3. Выбор оптимальных параметров цикла и расчет показателей газотурбинной установки (гту)

3.1. Постановка задачи

Необходимо определить параметры цикла газотурбинной установки (ГТУ), используемой для привода нагнетателей КС, по результатам выбора оптимальной величины повышения давления воздушного компрессора. Построить в масштабе модель реального цикла ГТУ в T,s –координатах.

КГ- камера сгорания

Т- турбина

К- компрессор

ЭГ- электрогенератор

Рис.3.1. принципиальная схема и цикл ГТУ

Исходные данные:

–температура на входе в компрессор ГТУ, К;

–давление на входе в компрессор ГТУ, МПа;

–температура газа перед турбиной, К;

–изобарная теплоёмкость рабочего тела, Дж/(кг∙К);

–показатель адиабаты;

–относительный внутренний КПД соответственно компрессора и турбины;

–механический КПД ГТУ;

–теплота сгорания топлива, подаваемого в камеру сгорания ГТУ, Дж/(кг∙К);

нормальная плотность топливного газа,;

коэффициент теплоиспользования ПКС.

Опыт создания и проектирования ГТУ позволяет принять следующие численные значения исходных параметров:

; ; ;

; ; .

кДж/(кг∙К); ;;;

3.2 Термодинамическая модель цикла

3.2.1. Применим первый закон термодинамики для стационарной однопоточной системы

Примем этот закон:

1) Для турбины (процесс 3-4)

Получим, что удельная работа турбины равняется:

2) Для компрессора (процесс 1-2).Процесс адиабатный

Удельная работа, затрачиваемая на сжатие газа в компрессоре, равна:

3) Для проточной камеры сгорания (процесс 2-3)

Удельная теплота, подводимая к проточной камере сгорания, равна:

4) Условный процесс 4-1

Удельная теплота, отводимая в окружающую среду в процессе 4-1, равна:

3.2.2. Удельная полезная (внутренняя) работа ГТУ .Работа цикла

Будем считать, что газ идеальный, его теплоемкость не зависит от температуры. Примем, что . Тогда

3.2.3. Относительный внутренний КПД:

- для компрессора:

- для турбины:

По условию задачи

3.2.4. Термический КПД обратимого цикла ГТУ (цикл Брайтона)

Из уравнения изоэнтропного процесса выразим

Тогда

3.2.5. Расчет зависимости для удельной внутренней работы цикла

Так как

Тогда

где - приведенная температура газа перед турбиной;

- приведенная температура в конце изоэнтропного сжатия газа в компрессоре.

3.2.6. Расчетные зависимости для внутреннего (индикаторного) КПД цикла

Выразим через

Так как

Внутренний (индикаторный) КПД цикла

3.3. Определение оптимальных параметров гту

3.3.1. Определение оптимальной степени повышения давления в компрессоре ГТУ().

Приведенная температура газа перед турбиной:

, где

Приведенная температура газа в конце изоэнтропного сжатия в компрессоре

Выполняется расчет для

; ;

Термический КПД обратимого цикла ГТУ (цикл Брайтона)

Выполняется расчет для

Удельная внутренняя работа цикла

Внутренний КПД цикла

Заносим результаты в таблицу

Результаты расчета 3.1.1.

β	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
	1	1,196	1,33	1,43	1,52	1,59	1,66	1,71	1,77	1,82	1,86	1,9	1,94	1,98	2,01
	0	0,16	0,25	0,30	0,34	0,37	0,39	0,42	0,43	0,45	0,46	0,47	0,49	0,5	0,5
	0	53,53	67,7	70,22	67,88	63,19	57,25	50,64	43,68	36,55	29,35	22,16	15,03	7,97	1
	0	0,10	0,14	0,16	0,17	0,17	0,16	0,15	0,14	0,13	0,11	0,09	0,07	0,04	0,005

Строим графики зависимости:

Из графика зависимости получаем

Тогда

3.3.2. Расчет параметров оптимального цикла ГТУ

1) Определение температуры в точках 1,2s,2,3,4s,4.

2) Определение энтропий в точках 1,2s,2,3,4s,4.

Принимаем S=0, при нормальных физических условиях:

Тогда энтропия при p и T:

где - газовая постоянная воздуха;

Параметры цикла ГТУ в характерных точках

	1	2s	2	3	4s	4
Т, K	300	482,5	455,1	840	553	596,05
S, кДж/кг	0,1036	0,2183	0,1537	0,8309	0,7794	0,8622

3.3.3. Построение цикла в Т,S координатах