Расчет и оптимизация параметров цикла газотурбинной установки

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

" Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина"

Теплоэнергетический факультет Кафедра паровых и газовых турбин КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Проектирование и эксплуатация ГТУ»

Расчет и оптимизация параметров цикла ГТУ Кремлев Алексей Сергеевич

— Иваново 2013 ;

1. Исходные данные

2. Задание к курсовой работе

3. Расчет цикла простой ГТУ

4. Расчет цикла ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов

5. Расчет цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением Вывод

1. Исходные данные Табл. 1. Исходные данные для выполнения курсовой работы

2. Задание к курсовой работе

1) Рассчитать цикл простой ГТУ при оптимальной степени повышения давления в компрессоре (когда КПД цикла максимален);

2) Рассчитать цикл ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов при оптимальной степени повышения давления в компрессоре (когда КПД цикла максимален);

3) Рассчитать цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением при оптимальной степени повышения давления в компрессоре (когда КПД цикла максимален).

3. Простой цикл ГТУ Сначала определим оптимальную степень повышения давления в компрессоре (когда КПД цикла максимален). Для этого зададимся давлением за осевым компрессором и построим график зависимости КПД ГТУ от степени повышения давления в компрессоре (. Затем, определив максимальный КПД цикла, определим параметры во всех характерных точках цикла.

Табл.2 Расчёт данных для построения зависимости

— степень повышения температуры в цикле Рис. 1 Зависимость КПД ГТУ от степени повышения давления в компрессоре Из рис. 1 видно, что достигается при

Найдём параметры в характерных точках цикла, изобразим схему и цикл в Tsи pv-диаграммах. Допустим, что рабочим телом на протяжение всего цикла является воздух как для ОК, так и для ГТ, на оптимизацию цикла это никак не повлияет, а для всех расчётов будем брать постоянные воздуха.

Расчёт температур в характерных точках.

По температурам находим остальные параметры в характерных точках.

Точка 1:

— теплосодержание

— стандартная энтропия Точка 2.

— теплосодержание

— стандартная энтропия Точка 3

— теплосодержание

— стандартная энтропия

Точка 4

— теплосодержание

— стандартная энтропия Действительная работа ОК, ГТ и ГТУ.

Рис. 2 Схема простой ГТУ Рис. 3. Простой цикл ГТУ в Ts — диаграмме Рис. 4. Простой цикл ГТУ в pv — диаграмме

4. Расчет цикла ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов Сначала определим оптимальную степень повышения давления в компрессоре (когда КПД цикла максимален). Для этого зададимся давлением за осевым компрессором и построим график зависимости КПД ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов от степени повышения давления в компрессоре (, затем, определив максимальный КПД цикла определим параметры во всех характерных точках цикла.

Табл. 3. Расчет данных для построения зависимости

степень повышения температуры в цикле Из рис. 5 видно, что достигается при

Рис. 5. Зависимость КПД цикла ГТУ с регенерацией тепла уходящих газов от степени повышения давления в компрессоре Найдём параметры в характерных точках цикла, изобразим схему и цикл в Tsи pv-диаграммах. Допустим, что рабочим телом на протяжение всего цикла является воздух как для ОК, так и для ГТ, на оптимизацию цикла это никак не повлияет, а для всех расчётов будем брать постоянные воздуха.

Расчёт температур в характерных точках:

По температурам находим остальные параметры в характерных точках.

Точка 1:

— теплосодержание

— стандартная энтропия Точка 2.

— теплосодержание

— стандартная энтропия Точка 3

— теплосодержание

— стандартная энтропия

Точка 4

— теплосодержание

— стандартная энтропия

— предельная регенерация теплоты уходящих газов;

— количество регенерированной теплоты уходящих газов в реальном цикле;

Точка 6:

— теплосодержание

— стандартная энтропия Точка 5:

— теплосодержание

— стандартная энтропия Действительная работа ОК, ГТ и ГТУ.

Рис. 6 Схема цикла ГТУ с регенерацией тепла уходящих газов Рис. 7. Цикл ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов в Ts — диаграмме Рис. 8. Цикл ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов в pvдиаграмме

5. Расчет цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением Сначала определим оптимальную степень повышения давления в компрессоре (когда КПД цикла максимален). Для этого зададимся давлением за осевым компрессором до значения оптимального давления взятого из простого цикла, построим график зависимости КПД ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов от степени повышения давления в компрессоре (). Затем, определив максимальный КПД цикла, определим параметры во всех характерных точках цикла.

Решение:

1) Задаемся давлением в КНД в интервале от до c шагом в 1 бар

2) Определяем степень повышения давления в КНД

3) Определяем степень повышения температуры в КНД

4) Определим температуру на выходе из КНД

5) Определим работу КНД

6) Определим степень повышения температуры в ТНД

7)Определим температуру на выходе из ТНД где

8) Определим работу ТНД

9) Определим давление на выходе из ТНД

10) Определим давление на входе в КВД

11) Определим степень повышения давления в КВД по формуле

— оптимальная степень повышения давления, взятая из простого цикла

12) Определим степень повышения температуры в КВД

13) Определим давление за КВД

14) Определим температуру на входе в КВД

15) Определим температуру на выходе из КВД

16) Определим работу КВД

17) Определим степень повышения температуры в ТВД

18)Определим температуру на выходе из ТВД

19) Определим давление на входе в ТВД

20) Определим работу ТВД

21) Определим количество теплоты подведенной в цикл

22) Определим полезную работу, полученную в цикле

23) Определим КПД ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением.

Табл. 4. Сводная таблица расчета для построения зависимости

Рис. 9. Зависимость КПД цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением от степени повышения температуры в КНД

— степень повышения температуры в цикле Из рис. 9 видно, что при; :

Найдем параметры в характерных точках цикла и изобразим схему и цикл в pvи Tsдиаграмме. Допустим, что на протяжении всего цикла рабочим телом является воздух как для ОК, так и для ГТ, на оптимизацию цикла это никак не повлияет, а для всех расчетов будем брать постоянные воздуха.

Находим остальные параметры по температуре:

— теплосодержание,

— стандартная энтропия,

где R_В = 0,28 715 кДж/кгК газовая постоянная воздуха.

— теплосодержание;

— стандартная энтропия,

.

— теплосодержание;

— стандартная энтропия,

.

— теплосодержание;

— стандартная энтропия,

.

— теплосодержание;

— стандартная энтропия,

.

— теплосодержание;

— стандартная энтропия,

.

— теплосодержание;

— стандартная энтропия,

.

— теплосодержание;

— стандартная энтропия,

.

Рис. 10 Схема цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением Рис. 11. Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением в Ts — диаграмме Рис. 12. Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением в pvдиаграмме Вывод В результате расчетов мы оптимизировали циклы ГТУ по максимальному КПД цикла и рассчитали основные параметры в характерных точках: газотурбинный давление компрессор теплота

1) простой цикл:;

2) цикл с регенерацией:

3) цикл с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением:

.