состояния идеального газа pа*vа=R*Tа отсюда vа= R*Tа/ pа

vа=287*691,6/7,6*105=0,2612 м3/кг удельный объем воздуха в точке а

Определим параметры рабочего тела в точке 3

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р3 = р2=7,6 бар=7,6*105 Па давление рабочего тела в точке 3

T3=273K+980°C=1253K температура продуктов сгорания в точке 3

Из уравнения состояния идеального газа p3*v3=R*T3 отсюда v3= R*T3/ p3

v3=287*1253/7,6*105=0,4731 м3/кг удельный объем воздуха в точке 3

Определим параметры рабочего тела в точке 4

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р4 = р1=0,95 бар=0,95*105 Па давление рабочего тела в точке 4

Значение удельного объёма v4 найдём из уравнения адиабатного процесса расширения

р4/р3=(v3/v4)k отсюда v4= v3*(р3/р4)1/k

v4=0,4731*(7,6/0,95)1/1,4=2,0893 м3/кг удельный объем рабочего тела в точке 4

Читайте также:  Компонент профессионально ценностной установки

Найдём температуру Т4 из уравнения состояния идеального газа p4*v4=R*T4 отсюда

T4=0,95*105*2,0893/287=691,6К температура рабочего тела в точке 4

Определим параметры рабочего тела в точке b

В случае предельной регенерации теплоты степень регенерации теплоты у=1 Тb=Т2

Tb=521,4К температура рабочего тела в точке b

Так как рабочее тело выбрасывается в окружающую среду то давление Рb=Р1

Рb= 0,95*105 Па давление рабочего тела в точке b

Из уравнения состояния идеального газа pЬ*vЬ=R*TЬ отсюда vЬ= R*TЬ/ pЬ

vЬ=287*521,4/0,95*105=1,57 м3/кг удельный объем воздуха в точке b

Рис. 4. Схема установки с регенерацией теплоты при p = const

Рис. 5. p-v диаграмма цикла ГТУ с регенерацией теплоты с подводом теплоты при p = const:

Рис. 6. T-S диаграмма цикла ГТУ с регенерацией теплоты с подводом теплоты при p = const

Определим удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты

Определим удельное количество подведённой и отведённой теплоты

q1р=Cp*(T3-Tа)=1,004*(1253-691,6)=563,65 кДж/кг удельное количество подведённой теплоты

q2р=Cp*(TЬ-T1)=1,004*(521,4-288)=234,33 кДж/кг удельное количество отведённой теплоты

IТр= Cp*(T3-T4)=1,004*(1253-691,6)=563,65 кДж/кг удельная работа турбины

IКр= Cp*(T2-T1)=1,004*(521,4-288)=234,33 кДж/кг удельная работа компрессора

Определим полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла

l0р=q1р-q2р= IТ-IК=563,65-234,33=329,32 кДж/кг удельная полезная работа цикла

Юtp=l0р/q1р=329,32/563,65=0,58 термический (внутренний) КПД цикла

Определим расходы рабочего тела и топлива.

?р=N/l0р=18*103/329,32=54,66 кг/с расход рабочего тела

ВТ= ?р* q1р/ Qнр =54,658*563,65/40*103=0,77 кг/с расход топлива

Таблица параметров теоретического цикла с полной регенерацией ГТУ

2.3 Расчёт действительного цикла

Определим параметры рабочего тела в узловых точках цикла

Реальные (действительные) процессы в турбине и компрессоре являются необратимыми и, в соответствии со вторым законом термодинамики, идут с возрастанием энтропии. Потери из-за необратимости процессов сжатия в компрессоре и расширения в турбине оцениваются значениями внутренних относительных КПД компрессора и турбины oiк и oiт. Соответственно температуры в точках 2 и 4 реального цикла будут отличаться от температур в этих точках теоретического цикла.

Определим температуры в точках 2Д и 4Д из значений внутренних относительных КПД компрессора и турбины oiк и oiт

oiк= IК/IКД=0,86 отсюда IКД=IК/oiк=234,33/0,86=272,48 кДж/кг удельная работа компрессора в действительном цикле

oiт= Iтд/Iт=0,88 отсюда IтД= Iт*oiт=563,65*0,88=496,012 кДж/кг удельная работа турбины в действительном цикле

IКД= Cp*(T2Д-T1)=272,48 кДж/кг отсюда T2Д=( IКД+ Cp*T1)/ Cp

T2Д=(272,48+1,004*288)/1,004=559,39К температура воздуха в точке 2Д

IтД= Cp*(T3-T4Д)=496,012 кДж/кг отсюда T4Д=(Cp*T3-IтД)/ Cp

T4Д=(1,004*1253-496,012)/1,004=758,96К температура рабочего тела в точке 4Д

Определим параметры рабочего тела в точке 1

Из уравнения состояния идеального газа p1*v1=R*T1 отсюда v1= R*T1/ p1

v1=287*288/0,95*105=0,87 м3/кг начальный удельный объем воздуха

p1=0,95 бар=0,95*105 Па начальное давление воздуха согласно данных задачи

T1=273K+15°C=288K начальная температура воздуха

Определим параметры рабочего тела в точке 2Д

T2Д=559,39К температура воздуха в точке 2Д

Степень повышения давления в=р2/р1 отсюда р2= р1*в

р2Д=0,95*105*8=7,6 бар=7,6*105 Па давление воздуха в точке 2Д

Найдём удельный объём воздуха v2Д из уравнения состояния идеального газа

p2Д*v2Д=R*T2Д отсюда v2Д= Т2Д*R/p2Д

v2Д =(559,39*287)/7,6*105=0,2112 м3/кг удельный объем воздуха в точке 2Д

Определим параметры рабочего тела в точке 3

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р3 = р2=7,6 бар=7,6*105 Па давление рабочего тела в точке 3

T3=273K+980°C=1253K температура продуктов сгорания в точке 3

Из уравнения состояния идеального газа p3*v3=R*T3 отсюда v3= R*T3/ p3

v3=287*1253/7,6*105=0,4731 м3/кг удельный объем воздуха в точке 3

Определим параметры рабочего тела в точке 4Д

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р4Д = р1=0,95 бар=0,95*105 Па давление рабочего тела в точке 4Д

T4Д=758,96К температура рабочего тела в точке 4Д

Найдём удельный объём воздуха v4Д из уравнения состояния идеального газа

p4Д*v4Д=R*T4Д отсюда v4Д= Т4Д*R/p4Д

v4Д =(758,96*287)/0,95*105=2,29 м3/кг удельный объем воздуха в точке 4Д

Рис. 7. p-v диаграмма действительного цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const.

Рис. 8 p-v диаграмма действительного цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const

Определим удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты

Определим удельное количество подведённой и отведённой теплоты.

q1Д=Cp*(T3-T2Д)=1,004*(1253-559,39)=696,38 кДж/кг удельное количество подведённой теплоты

q2Д=Cp*(T4Д-T1)=1,004*(758,96-288)=472,85 кДж/кг удельное количество отведённой теплоты

Определим удельную работу компрессора и турбины

IКД= Cp*(T2Д-T1)=1,004*(559,39-288)=272,48 кДж/кг удельная работа компрессора

IтД= Cp*(T3-T4Д)=1,004(1253-758,96)=496,01 кДж/кг удельная работа турбины

Определим полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла.

l0Д=q1Д-q2Д=IТД-IКД=696,38-472,85=496,01-272,48=223,53 кДж/кг удельная полезная работа цикла

Источник

Основы термодинамического расчета ГТУ

Отработавший в турбине 3 газ после регенератора 6 не удаляется в атмосферу, как в ГТУ откры­того типа, а направляется в охладитель 5. Там он охлаж­дается до температуры Т3, при этом давление его снижа­ется до P2. Охладитель представляет собой теплообмен­ник поверхностного типа, в котором охлаждающей средой служит обычная вода. С точки зрения термодинамики, охлади­тель 5 выполняет роль теплоприёмника (холодного источни­ка). Охлажденный газ поступа­ет в компрессор 4, где сжимается от P2 до P1, за счет че­го температура его повышается от Т3 до Т4. После компрессора газ направляется в регенератор 6, в котором подогревается за счёт газов, выходящих из турбины 3. В замкнутых ГТУ вместо камеры сгорания устанавливается нагреватель 1, в котором рабочее тело (газ или воздух) пропускается внутри трубок. Снаружи эти трубки нагреваются за счет тепла, выделяющего при сгорании топлива в топке, которая по принципу работы схожа с топкой паровых котлов. Поэтому нагреватель ГТУ иногда называют «воздушным котлом». В нагревателе 1, температура рабочего газа резко возрастает до Т1, далее газ поступает в тур­бину 3, где расширяется, совершая работу. Температура при этом падает до T2. Турбина вращает компрессор 4, а избыточную часть своей мощности отдает потребителю 2. Далее отработавший газ, имея достаточно высокую температуру, направляется в регенератор, где отдает часть своего тепла на подогрев газа, движущегося из компрессора 4 в нагреватель 1.

Читайте также:  Сузуки свифт установка проставок

Затем цикл снова повторяется.

В замкнутой ГТУ циркулирует одно и то же массовое количество рабочего тела, за исключением незна­чительной по величине утечки газа из контура через различные неплотности, которая автоматически восполняется из специального устройства (на рисунке не показано). Мощность установки регулируется изменением давления газа в её контуре за счет изменения массового расхода рабочего газа при сохранении практически неизменными степени повышения давления p, а также Т1 и Т3 (максимальной и минимальной температур цикла) с помощью специ­ального центробежного регулятора (на рисунке не показан).

Замкнутые ГТУ по сравнению с открытыми обладают следующими преимуществами:

­ благодаря отсутствию в циркулирующем газе веществ, вы­зывающих коррозию и эрозию лопаточного аппарата, значительно повышается надёжность и долговечность турбины;

­ замкнутые ГТУ могут работать на любых видах топлива, в том числе на твердом и тяжелых сортах жидкого топлива (мазутах);

­ замкнутые ГТУ могут работать на атомной энергии;

­ путем повышения начального давления газа перед компрессором можно в широких пределах увеличивать его весовой расход в ГТУ, а это дает возможность либо в соответствующее число раз увеличить единичную мощность установки, либо при неизменной мощности значительно снизить её вес за счёт уменьшения поверхности теплообменников, размеров ГТУ и диаметров трубопроводов;

­ в замкнутых ГТУ мощность регулируется изменением давления газа в контуре, поэтому к.п.д. установки при раз­личных режимах нагрузки и в широком диапазоне рабочих параметров остаётся не­изменным;

­ в качестве рабочего тела можно использовать любые газообразные вещества, либо обладающие лучшими теплофизическими свойствами, либо позволяющие сделать цикл установки более совершенным и выгодным с термодинамической точки зре­ния, либо имеющие какие-то другие преимущества.

Ö Полузамкнутый цикл.

При таком цикле часть продуктов сгорания отбирается за турбиной и направляется в промежуточную ступень компрессора.

· По количеству валов:

Ö Одновальные ГТУ (рис 1.1).

Преимущества одновальных установок — конструктивная простота, минимальное число турбомашин и подшипников. Так же важным достоинством данных ГТУ является то, что при регенеративном цикле они сохраняют по­стоянный КПД ГТУ при уменьшении нагрузки до 70% и ниже.

Такие ГТУ имеют и не менее существенные недостатки. Жесткая связь осевого компрессора и приводимого нагнетателя существенно ограничивает возможности регулирования агрегата. Мощ­ность в установке данного типа регулируется только изменением расхода топлива. Если нагрузка уменьшается, уменьшают расход топлива, а при этом расход воздуха остается постоянным, поскольку компрессор, газовая турбина и нагрузка жестко связаны одним валом. Уменьшение расхода топлива, таким образом, ведет к уменьшению температуры за камерой сгорания, что уменьшает к.п.д. ГТУ.

Ö Двухвальные ГТУ.

В таких установках выделяют газогенераторную часть (компрессор и приводящая его турбина) иблок свободной силовой турбины.

Рис. 1.8. Принципиальная схема двухвальной ГТУ.

1-компрессор; 2-турбина высокого давления; 3-турбина низкого давления (силовая); 4-нагрузка (нагнетатель); 5-камера сгорания.

В такой установке турбина разделена на 2 ча­сти (рис 1.8).

Одна часть, обычно высокого давления 2, служит приводом компрессора 1 и может работать с переменным числом оборотов. Вторая часть, силовая турбина 3, работает со строго постоянным числом оборотов, если она предназначена для привода электрогенератора, и может иметь практически любую скорость вращения, ес­ли она предназначена для привода нагнетателя. Регулирование в ГТУ этого типа осуществляется не только путем изменения расхо­да топлива, но и за счет изменения расхода воздуха, подаваемого компрессором 1.

Такой метод позволяет значительно меньше снижать или вооб­ще не снижать температуру рабочего тела за камерой сгорания при работе на частичных нагрузках и тем самым поддерживать к.п.д. цикла на более высоком уровне.

Ö Трехвальные ГТУ.

Рис. 1.9. Принципиальная схема трехвальной ГТУ.

1-компрессор низкого давления; 2-компрессор высокого давления; 3-камера сгорания; 4- турбина высокого давления; 5-турбина низкого давления;

6-свободная турбина; 7-нагнетатель.

При больших степенях сжатия наблюдается различие расходов воздуха в начале и в конце проточной части компрессора, что может привести к помпажу. Для устранения этого явления компрессор делят на 2 и более частей, называемых каскадами. Каждый каскад имеет свою частоту вращения, за счет чего расход воздуха через них выравнивается. Каждый каскад приводится отдельной турбиной.

В любом случае на каждом валу должно быть не менее двух подшипниковых узлов: один – опорный, второй – опорно-упорный. При меняются подшипники качения и скольжения.

· По сложности термодинамического цикла:

Ö Простейший термодинамический цикл.

Рис. 1.10. T-S диаграмма простейшего термодинамического цикла.

Такой цикл используется в 90% всех используемых в мире ГТУ.

Ö Цикл с охлаждением в процессе сжатия.

Рис 1.11. Схема двухступенчатого компрессора

с промежуточным охладителем.

1 – компрессор низкого давления; 2 – компрессор высокого давления;

3 – охладитель.

Работа, затрачиваемая на сжатие, при прочих равных условиях будет наименьшей, если процесс осуществляется изотермически, но для этого необходимо постоянно отводить теплоту от рабочего тела, что конструктивно практически невозможно осуществить.

Чтобы приблизить процесс к изотермическому и уменьшить затрачиваемую работу, променяют ступенчатое сжатие с охлаждением воздуха после каждой ступени в промежуточных холодильниках.

Источник

Adblock
detector