Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-10, 5
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). 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… Читать ещё >
Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-10, 5 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
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.
- 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 | |||||||
— 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 | |||
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.