3. Алгоритмы термогазодинамического расчета гту

3.1. Расчет одновального гтд без свободной турбины – схема 1

Исходные данные для упрощенного ТГД – расчета с переменной теплоемкостью рабочего тела в турбине.	Обозначение
Температура газа перед турбиной, К	-
Степень повышения полного давления	-
Политропический КПД компрессора	-
Изоэнтропический КПД турбины компрессора (с учетом охлаждения турбины, если оно есть)	-
Механический КПД	-
КПД электрогенератора	-
Коэффициент потерь полного давления в камере сгорания	-
Коэффициент потерь полного давления во входном устройстве	-
Степень понижения полного давления в выходном устройстве (котла-утилизатора нет)	-
Коэффициент утечек воздуха из ГВТ
Температура воздуха на входе в ГТД, К	-
Давление воздуха на входе в ГТД, Па	-
Показатель адиабаты воздуха	-
Газовая постоянная воздуха,	-
Максимальная электрическая мощность газотурбоэлектроагрегата, МВт	-
Низшая теплотворная способность топливного газа, кДж/кг	-
Полнота сгорания топлива	-
Теоретически необходимое количество килограммов воздуха для полного сгорания одного килограмма топлива	-

Алгоритм ТГД расчета одновальной ГТУ

ТГД – расчет ведется в САУ, с постоянным показателем адиабаты для воздуха и переменной теплоемкостью газа.

До пункта 35 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(-0,10353 Т⁴ 10^-10+0,35002 Т³ 10^-7-0,15931 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 отбор охлаждающего 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 через сечение Г:

. (15)

Пункты 15 – 20, расчет теплоемкости и показателя адиабаты на входе в турбину.

15. Газовая постоянная газа вычисляется по выражению:

. (16)

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

. (17)

17. Изобарная теплоемкость сухого воздуха:

.(18)

18. Комплекс Nn:

. (19)

19. Изобарная теплоемкость газа вычисляется по формуле:

. (20)

20. Показатель адиабаты газа на входе в турбину компрессора:

. (21)

21. Степень понижения полного давления турбины получим по выражению:

. (22)

22. Отсюда удельная работа турбины равна:

. (23)

23. Температура «чистого» газа за турбиной равна:

. (24)

24. Расход газа за турбиной равен:

. (25)

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

, (26)

где - температура охлаждающего воздуха, принято = ;

26. Полное давление газа за турбиной:

. (27)

27. Относительный расход топлива за турбиной определим о формуле:

. (28)

28. Газовая постоянная газа за турбиной вычисляется по выражению:

. (29)

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

. (30)

30. Изобарная теплоемкость сухого воздуха за турбиной вычисляется по формуле (18).

31. Комплекс Nn для газа за турбиной рассчитывается по формуле (19).

32. Изобарная теплоемкость газа за турбиной вычисляется по формуле:

. (31)

33. Показатель адиабаты газа на выходе из турбины компрессора:

. (32)

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

. (33)

35. Потребная эффективная мощность ГТД на валу равна:

. (34)

36. Расход воздуха через двигатель определим по формуле:

. (35)

37. Фактический расход газа равен:

. (36)

38. Фактический секундный расход топлива определим по формуле:

(37)

39. Часовой расход топлива определим по формуле:

. (38)

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

. (39)

41. Эффективный КПД ГТД равен:

. (40)

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

. (41)

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

. (42)

Пункты проверки расчета (результаты потребуются для КП по курсу «Конструкция, динамика и прочность ГТД»

44. Утечки из ГВТ:

. (43)

45. Отборы на охлаждение турбины:

. (44)

46. Расход воздуха через сечение Г

. (45)

. (45 бис)

47. Расход газа через сечение Г:

. (46)

. (46бис)

. (46бис2)

48. Расход газа через выходное устройство:

. (47)

49. Мощность компрессора:

(48)

50. Мощность турбины, идущая на привод компрессора:

. (49)

51. Мощность турбины через G г и L т:

. (50)

52. Мощность, идущая на привод электрогенератора:

. (51)

53. Мощность эффективная

. (52)

. (52бис)

54. Располагаемая энергия внесенного топлива:

. (53)

55. Эффективный КПД ГТД:

. (54)

56. Коэффициент полезной работы

. (55)