-
Расчет цикла гту с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением
Сначала
определим оптимальную степень повышения
давления в компрессоре
(когда КПД цикла максимален
).
Для этого зададимся давлением за осевым
компрессором
до значения оптимального давления
взятого из простого цикла, построим
график зависимости КПД ГТУ
с регенерацией теплоты уходящих газов
от степени повышения давления в
компрессоре
(
).
Затем, определив максимальный КПД цикла,
определим параметры во всех характерных
точках цикла.
Табл.
4. Сводная таблица расчета для построения
зависимости
|
Наимено-вание величины
|
Размер-ность |
Обоз-ние |
Значение |
|||||||||
|
Давление за КНД |
бар |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
|||||||||
|
Степень повышения давления |
- |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
|||||||||
|
Степень повышения температуры КНД |
- |
|
1 1.219 1.369 1.486 1.584 1.669 1.744 1.811 1.873 1.931 1.984 2.034 2.081 2.126 2.168 2.208 2.247 2.284 2.319 2.354 2.387 2.419 2.449 |
|||||||||
|
Температура на выходе из КНД |
К |
|
288.15 360.274 409.581 448.195 480.41 508.3 533.041 555.371 575.788 594.642 612.194 628.64 644.135 658.8 672.735 686.021 698.726 710.908 722.617 733.892 744.772 755.288 765.468 |
|||||||||
|
Работа, затраченная на привод КНД |
|
|
0 72.326 121.771 160.493 192.798 220.766 245.577 267.969 288.443 307.35 324.951 341.444 356.981 371.688 385.661 398.985 411.726 423.942 435.683 446.99 457.901 468.446 478.655 |
|||||||||
|
Степень повышения температуры в ТНД |
- |
|
1 1.219 1.369 1.486 1.584 1.669 1.744 1.811 1.873 1.931 1.984 2.034 2.081 2.126 2.168 2.208 2.247 2.284 2.319 2.354 2.387 2.419 2.449 |
|||||||||
|
Температура на входе в ТНД |
|
|
1473,15 |
|||||||||
|
Температура на выходе из ТНД |
|
|
1473.15 1237.591 1119.939 1044.354 989.858 947.839 913.982 885.834 861.882 841.129 822.886 806.66 792.086 778.885 766.845 755.795 745.599 736.147 727.346 719.122 711.41 704.157 697.315
|
|||||||||
|
Работа, полученная в ТНД |
|
|
0 284.532 426.644 517.943 583.769 634.523 675.419 709.419 738.35 763.418 785.453 805.053 822.658 838.602 853.145 866.493 878.809 890.226 900.856 910.79 920.105 928.867 937.131 |
|||||||||
|
Давление на входе в ТНД |
бар |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
|||||||||
|
Давление на выходе ТНД |
бар |
|
0,973 |
|||||||||
|
Давление на входе в КВД |
бар |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
|||||||||
|
Степень повышения давления в КВД |
- |
|
23 11.5 7.667 5.75 4.6 3.833 3.286 2.875 2.556 2.3 2.091 1.917 1.769 1.643 1.533 1.438 1.353 1.278 1.211 1.15 1.095 1.045 1 |
|||||||||
|
Степень повышения температуры в КВД |
- |
|
2.449 2.009 1.79 1.648 1.547 1.468 1.405 1.352 1.307 1.269 1.235 1.204 1.177 1.152 1.13 1.109 1.09 1.073 1.056 1.041 1.026 1.013 1 |
|||||||||
|
Давление за КВД |
бар |
|
23 |
|||||||||
|
Температура на входе в КВД |
К |
|
288,15 |
|||||||||
|
Температура на выходе из КВД |
К |
|
765.468 620.545 548.161 501.659 468.131 442.28 421.45 404.133 389.397 376.629 365.405 355.422 346.456 338.335 330.927 324.129 317.856 312.04 306.626 301.566 296.822 292.359 288.15 |
334 |
325,534 |
317,886 |
310,872 |
304,453 |
298,53 |
293,039 |
287,927 |
283,15 |
|
Работа, затраченная на привод КВД |
|
|
478.655 333.326 260.739 214.107 180.485 154.562133.673 116.308 101.53 88.727 77.472 67.461 58.469 50.325 42.897 36.079 29.789 23.957 18.528 13.454 8.696 4.221 0 |
50,992 |
42,502 |
34,813 |
27,8 |
21,363 |
15,423 |
9,917 |
4,791 |
0 |
|
Степень повышения температуры в ТВД |
- |
|
2.449 2.009 1.79 1.648 1.547 1.468 1.405 1.352 1.307 1.269 1.235 1.204 1.177 1.152 1.13 1.109 1.09 1.073 1.056 1.041 1.026 1.013 1 |
1,157 |
1,131 |
1,107 |
1,086 |
1,066 |
1,048 |
1,031 |
1,015 |
1 |
|
Температура на входе в ТВД |
К |
|
1473,15 |
|||||||||
|
Температура на выходе из ТВД |
К |
|
697.315 814.546 894.689 957.453 1009.816 1055.148 1095.362 1131.658 1164.843 1195.489 1224.017 1250.749 1275.934 1299.771 1322.42 1344.016 1364.667 1384.469 1403.499 1421.827 1439.5111456.604 1473.15 |
|||||||||
|
Давление на входе в ТВД |
бар |
|
22.586 |
|||||||||
|
Давление на выходе из ТВД |
бар |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
|||||||||
|
Работа, полученная в ТВД |
|
|
937.131 795.527 698.723 622.911 559.662 504.905 456.33 412.489 372.405 335.387 300.927 268.638 238.217 209.425 182.066 155.981 131.036 107.118 84.132 61.994 40.633 19.986 0 |
|||||||||
|
Количество теплоты подведенной в цикл |
|
|
1791.94 1825.389 1816.017 1796.375 1773.624 1750.092 1726.679 1703.754 1681.47 1659.875 1638.972 1618.741 1599.151 1580.168 1561.757 1543.884 1526.516 1509.623 1493.176 1477.15 1461.52 1446.264 1431.361 |
|||||||||
|
Полезная работа, полученная в цикле |
|
|
458.476 674.407 742.857 766.254 770.147 764.099 752.5 737.63 720.781 702.728 683.958 664.786 645.424 626.014 606.654 587.41 568.33 549.445 530.777 512.34 494.141 476.186 458.476 |
|||||||||
|
КПД ГТУ |
- |
|
0.2559 0.3695 0.4091 0.4266 0.4342 0.4366 0.4358 0.4329 0.4287 0.4234 0.4173 0.4107 0.4036 0.3962 0.3884 0.3805 0.3723 0.364 0.3555 0.3468 0.3381 0.3293 0.3203
|
|||||||||
Расчет параметров:
1)
Задаемся давлением в КНД
в интервале от
до
c
шагом в 1 бар
2) Определяем степень повышения давления в КНД
3) Определяем степень повышения температуры в КНД
4) Определим температуру на выходе из КНД
5) Определим работу КНД
6) Определим степень повышения температуры в ТНД
7)Определим температуру на выходе из ТНД
,
где
8) Определим работу ТНД
9) Определим давление на выходе из ТНД
10) Определим давление на входе в КВД
11) Определим степень повышения давления в КВД по формуле
– оптимальная
степень повышения давления, взятая из
простого цикла
12) Определим степень повышения температуры в КВД
13) Определим давление за КВД
14) Определим температуру на входе в КВД
15) Определим температуру на выходе из КВД
16) Определим работу КВД
17) Определим степень повышения температуры в ТВД
18)Определим температуру на выходе из ТВД
19) Определим давление на входе в ТВД
20) Определим работу ТВД
21) Определим количество теплоты подведенной в цикл
22) Определим полезную работу, полученную в цикле
23) Определим КПД ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением.
Рис. 9. Зависимость КПД цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением от степени повышения температуры в КНД
– степень
повышения температуры в цикле
Из
рис.9 видно, что
при
;
:
Найдем параметры в характерных точках цикла и изобразим схему и цикл в pv- и Ts- диаграмме. Допустим, что на протяжении всего цикла рабочим телом является воздух как для ОК, так и для ГТ, на оптимизацию цикла это никак не повлияет, а для всех расчетов будем брать постоянные воздуха.
Находим остальные параметры по температуре:
-
теплосодержание
-
стандартная энтропия
-
теплосодержание;
-
стандартная энтропия,
.
-
теплосодержание;
-
стандартная энтропия,
.
-
теплосодержание;
-
стандартная энтропия,
.
-
теплосодержание;
-
стандартная энтропия,
.
-
теплосодержание;
-
стандартная энтропия,
.
-
теплосодержание;
-
стандартная энтропия,
.
-
теплосодержание;
-
стандартная энтропия,
.
Рис.10 Схема цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением
Рис. 11. Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением в Ts - диаграмме
Рис. 12. Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением в pv – диаграмме
-
Вывод:
В результате расчетов мы оптимизировали циклы ГТУ по максимальному КПД цикла и рассчитали основные параметры в характерных точках:
1)
простой цикл:
;
2)
цикл с регенерацией:
3) цикл с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением:
.