5. Порядок расчета

Расчет начинается со значения степени сжатия в компрессоре =3,0. Для каждого значения расчет выполняется в следующей последовательности:

1. Определяют давление воздуха на входе в компрессор по соотношению

р₁ = р_0.

2. Рассчитывают давление воздуха на выходе из компрессора

р₂ = р₁ p_к.

3. Находят температуру воздуха на выходе из компрессора по следующей формуле:

_.

При этом значение Т₁ можно принять равным Т₀,, по следующим причинам. С одной стороны при транспортировке воздуха во входном устройстве за счет увеличения кинетической энергии (скорости) воздуха температура среды падает. Однако движение воздуха в реальном процессе сопровождается трением (гидравлическими потерями), при котором выделяется теплота. Можно принять, что эти процессы компенсируют друг друга. В расчетах рекомендуется пользоваться значением комплекса = 0,2907801.

4. Температура воздуха по тракту компрессора повышается, следовательно, и теплоемкость воздуха является переменой. Рекомендуется значение теплоемкости воздуха принимать при средней температуре Т_ср = (Т₀ +Т₂)/2.

5. Рассчитывают мощность на привод компрессора по соотношению

= .

Мощность на привод компрессора можно определить также по формуле

.

Необходимо особо отметить на следующую особенность формул расчета мощности на привод компрессора . Если в предыдущих соотношениях используется изоэнтропический КПД компрессора , то должно быть использовано изоэнтропическое значение температуры в конце сжатия, равной . В случае использования действительной температуры политропического сжатия, рассчитываемой по соотношению п. 3, в формулах не должен быть.

6. При принятой температуре газов на входе в турбину Т₃ определяют коэффициент избытка воздуха процессов сгорания ТВС в камере. Для этой цели используют графики рис. 3 (или 6, 9 соответственно). Сначала по оси абсцисс откладывают значение температуры на входе в камеру сгорания Т₂, полученное по формуле (2) или по графикам рис. 2. Затем при допустимой температуре газов на входе в турбину Т_доп=Т₃, откладываемой по оси абсцисс, в точке пересечения Т₂ и Т₃ определяют значение коэффициента избытка воздуха a.

7. Для заданного вида горючего по графикам соответствующих рисунков определяют средний показатель процессов расширения газов в турбине k и среднюю теплоемкость продуктов сгорания (ПС) С_р.

8. Давление газов на входе в турбину с учетом гидравлических потерь в камере сгорания

.

9. Давление газов на выходе из турбины, в принятом значении потерь давления в выходном устройстве равно МПа.

10. Определяют перепад давления газов в турбине

.

11. Полученное значение перепада давления в турбине следует проверить по соотношению = , совпадение которых является подтверждением правильности расчетов.

12. Некоторая часть воздуха из компрессора отводится на охлаждение деталей (стенок газохода, дисков, лопаток соплового аппарата и рабочего колеса) газовой турбины. Данное количество воздуха затем, попадая в проточную часть, участвует в создании работы турбины. Однако вкладом этой части воздуха в создание работы турбины можно пренебречь, скорее наоборот, смешиваясь с основным потоком газов охлаждающий воздух снижает работоспособность газового потока как за счет снижения температуры T, так и газовой постоянной R.

Для расчета расхода горючего необходимо учесть количество отводимого воздуха на охлаждение газовой турбины. На практике пользуются относительной долей воздуха, отводимого на охлаждение = , рекомендации по выбору значений которого дается в следующих пределах: при температурах газов на входе в турбину  1400 К =0,04; при = 14001500 К =0,05-0,06; при = 1600 К = 0,08- 0,1 и при = 1700 К = 0,12-0,21.

Разумеется, эти данные, взятые из опыта доводки авиационной техники не могут быть рекомендованы для повсеместного использования, особенно в стационарных ГТУ. В полетных вариантах отсутствует иная альтернатива организации охлаждения газовой турбины, в стационарных условиях может оказаться более эффективным жидкостное охлаждение. Опыт организации жидкостного охлаждения в стационарных ГТУ положителен, особенно для ПГУ блоков, когда генерируемый пар в замкнутом охлаждающем контуре затем используется в качестве дополнительного рабочего тела паротурбинной подстройки.

В качестве рекомендации могут быть использованы представленные данные при температурах  1700 К, когда доля охлаждаемого воздуха не превышает 10 %.

13. Рассчитывают расход воздуха, поступающего в камеру сгорания ГТУ

14. Определяют расход горючего при определенном значении коэффициента избытка воздуха 

,

где коэффициент полноты горения = 0,97  0,985; стехиометрическое соотношение воздуха и горючего (теоретическое значение количества воздуха для полного окисления 1 кг горючего)для рекомендуемых к использованию в ГТУ топлив представлены в таблице.

Вид топлива	Природный газ	Дизель. топливо	Соляровое масло
Значение G0, кг воздуха/кг топлива	17,2	14,325	14,219

В случае если в расчетах расход воздуха был принят 1 кг/с, массовый расход горючего вычисляется по соотношению ( ).

15. Расход газов в турбине равен суммарному расходу воздуха и горючего

.

16. Рассчитывают мощность, создаваемую газовой турбиной по соотношению

,

либо для этой цели используют формулу

.

17. Вычисляют полезную мощность ГТУ, используемую на привод электрогенератора

.)

18. Определяют значение температуры отработавших газов на выходе из турбины

19. Удельный расход топлива на производство электрической энергии

.

20. Далее расчет повторяют при изменении p_к с шагом, требующим построение графических зависимостей , T₄, b от p_к. Рекомендуется выбирать не менее 1015 значений p_к на равномерной сетке.

По результатам расчетов и построенных графиков определяют оптимальное значение степени сжатия воздуха в компрессоре. Необходимо отметить, что оптимальное значение по критериям максимума полезной работы и минимума удельного расхода в общем случае не совпадают. Наиболее правильным является критерий минимального удельного расхода топлива, обеспечивающий минимальные эксплуатационные издержки.

Рассмотренный подход оптимизации базируется исключительно на анализе термодинамической эффективности процессов. В действительности на практике, в качестве оптимизирующих критериев могут быть и другие показатели, определяемые конструктивными, технологическими, экономическими (стоимостными) факторами.

По результатам расчетов и построенных графиков необходимо делать заключение и выводы по работе.

Поскольку определение термодинамических параметров по графикам не обеспечивает требуемую точность, затем расчеты по сложным формулам, как правило, выполняются с ошибкой, студент с максимальной точностью выполняет расчет только при одном значении степени сжатия в компрессоре p_к. Контрольную точку определяет преподаватель. После сдачи результатов контрольной точки и защиты студент допускается к использованию программы расчетов на кафедральном компьютере только в присутствии преподавателя.

Приложение I

Варианты заданий

(в столбце «вид топлива» с номерами 1,2,3 обозначены природный газ,

дизельное топливо и соляровое масло соответственно)

№ вар	Вид топлива	Т3, К
1	1	1100	4	0,97	0,96	0,9	0,97	0,85	0,86
2	1	1150	5	0,975	0,965	0,91	0,975	0,86	0,87
3	1	1200	6	0,98	0,97	0,92	0,98	0,87	0,88
4	1	1250	4	0,97	0,975	0,93	0,985	0,88	0,89
5	1	1300	5	0,975	0,96	0,94	0,97	0,85	0,9
6	1	1350	6	0,98	0,965	0,95	0,975	0,86	0,86
7	1	1400	4	0,97	0,97	0,96	0,98	0,87	0,87
8	1	1450	5	0,975	0,975	0,9	0,985	0,88	0,88
9	1	1500	6	0,98	0,96	0,91	0,97	0,85	0,89
10	1	1550	4	0,97	0,965	0,92	0,975	0,86	0,9
11	1	1600	5	0,975	0,97	0,93	0,98	0,87	0,86
12	1	1650	6	0,98	0,975	0,94	0,985	0,88	0,87
13	1	1700	4	0,97	0,96	0,95	0,97	0,85	0,88
14	1	1750	5	0,975	0,965	0,96	0,975	0,86	0,89
15	1	1800	6	0,98	0,97	0,9	0,98	0,87	0,9
16	1	1850	4	0,97	0,975	0,91	0,985	0,88	0,86
17	1	1900	5	0,975	0,96	0,92	0,97	0,85	0,87
18	2	1100	4	0,98	0,965	0,93	0,975	0,86	0,88
19	2	1150	5	0,97	0,97	0,94	0,98	0,87	0,89
20	2	1200	6	0,975	0,975	0,95	0,985	0,88	0,9
21	2	1250	4	0,98	0,96	0,96	0,97	0,85	0,86
22	2	1300	5	0,97	0,965	0,9	0,975	0,86	0,87
23	2	1350	6	0,975	0,97	0,91	0,98	0,87	0,88
24	2	1400	4	0,98	0,975	0,92	0,985	0,88	0,89
25	2	1450	5	0,97	0,96	0,93	0,97	0,85	0,9
26	2	1500	6	0,975	0,965	0,94	0,975	0,86	0,86
27	2	1550	4	0,98	0,97	0,95	0,98	0,87	0,87
28	2	1600	5	0,97	0,975	0,96	0,985	0,88	0,88
29	2	1650	6	0,975	0,96	0,9	0,97	0,85	0,89
30	2	1700	4	0,98	0,965	0,91	0,975	0,86	0,9
31	2	1750	5	0,97	0,97	0,92	0,98	0,87	0,86
32	2	1800	6	0,975	0,975	0,93	0,985	0,88	0,87
33	2	1850	4	0,98	0,96	0,94	0,97	0,85	0,88
34	2	1900	5	0,97	0,965	0,95	0,975	0,86	0,89
35	3	1100	4	0,975	0,97	0,96	0,98	0,87	0,9
36	3	1150	5	0,98	0,975	0,9	0,985	0,88	0,86
37	3	1200	6	0,97	0,96	0,91	0,97	0,85	0,87
38	3	1250	4	0,975	0,965	0,92	0,975	0,86	0,88
39	3	1300	5	0,98	0,97	0,93	0,98	0,87	0,89
40	3	1350	6	0,97	0,975	0,94	0,985	0,88	0,9
41	3	1400	4	0,975	0,96	0,95	0,97	0,85	0,86
42	3	1450	5	0,98	0,965	0,96	0,975	0,86	0,87
43	3	1500	6	0,97	0,97	0,9	0,98	0,87	0,88
44	3	1550	4	0,975	0,975	0,91	0,985	0,88	0,89
45	3	1600	5	0,98	0,96	0,92	0,97	0,85	0,9
46	3	1650	6	0,97	0,965	0,93	0,975	0,86	0,86
47	3	1700	4	0,975	0,97	0,94	0,98	0,87	0,87
48	3	1750	5	0,98	0,975	0,95	0,985	0,88	0,88
49	3	1800	6	0,97	0,96	0,96	0,97	0,85	0,89
50	3	1850	4	0,975	0,965	0,9	0,975	0,86	0,9
51	3	1900	5	0,98	0,97	0,91	0,98	0,87	0,86

Приложение II