3. Уточненный расчет тепловой схемы гту
Для уточнения работы расширения в турбине необходимо определить гидравлические потери в камере сгорания, регенераторе и отдельных элементах тракта. Если расчет проводится до выполнения проекта этих элементов, то потери принимаются по данным аналогов.
Для продуктов сгорания углеводородных топлив, разбавленных воздухом для обеспечения обычно применяемых в ГТУ температур, значения 𝑐𝑝т и k определяются по кривым приложения 1 и 2 в зависимости от температуры газа и коэффициента избытка воздуха, ɑ определяется по кривым рисунка 3. Для оценочных расчетов а в интервале температур: воздуха Тв=400...900К, продуктов сгорания перед турбиной Тг=800...2000 К - можно воспользоваться интерполяционной формулой:
Рисунок 3 - Коэффициент избытка воздуха для
сжигания углеводородного топлива при p=const.
Уточненный расчет тепловой схемы двухвальной ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов:
Выбираем для ГТУ, расчет которой дан в разделе 2 (таблица 2.1.) номинальное значение πк = 5. КПД турбомашин принимаем в соответствии с заданием. Уточнение теплофизических характеристик рабочих тел турбомашин: воздуха для компрессора и продуктов сгорания для турбин - производим по средней температуре в начале и конце процесса.
Расчет ведем в следующей последовательности:
1. Удельная работа сжатия воздуха в компрессоре:
2. Температура воздуха за компрессором:
3. Средняя температура процесса сжатия воздуха в компрессоре:
4. Уточняем теплофизические свойства воздуха по средней температуре процесса сжатия (прил. 1, 2) (уточненным величинам присваиваем индекс `):
5. Уточненное значение удельной работы сжатия компрессора:
6. Уточненное значение температуры воздуха за компрессором:
7. Уточненное значение средней температуры процесса сжатия воздуха в компрессоре:
Ввиду малости изменения значения средней температуры процесса сжатия воздуха в компрессоре:
дальнейшего уточнения теплофизических параметров воздуха не требуется.
8. Определяем коэффициент избытка воздуха продуктов сгорания по формуле или рисунку 3: 𝛼=3.
9. Степень расширения продуктов сгорания в турбинах ГТУ:
10. Удельная работа расширения турбины компрессора:
11. Температура продуктов сгорания за турбиной компрессора:
12. Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в турбине компрессора:
13. Уточняем теплофизические свойства продуктов сгорания при средней температуре процесса расширения и коэффициенте избытка воздуха 𝛼=3:
14. Уточняем температуру продуктов сгорания за турбиной компрессора и среднюю температуру процесса расширения в турбине компрессора:
Поскольку изменение средней температуры продуктов сгорания составляет:
то дальнейшего уточнения значений теплоемкости и показателя адиабаты не требуется.
15. Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора:
16. Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине:
17. Определяем теплофизические свойства продуктов сгорания при начальной температуре продуктов сгорания в силовой турбине (изменением величины а вследствие подмешивания в проточную часть охлаждающего воздуха пренебрегаем):
18. Определяем работу расширения силовой турбины:
19. Вычисляем температуру продуктов сгорания за силовой турбиной:
20. Определяем среднюю температуру процесса расширения продуктов сгорания в силовой турбине:
21. Определяем теплофизические свойства продуктов сгорания при средней температуре процесса расширения в силовой турбине:
22. Уточняем значения работы расширения силовой турбины:
23. Уточняем значение температуры продуктов сгорания за силовой турбиной:
24. Уточняем значение средней температуры процесса расширения продуктов сгорания в силовой турбине:
Дальнейшего уточнения теплофизических параметров расширении продуктов сгорания в силовой турбине не требуется, т.к.:
25. Удельная полезная работу ГТУ:
26. Определяем нагрев воздуха в регенераторе:
27. Температура воздуха на выходе из регенератора (на входе в камеру сгорания):
28. Уточняем теплофизические свойства воздуха при температуре Тр и а=∞:
29. Количество теплоты воздуха, поступающего в камеру сгорания:
30. Теплофизические свойства продуктов сгорания при процессе подвода теплоты в камере сгорания:
31 . Количество теплоты, подведенное в камере сгорания:
32 . Эффективный КПД газотурбинной установки:
33 . Расход воздуха в цикле, обеспечивающий номинальную мощность:
34. Расходы рабочего тела для турбин ГТУ:
По полученным расходам рабочего тела на турбины и компрессор и адиабатным теплоперепадам осуществляют проектирование или моделирование компрессора и расчет проточной части турбин.