Контрольные вопросы
Чем вызвано создание газовых турбин?
Дать описание ГТУ с горением топлива при . Вывести выражение для термического КПД.
Дать описание ГТУ с горением топлива при . Вывести выражение для термического КПД.
Каков характер зависимости термического и эффективного КПД ГТУ с подводом теплоты при в зависимости от степени повышения давления?
Каковы методы повышения термического КПД ГТУ?
Как выглядит принципиальная схема и цикл в
-
и
-
диаграммах ГТУ с подводом теплоты при
и регенерацией теплоты?Как выглядит цикл ГТУ с многоступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением в - и
-
координатах? В чем особенность такого
цикла?
Задачи
1.
Для идеального цикла газовой турбины
с изобарным подводом теплоты (рис. 59 и
60 ), найти параметры в характерных точках,
полезную работу, термический КПД,
количество подведенной и отведенной
теплоты, если известны:
;
;
;
степень повышения давления
.
Рабочее тело – воздух. Теплоемкость
принять постоянной и независящей от
температуры.
Дано:
газ – воздух
Решение:
Параметры точки 1:
давление
;
температура ;
объем .
Параметры точки 2:
температура
;
давление
;
объем
.
Параметры точки 3:
температура ;
давление
;
объем
.
Параметры точки 4:
Температура
;
объем
;
давление .
Удельное количество подведенной теплоты:
.
Удельное количество отведенной теплоты:
.
Работа цикла:
.
Термический КПД цикла:
.
2.
Начальные параметры воздуха, поступающего
в компрессор ГТУ со сжиганием топлива
при
,
,
.
Степень повышения давления в компрессоре
ГТУ
.
Температура газов перед соплами турбины
.
Рабочее тело обладает свойствами
воздуха, теплоемкость его принимается
постоянной и независящей от температуры.
Компрессор засасывает
воздуха. Рассчитать: параметры всех
точек идеального цикла ГТУ, термический
КПД ГТУ, теоретические мощности
компрессора, турбины и всей ГТУ; параметры
всех точек действительного цикла (с
учетом необратимости процессов расширения
и сжатия в турбине и компрессоре), приняв
и
;
внутренний КПД ГТУ, действительные
мощности турбины, компрессора и ГТУ.
Дано:
Газ–воздух
Решение:
На
рис. 71 представлен обратимый 12341
и необратимый 12’34’1
цикл ГТУ в
-
координатах.
Рисунок 71 – К примеру 2.
Температуры в точках обратимого цикла рассчитываются следующим образом:
;
.
Термический КПД:
.
Теоретические мощности:
а) компрессора
;
.
б) турбины
;
.
б) ГТУ
.
Температуры в точках действительного цикла рассчитываются следующим образом. С помощью основной формулы для внутреннего относительного КПД компрессора
отсюда температура в конце сжатия:
.
Температура в конце необратимого адиабатного расширения находится аналогично. Записывается формула для внутреннего относительного КПД турбины:
.
Внутренний КПД ГТУ:
Действительная мощность:
а) привода компрессора
б) турбины
б) газотурбинной установки
Приведенный расчет показывает, как сильно влияет необратимость процессов сжатия и расширения газа на КПД и мощность газотурбинной установки.
3.
Газотурбинная установка работает по
схеме с регенерацией и подводом теплоты
при постоянном давлении при следующих
параметрах:
,
,
,
.
Регенерация предельная. Рабочее тело
обладает свойствами воздуха, теплоемкость
его принимается постоянной и независящей
от температуры. Определить параметры
всех точек цикла и внутренний КПД ГТУ.
Определить также внутренний КПД ГТУ
при условии выключении системы
регенерации. Рассчитать термический
КПД ГТУ с регенерацией. Внутренний
относительный КПД компрессора и турбины
и
.
Дано:
газ – воздух
Решение:
На рис. 72 представлен цикл ГТУ с предельной регенерацией 1273481, точки 5 и 6 относятся к обратимому циклу.
Рисунок 72 – Термодинамический цикл ГТУ с регенерацией и изобарным подводом теплоты.
Рассчитаем температуры в узловых точках цикла:
.
С помощью основной формулы для внутреннего относительного КПД компрессора определим температуру в точке 2:
.
Температура в точке 6:
.
Температура в точке 4 определяется с помощью формулы для внутреннего относительного КПД турбины:
.
Термический КПД ГТУ с предельной регенерацией
.
Внутренний КПД ГТУ с предельной регенерацией
.
Внутренний КПД ГТУ без регенерации
.
4.
Газотурбинная установка работает с
двухступенчатом сжатием и двухступенчатым
расширением. Степень повышения давления
в компрессорах (и понижения в турбинах)
одинакова:
.
В первый компрессор поступает воздух
при
и
,
после первого компрессора он охлаждается
также до
.
Температура газов перед обеими турбинами
одинакова и равна
.
Внутренний относительный КПД компрессоров
равны
,
а турбин
.
Степень регенерации
.
Расход воздуха
.
Определить параметры во всех точках
цикла, внутренний КПД ГТУ, действительные
мощность компрессоров, турбин и всей
ГТУ. Изобразить цикл в
-
диаграмме. Теплоемкость воздуха принять
постоянной и не зависящей от температуры.
Дано:
газ – воздух
.
Решение:
На рис. 73 и на рис. 74 представлен цикл для такой установки.
Рисунок 73 – Схема ГТУ со ступенчатым сгоранием, ступенчатым сжатием в компрессоре и с регенерацией (подвод теплоты при постоянном давлении): КНД, КВД – ступень низкого и высокого давлений компрессора; ТХ–теплообменник-холодильник; ТР – теплообменник-регенератор; КС-1, КС-2 – камеры сгорания; ТНД, ТВД – ступени турбин низкого и высокого давлений; ЭГ – потребитель электроэнергии (электрогенератор).
Рисунок
74 – Цикл
ГТУ сл ступенчатым сгоранием, ступенчатым
сжатием в компрессоре и регенерацией
теплоты при
На рис. 74 точки 11 и 12 относятся к обратимому сжатию и расширению.
Рассчитаем температуры в узловых точках цикла:
Для
определения действительной температуры
после первого компрессора (КНД) необходимо
воспользоваться формулой для относительного
внутреннего КПД компрессора, т. е.
откуда
Так
как
и
,
то
температура в конце обратимого расширения
в турбине
Действительная температура после расширения в турбине:
Так
как
и
,
то
температуру воздуха, входящего в камеру
сгорания (температуру после регенератора),
найдем с помощью величины степени
регенерации
,
Так
как предполагается, что тепловые потери
в регенераторе отсутствуют, то
Следовательно
Внутренний КПД установки
Действительная мощность двух турбин:
Действительная мощность двух компрессоров:
Действительная мощность ГТУ:
