Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-25
Изменение экономичности ГТУ при частичных нагрузках, очевидно, зависит от того, насколько способ регулирования приближается к количественному. При первом способе регулирования происходит резкое изменение Не при маломеняющемся расходе G и в этом случае следует ожидать значительного снижения КПД ГТУ при частичных нагрузках (для одновальных ГТУ с генераторной нагрузкой). Если регулирование мощности… Читать ещё >
Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-25 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет»
Кафедра «Тепловые двигатели»
«Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-25»
Курсовая работа по дисциплине: «Режимы работы и эксплуатации энергетических машин»
Документы текстовые ГТ.14. 108. РР. ПЗ Всего листов 13
Руководитель:
______________Шкодин В.М.
«__"__________________2014 г.
Студент группы 10-Т
________________Инкина О.В. «__"__________________2014 г.
Брянск 2014
Аннотация В данной курсовой работе произведён расчёт режимных характеристик и рабочей линии газотурбинной установки ГТН-25 на переменных режимах работы.
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ КОНТАКТНОГО ТИПА И ТУРБИНЫ НА НОМИНАЛЬНОМ РЕЖИМЕ
3. РАСЧЁТ РЕЖИМНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ
2.1 МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМОВ
2.2 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Введение
В данной курсовой работе произведён расчёт газовой турбины на переменные режимы, на основе расчёта проекта проточной части и основных характеристик на номинальном режиме работы газовой турбины. Из общей формулы мощности ГТУ Nе = GHе 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 происходит резкое изменение Не при маломеняющемся расходе G 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.
1 — воздухоочистительное устройство; 2 — турбодетандер; 3 — зубчатая передача; 4 — осевой компрессор; 5 — камера сгорания; 6 — турбина высокого давления; 7 — турбина низкого давления; 8 — котел утилизатор; 9 — потребитель; 10 — химическая водоочистка; ПН — питательный насос; ТП — тепловой потребитель; РПВ — регенеративный подогрев воды.
газовый турбина мощность регулирование
2. Исходные данные для двухвальной ГТУ контактного типа и турбины на номинальном режиме
Эффективная мощность Ne = 25 МВт.
Начальная температура газа Т1* = 1383 К.
Температура воздуха перед компрессором Т3 = 288 К.
Степень повышения давления в компрессоре р = 13,2.
Степень расширения газа в турбине рт = 12,54.
Коэффициент избытка воздуха в КС б = 1,58.
К.п.д. компрессора на расчётном режиме зКО = 0,86.
К.п.д. турбины на номинальном режиме зТО = 0,87.
Номинальный режим характеризуется следующими величинами:
Коэффициенты сопротивления:
общий н = 1,06;
между компрессором и турбиной н1 = 1,02;
на выходе из турбины н2 = 1,04.
Соответственно относительные потери давления:
ж = н — 1 = 1,06 — 1 = 0,06;
ж1 = н1 — 1 = 1,02 — 1 = 0,02;
ж2 = н2 — 1 = 1,04 — 1 = 0,04.
Теплоёмкость воздуха (средняя для процесса сжатия):
срв = 1,023 кДж/кг;
kВ = 1,388; mВ = 0,280.
Теплоёмкость газа (средняя для процесса расширения):
= 1,258 кДж/кг;
kГ = 1,300; mГ = 0,231.
Механические к.п.д. турбины и компрессора: зМТ = зМК = 0,98.
К.п.д. КС: зКС = 0,99; = 0,09; = 1,09.
Удельная работа компрессора:
НК = 375,81 кДж/кг Удельная работа турбины:
НТ = 675,5 кДж/кг Удельная эффективная работа ГТУ:
= 442,0 кДж/кг.
Температура воздуха за компрессором:
= 642,8 К.
Подведенное тепло:
Расчёт режимных характеристик двухвальной ГТУ
2.1 Методика расчёта переменных режимов
Уточнённый расход газа через турбину:
= 25 000/442,0· 0,97 =54,86 кг/с.
Эффективный к.п.д. ГТУ:
зe =НeОХЛ/ q1=442,0/1042,4=0,424= 42,4%
Наличие баланса мощностей турбокомпрессорного вала (ТВД) приводит к тому, что характеристика турбокомпрессора (режимная линия) является однопараметрической и изображается на диаграмме компрессора одной кривой (рис. 1).
Отношение давлений ТВД рТ1 определяются по значениям рТ формулой:
где
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
Рис. 1. Универсальная характеристика осевого компрессора ГТН-25
Удельный относительный расход тепла определяется из выражения:
Тогда к.п.д. ГТУ и, где n2 — частота вращения вала ТНД; - принимается.
2.2 Результаты расчётов
Весь расчёт сведён в таблицу 1, из которой ясна принятая последовательность расчётов. По полученным значениям параметров на построены режимные характеристики двухвальной ГТУ (рис. 2 — 4):
.
Таблица 1
Расчёт режимных характеристик двухвальной ГТУ
Параметр | Расчётная формула | |||||||
13,2 | ||||||||
— из расч. ГТ | 0,973 | 0,967 | 0,960 | 0,954 | 0,947 | 0,940 | ||
по характеристике ОК | 0,82 | 0,83 | 0,85 | 0,87 | 0,87 | 0,86 | ||
0,905 | 0,931 | 0,950 | 0,968 | 0,976 | 1,000 | |||
0,86 | 0,866 | 0,868 | 0,869 | 0,8695 | 0,87 | |||
По характеристике ОК | 3,8 | 4,0 | 4,2 | 4,4 | 4,6 | 4,80 | ||
— из расч. ГТ | 0,791 | 0,833 | 0,875 | 0,916 | 0,958 | 1,000 | ||
7,785 | 8,700 | 9,604 | 10,489 | 11,367 | 12,408 | |||
3,069 | 3,113 | 3,146 | 3,172 | 3,191 | 3,210 | |||
0,828 | 0,860 | 0,892 | 0,914 | 0,956 | 1,014 | |||
876,0 | 919,5 | 963,5 | 1007,8 | 1052,3 | 1097,2 | |||
0,798 | 0,838 | 0,878 | 0,918 | 0,959 | 1,000 | |||
2,536 | 2,794 | 3,052 | 3,307 | 3,562 | 3,866 | |||
(или по характеристике ОК) | 0,670 | 0,7450 | 0,8125 | 0,8800 | 0,9375 | 1,000 | ||
0,404 | 0,505 | 0,614 | 0,729 | 0,850 | 1,000 | |||
0,894 | 0,915 | 0,937 | 0,958 | 0,979 | 1,000 | |||
0,86 | 0,864 | 0,867 | 0,8685 | 0,8696 | 0,87 | |||
0,989 | 0,9929 | 0,9960 | 0,9983 | 0,9996 | 1,000 | |||
0,399 | 0,502 | 0,612 | 0,728 | 0,850 | 1,000 | |||
при | 0,791 | 0,833 | 0,875 | 0,916 | 0,958 | 1,000 | ||
0,501 | 0,591 | 0,686 | 0,789 | 0,890 | 1,000 | |||
0,797 | 0,849 | 0,892 | 0,922 | 0,955 | 1,000 | |||
0,736 | 0,7946 | 0,8489 | 0,8995 | 0,9472 | 1,000 | |||
0,606 | 0,682 | 0,758 | 0,833 | 0,909 | 1,000 | |||
Рис. 2. Режимные характеристики двухвальной ГТУ Рис. 3. Режимные характеристики двухвальной ГТУ Рис. 4. Универсальная характеристика двухвальной ГТУ
Заключение
Сопоставляя результаты расчёта двухвальной ГТУ по таблице 1 и рисункам 2 — 4, можно отметить следующее:
Для двухвальной ГТУ контактного типа диапазон режимов работы ограничен, уверенно можно работать свыше рк =8, при уменьшении значения необходимо принять конструктивные меры. 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. Костюк А. Г., Шерстюк А. Н. Газотурбинные установки: учеб. пособие для вузов.- М.: Высшая школа, 1979. 254 с.
2. Кузьмичёв Р. В. Расчёт и проектирование газотурбинных установок газоперекачивающих станций: учеб. пособие.- Брянск: БИТМ, 1988.-88с.
3. Кузьмичёв Р. В. Расчёт тепловых схем и переменных режимов работы газотурбинных установок: учеб. пособие.- Брянск: БГТУ, 1997.-80 с.
4. Газотурбинные установки. Конструкции и расчет: Справочное пособие/ Под общ. ред. Л. В. Арсеньева и В. Г. Тырышкина. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978. -232 с., ил.