Задача 2

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Институт энергетики

Высшая школа атомной и тепловой энергетики

РАСЧЕТНАЯ РАБОТА №2

Газотурбинная установка с регенерацией

по дисциплине: «Газотурбинные установки»

Вариант 44

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

Санкт-Петербург

2025

Задача 2

Одним из способов снижения потерь теплоты в ГТУ является использование теплоты уходящих газов для нагрева рабочего тела (воздуха) после компрессора (ГТУ регенеративного типа или ГТУ с регенерацией, рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема ГТУ открытого типа с регенерацией: К – компрессор, КС – камера сгорания, ГТ – газовая турбина, ЭГ – электрический генератор, Р – регенератор, В – воздух, Т – топливо, ПС – продукты сгорания, УГ – уходящие газы, 1, 2, 5, 3, 4 и 6 – соответствуют параметрам рабочего тела в характерных точках цикла

На рис. 2 представлен реальный цикл Брайтона ГТУ с регенерацией в T-S диаграмме.

Рис. 2. Реальный цикл Брайтона с регенерацией в T-S диаграмме

Дано:

ГТУ замкнутого типа с регенерацией.

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 G_рт = 27 кг/с;

Адиабатный КПД компрессора η_i^к=0,88;

Адиабатный КПД турбины η_i^т=0,89;

Степень регенерации δ=0,63.

Определить:

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

2. Основные энергетические потоки (удельную работу компрессора (l_к) и турбины (l_т), удельное количество теплоты регенерируемое (q_р), подводимое в нагревательном устройстве (q₁) и отводимое в окружающую среду (q₂)) для идеального и реального цикла ГТУ с регенерацией;

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

4. Термический КПД ГТУ с регенерацией (η_t) и абсолютный внутренний КПД ГТУ с регенерацией (η_i).

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 Ср = 1005 Дж/кгК.

2. Параметры термодинамического цикла ГТУ в характерных точках.

Степень повышения температуры рабочего тела в цикле:

2.1. Параметры идеального цикла ГТУ c регенерацией:

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:

2.1.5. Параметры нагреваемого рабочего тела за регенератором:

2.1.6. Параметры охлаждаемого рабочего тела за регенератором:

Характерная точка	Давление (р), МПа	Температура (Т), К	Удельный объем, м3/кг
1	0,3	302
2t
5t
3
4t	0,3
6t

2.2. Параметры реального цикла ГТУ c регенерацией:

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:

2.2.5. Параметры нагреваемого рабочего тела за регенератором:

2.2.6. Параметры охлаждаемого рабочего тела за регенератором:

Характерная точка	Давление (р), МПа	Температура (Т), К	Удельный объем, м3/кг
1		302
2
5
3
4		,2
6

3. Основные энергетические потоки ГТУ c регенерацией.

3.1. Основные энергетические потоки идеальной ГТУ c 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 c 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 c регенерацией:

4.1. Характеристика идеальной ГТУ c регенерацией:

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 c 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 c регенерацией:

5.1. Термический КПД ГТУ:

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
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
qр	134,3	107,2	61,1	22,6	0,0