Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Уральский энергетический институт
Кафедра «Турбины и двигатели»
Оценка_______________
Проект по модулю
«ГАЗОТУРБИННЫЕ И ПАРОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ»
Пояснительная записка
Преподаватели: Вульфов Е. Э.
Марковский В. М.
Студент: Костюк А. А.
Группа: ЭН-350015
Екатеринбург, 2017
Содержание
Введение 3
1. Вариантные расчеты простого цикла ГТУ 4
2. Вариантные расчеты регенеративного цикла ГТУ 8
3. Уточненный расчет тепловой схемы ГТУ 13
Выводы по расчету схемы ГТУ 20
4. Разработка и описание принципиальной тепловой схемы ПТУ 22
5. Расчет и построение h,S-диаграммы процесса расширения пара в проточной части турбины 24
6. Определение параметров пара и воды в характерных точках ПТС 28
7. Определение расходов пара и воды в относительных величинах (долевом выражении) 35
8. Определение абсолютных расходов пара и воды 38
9. Расчет показателей экономической эффективности паротурбинной установки 40
Выводы по расчету схемы ПТУ 42
Список использованной литературы 43
Приложение 1 44
Приложение 2 45
Введение
В газовой промышленности для привода центробежных нагнетателей природного газа получили большое распространение стационарные ГТУ со свободной силовой турбиной, выполняемые по простому или регенеративному открытому циклу, и транспортные газотурбинные двигатели (ГТД) простого открытого цикла. Принципиальные схемы таких ГТУ представлены на рисунках 1.1 и 2.1.
Основной задачей начального этапа расчета является определение оптимального соотношения давлений в цикле πк0, обеспечивающего либо максимальную экономичность ГТУ, либо минимальный расход воздуха, то есть минимальные габаритные размеры и стоимость ГТУ.
После выбора πк0 производят уточненный расчет номинального режима работы, учитывая истинные значения теплоемкости, и определяют расход рабочего тела, исходя из заданной мощности. При дальнейшем проектировании выбирают частоту вращения турбомашин.
Важным этапом проектирования паротурбинной установки является разработка и расчёт принципиальной тепловой схемы. Целью расчёта является определение технических характеристик ПТУ и входящего в него оборудования: расходов и параметров пара и воды в характерных точках схемы, обеспечивающих заданную величину мощности электрического генератора, приводимого проектируемой турбиной, а также показателей экономичности установки (КПД, удельные расходы теплоты и топлива).
В данной работе рассчитывается ПТС конденсационной ПТУ для тепловой электростанции. Упрощение схемы заключается в сокращении по уравнению с реальными современными турбинами числа ступеней регенеративного подогрева питательной воды (РППВ). Из ПТС исключены схемы протечек пара через концевые уплотнения цилиндров. Не включены в рассчитываемую схему расширители дренажей, испарители, бойлеры (теплофикационные теплообменники), деаэратор добавочной воды и ряд других элементов.
1. Вариантные расчеты простого цикла гту
Рисунок 1.1. Принципиальная схема однокомпрессорной двухвальной ГТУ простого цикла; К – компрессор, ТВД, ТНД – турбина высокого, низкого давления, ССТ – свободная силовая турбина; Н - нагрузка; КС – камера сгорания
Тепловой расчет схемы двухвальной ГТУ простого открытого цикла с целью выбора πко:
Задаемся степенью повышения давления в компрессоре πк=3. Расчет ведем по ТГ=1100К.
Комплекс работы сжатия компрессором:
Удельная работа сжатия компрессора:
Температура воздуха за компрессором:
Суммарная степень расширения в турбинах:
Удельная работа расширения турбины компрессора (ТВД):
Температура продуктов сгорания за турбиной компрессора:
Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора (ТВД):
Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине:
10) Удельная работа расширения силовой турбины (ТНД):
11) Удельная эффективная работа:
12) Температура продуктов сгорания за ССТ (ТНД):
13) Количество теплоты воздуха, поступающего в КС:
14) Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС:
15) Эффективный КПД:
Дальнейшие расчеты аналогичны, и сведены в таблицу 1.1. при ТГ1=1100К, и таблицу 1.2., при ТГ2=1250К.
Результаты расчетов представлены на рисунке 1.2.
№ п/п |
Величина |
Обозначение |
Расчетная формула |
Размерность |
Варианты |
Примечание |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
1 |
Степень повышения давления в компрессоре |
|
Задаем |
- |
3 |
5 |
6 |
7 |
8 |
10 |
11 |
|
2 |
Комплекс работы сжатия компрессором |
|
|
- |
0,369 |
0,584 |
0,667 |
0,744 |
0,811 |
0,931 |
0,984 |
K=1,4 |
3 Таблица 1.1. |
Удельная работа сжатия компрессора |
|
|
кДж/кг |
126,1 |
199,6 |
228,0 |
254,3 |
277,2 |
318,2 |
336,3 |
|
4 |
Температура воздуха за компрессором |
|
|
K |
415,9 |
488,6 |
516,7 |
542,8 |
565,5 |
606,0 |
624,0 |
|
5 |
Суммарная степень расширения в турбинах |
|
|
- |
2,85 |
4,75 |
5,7 |
6,65 |
7,6 |
9,5 |
10,45 |
|
6 |
Удельная работа расширения турбины компрессора (ТВД) |
|
|
кДж/кг |
137,1 |
216,6 |
247,9 |
276 |
301,4 |
346 |
365,7 |
|
7 |
Температура продуктов сгорания за турбиной компрессора |
|
|
К |
980,8 |
911,7 |
884,4 |
860,0 |
837,9 |
799,1 |
782,0 |
|
8 |
Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора (ТВД) |
|
|
- |
1,70 |
2,39 |
2,76 |
3,15 |
3,57 |
4,48 |
4,98 |
K=1,33 |
9 |
Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине |
|
|
- |
1,68 |
1,99 |
2,07 |
2,11 |
2,13 |
2,12 |
2,10 |
|
10 |
Удельная работа расширения силовой турбины (ТНД) |
|
|
кДж/кг |
119,9 |
144,8 |
147,8 |
147,2 |
145,1 |
137,6 |
133,1 |
|
11 |
Удельная эффективная работа |
|
|
кДж/кг |
114,0 |
137,6 |
140,5 |
139,9 |
137,9 |
130,8 |
126,5 |
|
12 |
Температура продуктов сгорания за ССТ (ТНД) |
|
|
K |
881,7 |
792,0 |
762,2 |
738,3 |
718,0 |
685,4 |
672,0 |
|
13 |
Количество теплоты воздуха, поступающего в КС |
|
|
кДж/кг |
405,7 |
476,6 |
504,0 |
529,5 |
551,6 |
591,1 |
608,7 |
|
14 |
Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС |
|
|
кДж/кг |
760,5 |
689,6 |
662,2 |
636,7 |
614,6 |
575,1 |
557,5 |
|
15 |
Эффективный КПД |
|
|
- |
0,15 |
0,200 |
0,212 |
0,220 |
0,224 |
0,227 |
0,226 |
|
№ п/п |
Величина |
Обозначение |
Расчетная формула |
Размерность |
Варианты |
Примечание |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
1 |
Степень повышения давления в компрессоре |
|
Задаем |
- |
5 |
8 |
9 |
10 |
12 |
13 |
14 |
|
2 Таблица 1.2. |
Комплекс работы сжатия компрессором |
|
|
- |
0,584 |
0,811 |
0,873 |
0,931 |
1,034 |
1,081 |
1,126 |
K= 1,4 |
3 |
Удельная работа сжатия компрессора |
|
|
кДж/кг |
199,6 |
277,2 |
298,4 |
318,2 |
353,4 |
369,4 |
384,8 |
|
4 |
Температура воздуха за компрессором |
|
|
K |
488,6 |
565,5 |
586,4 |
606,0 |
640,9 |
656,7 |
672,0 |
|
5 |
Суммарная степень расширения в турбинах |
|
|
- |
4,75 |
7,6 |
8,55 |
9,5 |
11,4 |
12,35 |
13,3 |
|
6 |
Удельная работа расширения турбины компрессора (ТВД) |
|
|
кДж/кг |
216,6 |
301,4 |
323,8 |
346,0 |
383,5 |
400,9 |
417,6 |
|
7 |
Температура продуктов сгорания за турбиной компрессора |
|
|
К |
1061,7 |
987,9 |
968,4 |
949,1 |
916,5 |
901,4 |
886,7 |
|
8 |
Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора (ТВД) |
|
|
- |
2,13 |
3,00 |
3,29 |
3,62 |
4,29 |
4,65 |
5,03 |
K=1,33 |
9 |
Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине |
|
|
- |
2,23 |
2,53 |
2,60 |
2,62 |
2,66 |
2,66 |
2,64 |
|
10 |
Удельная работа расширения силовой турбины (ТНД) |
|
|
кДж/кг |
193,9 |
205,7 |
206,9 |
204,2 |
199,9 |
196,6 |
192,1 |
|
11 |
Удельная эффективная работа |
|
|
кДж/кг |
184,3 |
195,5 |
196,7 |
194,1 |
190,0 |
186,9 |
182,6 |
|
12 |
Температура продуктов сгорания за ССТ (ТНД) |
|
|
K |
901,4 |
817,9 |
797,4 |
780,3 |
751,3 |
738,9 |
727,9 |
|
13 |
Количество теплоты воздуха, поступающего в КС |
|
|
кДж/кг |
476,6 |
551,6 |
572,0 |
591,1 |
625,1 |
640,6 |
655,5 |
|
14 |
Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС |
|
|
кДж/кг |
848,6 |
773,6 |
753,2 |
734,1 |
700,1 |
684,6 |
669,7 |
|
15 |
Эффективный КПД |
|
|
- |
0,217 |
0,253 |
0,261 |
0,264 |
0,271 |
0,273 |
0,272 |
|
Рисунок 1.2. - Зависимость удельной эффективной работы и эффективного КПД от степени отношения давлений в цикле ГТУ
График построен на основании результатов таблиц 1.1. и .1.2.