1.8. Расчет тепловой схемы простой гту с охлаждаемой газовой турбиной (высокотемпературные гту)

1. Коэффициент избытка воздуха α ГТУ с охлаждением имеет то же значение, что и для неохлаждаемой ГТУ.

Относительный расход воздуха на охлаждение находим по приближенной формуле:

(1.46)

где Т_w – наибольшая допустимая температура металла сопловых или рабочих лопаток, определяемая по условиям прочности (см. табл. 1.3); Т_с – температура газа перед турбиной.

2. Значение удельного веса γ_к – γ_в определяется по приближенной формуле:

(1.47)

3. Значение γ_т вычисляется

(1.48)

где ;

V_н – опытный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей охлаждаемых элементов ступени, V_н = 0,5 - 0,7.

4. Внутренняя работа ГТУ с охлаждаемой турбиной определяется по формуле

(1.49)

5. Расход газа G_т определяется из уравнения мощности:

,	(1.50)
где - механический КПД ГТУ;	(1.51)

Н_охл – удельная работа ГТУ с охлаждением.

Из формулы (1.50) находим

(1.52)

6. Расход топлива

(1.53)

7. Расход воздуха на входе в камеру сгорания

(1.54)

8. Расход воздуха на входе в компрессор

(1.55)

9. Расход газов на выходе из турбины

(1.56)

10. Электрический КПД

(1.57)

Пример 6. Рассчитать основные характеристики простой ГТУ с охлаждением газовой турбины.

Исходные данные

Результаты расчета тепловой схемы ГТУ без охлаждения (см. пример 2).

Решение

1. Приняв допустимую температуру металла лопаток газовой турбины t_w = 850 °С (по табл. 1.3), с учетом того, что t_с = 1200 °С, по (1.46) найдем

кг/кг.

Принимаем число ступеней газовой турбины z = 4 и, считая работы всех ступеней одинаковыми, вычисляем температуру газов после первой ступени по приближенной зависимости.

(1.58)

где С_рг – средняя теплоемкость процесса расширения в газовой турбине.

Из расчета тепловой схемы

Т_d = 854 К; С_рг = 1,22 кДж/(кг·К); φ = 0,476; Н_т = 753 кДж; К.

По формуле (1.58)

2. По формулам (1.47), (1.48) находим γ_к – γ_в и γ_т (приняв V_н = 0,6) и их сумму

3. По формуле (1.49) определяем внутреннюю работу ГТУ с охлаждаемой турбиной, вычислив предварительно с использованием данных примера 2.

кДж.

Таким образом:

кДж.

4. Расход газа G_т находим из формулы (1.50), определив предварительно по (1.51):

Тогда по формуле (1.52)

кг/с.

5. Расход топлива находим по формуле (1.53) при 1 + αL_о = 45,25:

кг/с.

6. Расход воздуха на входе в камеру сгорания находим по формуле (1.54):

кг/с.

7. Расход воздуха на входе в компрессор находим по формуле (1.55):

кг/с.

8. Расход газов на выходе из турбины определяем по формуле (1.56):

кг/с.

9. Электрический КПД ГТУ с охлаждением определяем по формуле (1.57):

.

Необходимо иметь ввиду, что при расходе воздуха на охлаждение, составляющем 13,2 % расхода газа, значения работы ГТУ и ее КПД снижаются за счет влияния охлаждения на 8,1 % (относительных).

Пример 7. Рассчитать КПД ГТУ с охлаждаемой газовой турбиной с улучшенными аэродинамическими характеристиками турбины и компрессора.

Исходные данные

Результаты определения основных характеристик неохлаждаемой ГТУ при заданном увеличении и (см. пример 4).

Решение

1. При новом значении = 0,4937, принимая неизменным, находим γ по формулам (1.47), (1.48):

2. Электрический КПД ГТУ определяем по формуле (1.57)

.

В данном примере увеличение η_т и η_к на 2 и 1 % соответственно дает повышение КПД охлаждаемой ГТУ на

,

что составляет такую же экономию топлива.