Решение

1. Температура воздуха за ВО:

К.

2. Давление воздуха за ВО:

МПа.

3. Средняя температура воздуха в ВО:

К.

4. Истинная массовая изобарная теплоемкость воздуха при температуре Т_ср=357,6 К: С_р=1,011 кДж/кг∙К.

5. Тепловая мощность, отбираемая от воздуха в ВО:

кВт.

Ответ: Т₁₂^*=307,2 К; Р₁₂^*=0,2919 МПа; Q_ВО=4072 кВт.

Блок 3. Определить параметры воздуха за компрессором высокого давления (КВД) ГТУ, удельную работу сжатия и мощность, затрачиваемую на привод КВД при следующих данных: температура и давление перед КВД Т^*₁₂=307,2 К, Р^*₁₂=0,2919 МПа; степень сжатия π_КВД=8,0; политропный КПД _ПКВД=0,89; расход воздуха G_в=60кг/с.

Решение

1. Истинный показатель адиабаты воздуха при температуре (по рис. 2) Т^*₁₂=307,2 К: k=1,41.

2. Температура воздуха за КВД (предварительно)

К.

3. Средняя температура воздуха в процессе сжатия в КВД

К.

4. Истинный показатель адиабаты воздуха при температуре Т_ср=456,6К (по рис. 2): k=1,387

5. Уточненное значение температуры воздуха за КВД (при уточненном значении k):

К.

6. Давление воздуха за КВД

МПа.

7. Истинная массовая изобарная теплоемкость воздуха при Т_ср=456,6 К (по рис. 3): С_р=1,022 кДж/кг∙К.

8. Удельная работа сжатия воздуха в КВД

кДж/кг.

9. Мощность, затраченная при привод КВД

кВт.

Ответ: Т^*₂=589,6 К; Р^*₂=2,3352 МПа; l_КВД=288,6 кДж/кг; N_КВД=17316 кВт.

Рис. 4. Средняя удельная теплоемкость С_рт продуктов сгорания при различных коэффициентах избытка воздуха α

Блок 4.1. Определить коэффициент избытка воздуха и относительный расход топлива в камере сгорания ГТУ при следующих данных: температура воздуха за компрессором Т^*₂ = 475,6 К, температура газа перед турбиной Т^*₃ = 1273,0 К, стехиометрический коэффициент L₀ = 16,70 кг. возд./кг. топл., температура топлива Т^*_т = 450К, удельная теплоемкость топлива С_рт = 2,847 кДж/кгК, коэффициент полноты сгорания η_кс = 0,97, теплотворная способность топлива Q_H^P= 49310 кДж/кг.

Решение

1. Коэффициент избытка воздуха

.

по рис. 4 кДж/кг∙К, кДж/кг∙К, кДж/кг∙К.

2. Относительный расход топлива

.

Ответ: α=3,02; .

Блок 4.2. Определить расход топливного газа в камере сгорания (КС) ГТУ и тепловую мощность, подводимую к рабочему телу в КС при следующих данных: коэффициент избытка воздуха α = 3,02, стехиометрический коэффициент L₀ = 16,70 кг возд./кг топл., теплота сгорания Q_H^P= 48850 кДж/кг, коэффициент полноты сгорания η_кс = 0,97, расход воздуха G_в = 20 кг/с.

Решение

1. Расход топливного газа

кг/с.

2. Часовой расход топливного газа

В_Т = 3600 G_T = 3600 · 0,3966 = 1427,8 кг/час.

3. Тепловая мощность выделяющаяся при полном сгорании топлива

Q_кс = G_Т Q_H^P = 0,3966 ·48850 = 19374 кВт.

4. Тепловая мощность, подведенная к рабочему телу

Q = Q_кс · η_кс = 19374 ·0,97 = 18793 кВт.

Ответ: G_T = 0,3966 кг/с; Q = 18793 кВт.

Блок 5. Определить параметры при выходе из турбины высокого давления (ТВД), вращающей компрессоры низкого и высокого давления. Мощность компрессоров: N_КНД = 7162 кВт и N_КВД = 15464 кВт. При расчетах принять: температура и давление газа перед турбиной Т^*₃=1273 К, Р^*₃=1,94 МПа; расход газа G_г=46 кг/с; коэффициент избытка воздуха α=3,7; политропный КПД в ТВД η_ПТ = 0,9; механический КПД, учитывающий потери в подшипниках вала турбокомпрессора η_{мех 1} = 0,995.