2.2. Расчет гтд со свободной турбиной (одновальный гг)

Расчетная схема: одновальный газогенератор и свободная турбина. Охлаждается турбина высокого давления. ТГД – расчет ведется в САУ, с постоянным показателем адиабаты для воздуха и переменной теплоемкостью газа (упрощенный расчет по параметрам на входе в узел).

Исходные данные	Обозначение
Температура газа перед турбиной, К	-
Степень повышения полного давления	-
Политропический КПД компрессора	-
КПД неохлаждаемой одноступенчатой турбины компрессора	-
КПД неохлаждаемой двухступенчатой турбины компрессора	-
Изоэнтропическй КПД силовой турбины	-
Механический КПД силовой турбины	-
КПД электрогенератора	-
Коэффициент потерь полного давления во входном устройстве	-
Коэффициент восстановления полного давления в камере сгорания	-
Степень понижения полного давления в выходном устройстве	-
Коэффициент утечек воздуха из ГВТ
Температура воздуха на входе в ГТД, К	-
Показатель адиабаты воздуха	-
Давление воздуха на входе в ГТД, Па	-
Газовая постоянная воздуха	-
Механический КПД турбокомпрессора	-
Максимальная электрическая мощность газотурбоэлектроагрегата	-
Низшая теплотворная способность топливного газа	-
Полнота сгорания топлива	-
Теоретически необходимое количество килограммов воздуха для полного сгорания одного килограмма топлива	-

Алгоритм тгд расчета гтд со свободной турбиной

Расчетная схема: одновальный газогенератор и свободная турбина. Охлаждается только турбина компрессора.

ТГД – расчет ведется в САУ, с постоянным показателем адиабаты для воздуха и переменной теплоемкостью газа (упрощенный расчет по параметрам на входе в узел).

До пункта 39 расчет ведется на =1 кг воздуха.

1. Полная температура на входе в двигатель:

= (1)

2. Полное давление на входе в двигатель:

= (2)

3. Изоэнтропический КПД компрессора определяется по формуле:

. (3)

4. Полное давление за компрессором:

. (4)

5. Удельная работа компрессора определяется по формуле:

. (5)

6. Температура воздуха за компрессором вычисляется по выражению:

. (6)

7. Относительный расход топлива определим по упрощенной формуле (из [3], стр.213):

, (7)

где - низшая теплотворная способность топлива,

- полнота сгорания,

и - комплексы, имеющие вид:

=4,187(0,35002 Т³ 10^-7-0,10353 Т⁴ 10^-10-0,15931 Т² 10^-4+0,24089Т)

=4,187(0,25084 Т² 10^-3+0,35186 Т-0,33025 Т³ 10^-7-17,533)

8. Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания определим из выражения:

, (8)

где - теоретически необходимое количество килограммов воздуха для полного сгорания одного килограмма топлива.

9. Полное давление газа на входе в камеру сгорания:

. (9)

10. Величина относительных отборов охлаждающего воздуха зависит от многих факторов, главным из которых является температура перед турбиной. Предлагается использовать зависимость относительных отборов охлаждающего воздуха, как функцию температуры газа перед рабочим колесом с разделением на воздух для охлаждения СА и для охлаждения РК, которая имеет вид:

. (10)

где - относительный отборов охлаждающего воздуха на конвективное охлаждение СА. Воздух, создающий пленочное охлаждение, считается вторичным воздухом КС и учитывается в п.12.

. (11)

Если получено отрицательное значение, то отбор на охлаждение не нужен. Следует присвоить 0.

Выражения (10) и (11) являются аппроксимирующими и получены по данным нескольких ГТУ. Можно назначать другую величину отборов охлаждающего воздуха.

11. Относительный расход воздуха на охлаждение турбины компрессора является суммой отборов на охлаждение и равен:

+ . (12)

12. Расход воздуха через сечение Г:

. (13)

13. Расход топлива секундный на 1 кг воздуха:

. (14)

14. Расход газа на входе в турбину:

. (15)

15. Относительный расход охладителя на охлаждение турбины компрессора:

. (16)

Пункты 16 – 21, расчет теплоемкости и показателя адиабаты на входе в ТК

16. Газовая постоянная газа вычисляется по выражению:

. (17)

17. Определение относительной температуры газа на входе в турбину компрессора для использования в расчетном полиноме:

. (18)

18. Изобарная теплоемкость сухого воздуха:

.(19)

19. Комплекс Nn:

. (20)

20. Изобарная теплоемкость газа вычисляется по формуле:

. (21)

21. Показатель адиабаты газа на входе в турбину компрессора:

. (22)

22. Удельная работа турбины компрессора находится через удельную работу компрессора:

. (23)

Пункты 23 -26 по методике [1].

23. В случае отбора охладителя из-за компрессора отношение располагаемой мощности охлаждающего воздуха, поступающего в турбину к располагаемой мощности газового потока, протекающего через турбину можно определить по формуле:

. (24)

24. При упрощенных расчетах можно принять, что между термогазодинамическим КПД турбины компрессора и КПД соответствующей неохлаждаемой турбины при =1400÷1700К имеет место следующее соотношение, полученное на основании опытных данных для одноступенчатых турбин:

= -0,18( -1200)/1000. (25)

25. Изоэтропический КПД охлаждаемой турбины компрессора найдем из выражения:

= . (26)

26. Степень понижения полного давления турбины компрессора найдем по формуле:

. (27)

27. Температура «чистого» газа за турбиной компрессора равна:

. (28)

28. Расход газа через свободную турбину равен:

. (29).

Раскрывая выражение (30), получим:

(29бис)

29. Температура газа за турбиной компрессора (по [4], формула 2.26) равна:

, (30)

где - температура охлаждающего воздуха, принято = ;

30. Давление газа за турбиной компрессора

или (31)

31. Степень понижения полного давления свободной турбины получим по выражению:

. (32)

32. Относительный расход топлива на входе в свободную турбину определим по выражению:

. (33)

Пункты 33 – 37, расчет теплоемкости и показателя адиабаты на входе в СТ

33. Газовая постоянная газа на входе в СТ вычисляется по выражению:

. (34)

34. Определение относительной температуры газа на входе в СТ для использования в расчетном полиноме:

. (35)

35. Изобарная теплоемкость сухого воздуха на входе в СТ:

Комплекс Nn:

.(36)

36. Изобарная теплоемкость газа на входе в СТ вычисляется по формуле:

. (37)

37. Показатель адиабаты газа за СТ

. (38)

38. Удельная работа свободной турбины равна:

. (39)

39. Температура газа за свободной турбиной равна:

. (40)

40. Определение относительной температуры газа за СТ для использования в расчетном полиноме:

. (41)

41. Изобарная теплоемкость сухого воздуха за СТ:

42. Комплекс Nn:

. (42)

43. Изобарная теплоемкость газа за СТ вычисляется по формуле:

. (43)

44. Показатель адиабаты газа за свободной турбиной

. (44)

45. Полное давление газа за свободной турбиной:

. (45)

46. Потребная эффективная мощность ГТД на валу равна:

. (46)

47. Фактический расход газа через двигатель определим по формуле:

. (47)

48. Фактический расход воздуха равен:

. (48)

49. Фактический секундный расход топлива определим по формуле:

. (49)

50. Часовой расход топлива определим по формуле

. (50)

51. Эффективная удельная работа цикла на 1 кг воздуха равна:

(51)

52. Располагаемая удельная энергия внесенного в двигатель топлива, приходящаяся на 1 кг воздуха:

. (52)

53. Эффективный КПД ГТД равен:

. (53)

54. В итоге, имеем КПД ГТУ на клеммах электрогенератора:

. (54)

55. Удельная работа ГТУ (аналог - удельная тяга) кВт/(кг/с):

. (55)

(69)