6. Р Продолжение прил. 2 асчет газовой турбины

Для простейшей схемы коэффициент потерь давления  будет иметь наименьшие значения. В частности, примем n = 1,04, n₁ = n₂ = =1,02. Тогда Р₄ = Р₃p = 98,113,2 = 1295 кПа; p_Т = p/n = 13,2/1,04=12,7; давление пред турбиной Р₄ = Р₃ n₁ = 1295/1,02 = 1270 кПа. Давление за турбиной Р₂ = Р₁/p_Т = 1270/12,7 = 100 кПа. Изоэнтропийная температура расширения за турбиной 1223/12,7^0,25 = 647,3 К, где для процесса расширения Т_ср= 930 К; k _ср= 1,33; m_т= (k -1)/ k = (1,33-1)/1,33 = 0,25; Ср_Ср = 1,1628 кДж/кг×К при  = 4 (прил.1, рис.2 и 3).

Изоэнтропийный перепад энтальпий в турбине.

1,1628×1223(1-12,7^-0,25) = 674 кДж/кг.

Действительный перепад энтальпий в турбине Н_Т = Н_то_тохл = 674×0,875 = 590 кДж/кг, и температура газа за турбиной Т₂ = Т₁ – Н_Т/Ср_Ср = 1223-590/1,163 = 716 К (443°С).

Расход газа для охлаждаемой ГТУ определяется по соотношению G_Г = N_e/(H_еохл). Эффективная удельная работа ГТУ с учетом охлаждения при _В = 0 кДж/кг, где = 0,09 – по прототипу. Расход топлива =0,02; H_охл = H_ко/h_к×(1-_В). При m_В = 0 H_охл = H_к, механические КПД компрессора и турбины h_мт = h_мк = 0,98; внутренний КПД турб

Продолжение прил. 2

ины с учетом аэродинамических потреь от охлаждения в проточной части турбины h_тохл = h_Т×_Т×_Г = 0,88×1×0,995 = 0,875. Расход газа G_Г = N_e/H_еохл = 25000/188 = 132 кг/с. Расход топлива определяем по выражению , откуда = =(133×1060,4-137,5×348,6)/(44300×0,99) = 2,17 кг/с, где 133/0,97 = 137,5 кг/с; = = 137,5×0,09 = 12,3 кг/с; 2,17×0,09 = 12,3 кг/с; 2,17/137,5 = 0,016, что удовлетворительно совпадает с ранее принятым значением = 0,02 (погрешность в расходе газа не превышает 0,9%). Если погрешность превышает 3%, то необходимо повторить расчет с целью уточнения значений .

Для теплофикационных ГТУ и бинарных ПГУ из-за наличия котла-утилизатора сопротивление выходного тракта существенно возрастает. Для этих вариантов следует принимать n = 1,06 – 1,08. В данном примере n = 1,07. Значения ; h_тохл; h_к; h_м; ; - те же, что и в предыдущем варианте. Тогда p_Т = p/ = 13,2/1,07 = 12,35; Р₁ = Р₄/₁ = 1295/1,02 = 1270 кПа (без изменений по первому варианту). Давление за турбиной в этом варианте возрастет Р₂ = Р₁/p_Т = 1270/12,35 = 102,83 кПа; = = 1223/12,35^0,25 = 625 К, где k = 1,33; m_т = 0,25; Ср_Ср= 1,1628 кДж/кг;  = 4 (имеют прежние значения)

1,16281223(1-12,35^-0,25)=

=657 кДж/кг;

Продолжение прил. 2

= × = 657×0,875 = 575,1 кДж/кг; =1223-575,1/1,1628 = 728,5 К, где по-прежнему = 0,09; h_тохл = h_Т × _Т × _Г = 0,88×1×0,995 = 0,875; h_мт = h_мк = 0,98; = 0,93.

Эффективная удельная работа ГТУ с учетом охлаждения:

=174 кДж/кг. Расход газа = = 25000/174 = 143,5 кг/с. Расход топлива = =(143,5×1060,4-1483×48,6)/(0,99×44300) = 2,32 кг/с, =2,32/148 = 0,0157.

Таким образом в вариантах с теплофикацией и ПГУ по сравнению с простейшей ГТУ из-за увеличения сопротивления выходного тракта удельная работа ГТУ снизилась на 7,8%, расход газа и воздуха возросли на 7,5%. Относительный же расход топлива остался приблизительно на прежнем уровне = 0,016.

Для варианта КГТУ имеем следующие исходные данные: сопротивление выходного тракта несколько возрастет из-за наличия секций котла-утилизатора, и поэтому n₂ = 1,03; n₁ = 1,02; n = 1,05; p = 13,2; p_Т = p/n = 13,2/1,05 = 12,55; Р₁ = Р₄/n₁ = 1295/1,02 = 1270 кПа. Р₂ = Р₁/ p_Т = 1270/12,55 = 101,2 кПа; = = 1223/12,55 = 665,5 К, где К = 1,315; m = (К-1)/К = (1,315-1)/1,315 = 0,24; Ср_Ср = 1,196 кДж/кг при  = 2; 1,196×1223(1-12,55^-0,25) = 687 кДж/кг; Н_Т = Н_то×h_тохл = 687×0,875 = 601,1 кДж/кг. 1223-601,1/1,196 = 720,4 К. Эффективная удельная работа КГТУ с учетом о

Продолжение прил. 2

хлаждения и впрыска пара в камеру сгорания = 0,97×1,196×1223(1-12,55^-0,25) ×0,875×0,98-1,018/0,87×273(13,2^0,28-1)+0,12×2,42×1223(1-12,55^-0,19) ×0,875×0,98-0,09×341,7 = 309,69 кДж/кг, где безвозвратно теряемый воздух на охлаждение ( = 0,02 – 0,05); d = 0,05 – 0,25; d = 0,12 – относительное (к воздуху) количество впрыскиваемой воды (пара); Ср_П = 2,42 кДж/кг – теплоемкость пара.

При условии сохранения режима работа компрессора при тех же условиях, что и в простейшем варианте, т.е. при p = 13,2, и том же числе оборотов и производительности воздуха добавка 12% пара от расхода воздуха дает увеличение общего расхода рабочего теле в турбине (продукты сгорания + пар), до величины =1 - + + + d = 1-0.09+0.04+0.02+0.12 = 1.09 и = = 148×1,09 = 161,5 кг/с; = d × = 0,12×148 = 178 кг/с; = (143,5×1060,4+17×2019,43-148×348,6-17×648)/(44300×0,99) = 2,845 кг/с. = 2,845/148 = 0,0193, что близко к первоначально принятому.

Таким образом, вариант КГТУ при сохранении расхода воздуха компрессором вследствие ввода пара (воды) в камеру сгорания дает по сравнению с простейшим вариантом существенное увеличение удельной эффективности работы. В данном примере Не_охл = (Не_{охлКГТУ}-Не_охл)/ Не_охл = (309,69-182,2)/182,2 = 0,6997 или 70% при некотором увеличении относительного расхода топлива  = (2,645-2,45)/2,45 ×100 = 7,9%.

В

Продолжение прил. 2

ариант с регенерацией по многим параметрам существенно отличается от рассмотренных выше. В этом варианте p_расч = p_opt = 7; n = 1,1; n₁ = n₂ = 686,7/1,05 = 654 кПа; Р₂ = Р₁/p_Т = 654/6,364 = 102,77 кПа. Из расчета камеры сгорания имеем Т_ср = 1023 К; К = 1,325; m = (К-1)/К = (1,325-1)/1,325 = 0,246;  = 5; Ср_Ср = 1,0879 кДж/кг; = 776 К; = 829 К;  = 0,75; Т₅= 746 К; 1,176×1223(1-6,364^-0,246) = 525,6 кДж/кг; Н_Т = Н_то×h_т = 525,6×0,875 = 459,9 кДж/кг; при _В = 0 и = 0,97 0,97(525,6×0,875×0,98-200/0,87)-0,09× ×200/0,87 = 186,3 кДж/кг; Расход газа G_Г = Nе/Не_охл = 25000/186,3 = 1342 кг/с; = 134,1×0,97 = 138 кг/с. Расход топлива = (134×1054,73-138×490,2)/44300×0,99 = 1,67 кг/с; = 1,67/138 = 0,0121, т.е. на 0,4% (абсолютных) ниже, чем для простейшей ГТУ.

Таким образом, для регенеративной ГТУ по сравнению с простейшей, несмотря на уменьшение перепада энтальпий в турбине (вследствие снижения p_расч), удельная эффективная работа практичеки не изменилась (вследствие уменьшения работы сжатия), а поэтому расходы газа и воздуха остались приблизительно теми же. Относительный расход топлива снизились на 0,4% (абсолютных).