Задача 3

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Институт энергетики

Высшая школа атомной и тепловой энергетики

РАСЧЕТНАЯ РАБОТА №3

Многоступенчатые газотурбинные установки

по дисциплине: «Газотурбинные установки»

Вариант 44

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

Санкт-Петербург

2025

Задача 3

На рис. 1 и 2 представлена ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением рабочего тела.

Рис. 1. Схема двухвальной многоступенчатой ГТУ: КНД и КВД – компрессора низкого и высокого давления соответственно, ПО – промежуточный охладитель, КС1 и КС2 – камеры сгорания первой и второй ступени соответственно, ГТВД и ГТНД – газовые турбины высокого и низкого давления соответственно, ЭГ – электрический генератор, В – воздух, ОВ – охлаждающая вода, Т – топливо, ПС – продукты сгорания, УГ – уходящие газы

На рис. 2 представлен термодинамический цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением рабочего тела в T-S диаграмме (без учета потерь давления в газовом тракте).

Рис. 2. Термодинамический цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением рабочего тела в T-S диаграмме

Дано:

ГТУ замкнутого типа.

Рабочее тело – идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Углекислый газ.

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

Давление после 1 ступени сжатия Р_к1=0,98 МПа;

Давление после 1 ступени расширения Р_т1=1,0 МПа.

Определить:

1. Параметры идеального и реального циклов многоступенчатой 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 многоступенчатой ГТУ;

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

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

Решение:

1. Характеристики рабочего тела:

Показатель адиабаты k = 1,4.

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

Теплоемкость С_р = 1005 Дж/кгК.

2. Параметры термодинамического цикла ГТУ в характерных точках.

Давление рабочего тела за компрессором:

Степень повышения давления в 1 ступени компрессора:

Степень повышения давления во 2 ступени компрессора:

Степень понижения давления в 1 ступени расширения рабочего тела в турбине:

Степень понижения давления в турбине низкого давления (ТНД):

2.1. Параметры идеального цикла многоступенчатой ГТУ:

2.1.1. Параметры рабочего тела перед 1 ступенью компрессора

Р₁ = 0,3 МПа

Т₁ = 302 К

2.1.2. Параметры рабочего тела за 1 ступенью компрессора

2.1.3. Параметры рабочего тела перед 2 ступенью компрессора

Р_б = 0,98 МПа

Т_б = 302 К

2.1.4. Параметры рабочего тела за 2 ступенью компрессора

2.1.5. Параметры рабочего тела перед 1 ступенью расширения рабочего тела в турбине:

2.1.6. Параметры рабочего тела за 1 ступенью расширения рабочего тела в турбине:

2.1.7. Параметры рабочего тела перед 2 ступенью расширения рабочего тела в турбине:

2.1.8. Параметры рабочего тела за газовой турбиной:

Характерная точка	Давление (р), МПа	Температура (Т), К	Удельный объем, м3/кг
1	0,3	302
аt
б	0,98	302
2t
3
вt
г
4t

2.2. Параметры реального цикла ГТУ:

2.2.1. Параметры рабочего тела перед 1 ступенью компрессора

Р₁ = 0,3 МПа

Т₁ = 302К

2.2.2. Параметры рабочего тела за 1 ступенью компрессора

2.2.3. Параметры рабочего тела перед 2 ступенью компрессора

Р_б = 0,98 МПа

Т_б = 302 К

2.2.4. Параметры рабочего тела за 2 ступенью компрессора

2.2.5. Параметры рабочего тела перед 1 ступенью расширения рабочего тела в турбине:

2.2.6. Параметры рабочего тела за 1 ступенью расширения рабочего тела в турбине:

2.2.7. Параметры рабочего тела перед 2 ступенью расширения рабочего тела в турбине:

2.2.8. Параметры рабочего тела за газовой турбиной:

Характерная точка	Давление (р), МПа	Температура (Т), К	Удельный объем, м3/кг
1	0,3	302
а
б	0,98	302
2
3
в
г
4

3. Основные энергетические потоки ГТУ.

3.1. Основные энергетические потоки идеальной ГТУ.

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.

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 идеальной ГТУ:

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

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.

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.

5.1. Термический КПД цикла:

5.2. Абсолютный внутренний КПД ГТУ: