Задача 1

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Институт энергетики

Высшая школа атомной и тепловой энергетики

РАСЧЕТНАЯ РАБОТА №1

Идеальный и реальный цикл простой газотурбинной установки

по дисциплине: «Газотурбинные установки»

Вариант 44

Выполнил студент гр. 3231401/20101	А.С. Школьников
Преподаватель	М.А. Трещева

Санкт-Петербург

2025

Задача 1

На рис. 1 представлена принципиальная схема простой газотурбинной установки (ГТУ), наиболее распространенного в российской энергетике типа.

Рис. 1. Принципиальная схема простой ГТУ открытого типа: К – компрессор, КС – камера сгорания, ГТ – газовая турбина, ЭГ – электрический генератор, В – воздух, Т – топливо, ПС – продукты сгорания, УГ – уходящие газы, 1, 2, 3 и 4 – соответствуют параметрам рабочего тела в характерных точках цикла

На рис. 2 в T-S диаграмме представлен идеальный цикл Брайтона с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном давлении, осуществляемый в идеальной простой ГТУ.

Рис. 2. Идеальный цикл Брайтона в T-S диаграмме с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном давлении

Дано:

ГТУ замкнутого типа.

Рабочее тело – идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Воздух.

Давление рабочего тела на входе в компрессор Р₁ = 0,3 МПа;

Температура рабочего тела на входе в компрессор t₁ = 29 ^оС;

Температура рабочего тела на входе в турбину t₃ = 1045 ^оС;

Степень повышения давления в компрессоре π_к = 11;

Расход рабочего тела Gрт = 27 кг/с;

Адиабатный КПД компрессора η_oi^к = 0,88

Адиабатный КПД турбины η_oi^т = 0,89

Степень регенерации δ=0,63.

Определить:

1. Параметры идеального и реального циклов ГТУ в характерных точках;

2. Основные энергетические потоки (удельную работу компрессора (lк) и турбины (lт), удельное количества тепла подводимое (q1) и отводимое из цикла (q2)) для идеального и реального цикла ГТУ;

3. Мощность компрессора, мощность газовой турбины, мощность ГТУ, расход топлива на ГТУ;

4. Термический КПД ГТУ (ηt) и абсолютный внутренний КПД ГТУ (ηi).

5. Максимальное значение степени повышения давления в цикле, при котором возможна регенерация в заданных условиях для идеальной и реальной ГТУ

Решение:

1. Характеристики рабочего тела:

Показатель адиабаты k = 1,4.

Удельная газовая постоянная R’ = 287 Дж/(кг*K).

Теплоемкость С_р = 1005 Дж/(кг*К).

2. Параметры термодинамического цикла ГТУ в характерных точках.

Степень повышения температуры рабочего тела в цикле:

2.1. Параметры идеального цикла ГТУ:

2.1.1. Параметры рабочего тела перед компрессором

Р₁ = 0,3 МПа

Т₁ = 302 К

2.1.2. Параметры рабочего тела за компрессором:

2.1.3. Параметры рабочего тела перед газовой турбиной:

2.1.4. Параметры рабочего тела за газовой турбиной:

Характерная точка	Давление (р), МПа	Температура (Т), К	Удельный объем, м3/кг
1	0,3	302
2t
3
4t	0,3

2.2. Параметры реального цикла ГТУ:

2.2.1. Параметры рабочего тела перед компрессором

Р₁ = 0,3 МПа

Т₁ = 302 К

2.2.2. Параметры рабочего тела за компрессором:

2.2.3. Параметры рабочего тела перед газовой турбиной:

2.2.4. Параметры рабочего тела за газовой турбиной:

Характерная точка	Давление (р), МПа	Температура (Т), К	Удельный объем, м3/кг
1		302
2
3
4

3. Основные энергетические потоки ГТУ с регенерацией.

3.1. Основные энергетические потоки идеальной ГТУ с регенерацией.

3.1.1. Удельная работа компрессора

3.1.2. Удельная работа газовой турбины:

3.1.3. Удельное количества теплоты подводимое в цикл:

3.1.4. Удельное количества теплоты отводимое из цикла:

3.1.5. Удельная полезная работа идеальной ГТУ:

3.2. Основные энергетические потоки реальной ГТУ с регенерацией.

3.2.1. Удельная работа компрессора

3.2.2. Удельная работа газовой турбины:

3.2.3. Удельное количества теплоты подводимое в цикл:

3.2.4. Удельное количества теплоты отводимое из цикла:

3.2.5. Удельная полезная работа реальной ГТУ:

4. Мощность компрессора, мощность газовой турбины, мощность ГТУ, расход топлива на ГТУ с регенерацией.

4.1. Характеристика идеальной ГТУ.

4.1.1. Мощность компрессора:

4.1.2. Мощность газовой турбины:

4.1.3. Мощность ГТУ

4.1.4. Количество теплоты которое требуется подвести в нагревательном устройстве ГТУ.

4.1.5. Расход топлива на ГТУ.

4.2. Характеристика реальной ГТУ с регенерацией.

4.2.1. Мощность компрессора:

4.2.2. Мощность газовой турбины:

4.2.3. Мощность ГТУ

4.2.4. Количество теплоты которое требуется подвести в нагревательном устройстве ГТУ.

4.2.4. Расход топлива на ГТУ.

5. Показатели эффективности идеальной и реальной ГТУ с регенерацией.

5.1. Термический КПД цикла:

5.2. Абсолютный внутренний КПД ГТУ:

6. Максимальное значение степени повышения давления в цикле, при котором возможна регенерация в заданных условиях:

6.1. Для идеальной ГТУ c регенерацией:

πк	8	9	11	13	13,1777
Т2t	547	566	599	628	631
Т4t	728	704	664	633	631
Т6t	614	617	623	630	631
qрt	114	87	41	3	0

6.2. Для реальной ГТУ c регенерацией:

πк	8	9	11	13	14,33
Т2	580,5	601,8	639,7	673,0	693,1
Т4	792,5	771,1	736,2	708,7	693,2
Т6	792,5	771,1	736,2	708,7	693,2
qр	134,3	107,2	61,1	22,6	0,0