КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по «Газотурбинные установки и электроприводы насосов и компрессоров». ГТУиЭП.. Контрольная работа по Газотурбинные установки и электроприводы насосов и компрессоров

• Название: Контрольная работа по Газотурбинные установки и электроприводы насосов и компрессоров
• Анкор: КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по «Газотурбинные установки и электроприводы насосов и компрессоров
• Дата: 28.04.2023
• Размер: 0.7 Mb.
• Имя файла: ГТУиЭП..docx
• Тип: Контрольная работа; #1096062

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный технический университет»

Институт нефтегазовых технологий
Контрольная РАБОТА

по «Газотурбинные установки и электроприводы насосов и компрессоров»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СХЕМЫ ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ 4

БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ 4

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СХЕМЫ ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ 7

C РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ 7

ВЫВОД 11

Приложение 1 12

Приложение 2 13

ВВЕДЕНИЕ

Данный расчет предусматривает тепловой расчет схем приводных газотурбинных установок на номинальном режиме работы. Для расчета заданы полное давление и температура перед компрессором 101,13 кПа и 288К соответственно, температура продуктов сгорания перед турбиной 1200 К, мощность газотурбинной установки 4,120 МВт.

Целью данного расчета является определение параметров цикла для двух схем ГТУ (двухвальной с регенерацией и без регенерации теплоты), чтобы обеспечить КПД у двухвальной ГТУ без регенерации теплоты не ниже 32%, у двухвальной с регенерацией теплоты не ниже 38%. В данной работе представлен вариативный расчет тепловых схем двухвальной ГТУ с регенерацией и без регенерации теплоты.

1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СХЕМЫ ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ

БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Цель: Выбор оптимальных параметров цикла (степени повышения давления π_К, температуры перед турбиной Т_Г, КПД узлов и коэффициентов потерь) для обеспечения заданных параметров эффективности двухвальной ГТУ простого цикла (рисунок 1.1).



Рисунок 1.1 – Схема двухвальной ГТУ простого цикла

Дано: Р_Вх =101,3 КПа; Т_Вх =288 К; N_e=4,120 МВт, π_К – задается с шагом равным 0.5 Расчеты проводятся с использованием пакета прикладной программы Microsoft Excel.

Параметры определяются в сечениях, обозначенных на схеме рисунка 1.1 по приведенной ниже методике,

1. Удельная работа сжатия в компрессоре, кДж/(кг·К):

,



где k_в – показатель адиабаты воздуха, задаемся k_в =1,4;

η_К – КПД осевого компрессора со степенью повышения давления от 10 до 25, η_К = 0,84-0,88;

с_Р – удельная теплоемкость воздуха, с_Рв =1,01 кДж/(кг·К).

2. Температура рабочего тела в конце процесса сжатия, К:

.



3. Степень понижения давления в турбине:

.



где σ_Вх – коэффициентом гидравлических потерь в ВУ, σ_Вх = 0,98 - 0,99;

σ_Вых – коэффициентом гидравлических потерь в выходном диффузоре, σ_Вых = 0,96 - 0,98;

σ_КС – коэффициентом гидравлических потерь в КС, σ_КС = 0,96 - 0,98.

4. Удельная работа расширения в ТВД, кДж/(кг·К):

, .

где ν_Вх-Г – коэффициент изменения массы рабочего тела на входе в ТВД;

q_ут – относительный расход воздуха на утечки рабочего тела по тракту ГТД, он составляет от q_ут =0,015 – 0,020;

q_охл – относительный расход воздуха отобранного в компрессоре на охлаждение горячих частей ГТД, он зависит от верхней температуры в цикле и изменяется в пределах q_охл =0,02 – 0,08;

q_топлл – относительный расход топлива, q_топлл = 0,015-0,020;

η_м – механические КПД, η_м =0,98-0,99.





5. Степень понижения давления в ТВД:

, ,

где k_в – показатель адиабаты продуктов сгорания (газа), задаемся k_в =1,33;

η_ТВД - КПД турбины, η_ТВД = η_СТ = 0,89-0,92;

с_Р – удельная теплоемкость газа, с_Рг =1,15 кДж/(кг·К).



6. Степень понижения давления на силовой турбине:

.



7. Температура рабочего тела за ТВД, К:

.



8. Удельная работа расширения в силовой турбине, кДж/кгК:

.



9. Температура рабочего тела за СТ, К:

.



10. Удельная полезная работа, кДж/(кг·К):

, .

где ν_Вх-ТВД – коэффициент изменения массы рабочего тела на входе в СТ,

q_возв– относительный расход воздуха возвращенного в цикл после охлаждения горячих частей ТВД, q_возв= 0,5q_охл .



11. Расход воздуха через ГТУ, кг/с:

.



12. Удельное тепло, подводимое в цикле, кДж/(кг·К):

, .





13. Эффективный КПД:

,

где η_КС –КПД полноты сгорания топлива в КС, η_КС=0,98-0,99.



В результате проведенного с использованием пакета прикладной программы Microsoft Excel расчета тепловой схемы двухвального ГТУ с π_К = 3-17 с шагом равным 0.5, выбираются оптимальные значения параметров ГТУ: степень повышения давления π_К, температура перед турбиной Т_Г, КПД узлов и коэффициенты потерь, которые обеспечат значение эффективного КПД η_е≥28%. Для выбранных параметров составляется расчет. Для остальных значений π_К результаты расчета приведены в приложении 1.

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СХЕМЫ ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ

C РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Цель: Выбор оптимальных параметров цикла (степени повышения давления π_К, температуры перед турбиной Т_Г, КПД узлов и коэффициентов потерь) для обеспечения заданных параметров эффективности двухвальной ГТУ регенеративного цикла (рисунок 2.1).



Рисунок 2.1 –Схема двухвальной ГТУ регенеративного цикла
Дано: Р_Вх =101,3 КПа; Т_Вх =288 К; степень регенерации r=0,82, и мощность установки N_e=4,120 МВт, π_К – задается с шагом равным 0,5. Расчеты проводятся с использованием пакета прикладной программы Microsoft Excel по приведенной ниже методике.

Параметры определяются в обозначенных на схеме рисунка 2.1 сечениях по приведенной ниже методике, при этом учитываем, что двухвальная установка регенеративного цикла отличается от двухвальной установки простого цикла наличием теплообменного аппарата, расположенного после компрессора. Для регенеративного цикла необходимо учесть возросшие гидравлические потери в связи с включением в цикл теплообменного аппарата.

Удельная работа сжатия в компрессоре, кДж/(кг·К):

,
где k_в – показатель адиабаты воздуха, задаемся k_в =1,4;

η_К – КПД осевого компрессора со степенью повышения давления от 10 до 25, η_К = 0,84-0,88;

с_Р – удельная теплоемкость воздуха, с_Рв =1,01 кДж/(кг·К).



2. Температура рабочего тела в конце процесса сжатия, К:

.



3. Степень понижения давления в турбине:

.
где σ_Вх – коэффициентом гидравлических потерь в ВУ, σ_Вх = 0,98 - 0,99;

σ_Вых – коэффициентом гидравлических потерь в выходном диффузоре, σ_Вых = 0,96 - 0,98;

σ_КС – коэффициентом гидравлических потерь в КС, σ_КС = 0,96 - 0,98;

σ_R – коэффициентом гидравлических потерь в регенераторе, σ_Вх = 0,96 - 0,98.



4. Удельная работа расширения в ТВД, кДж/(кг·К):

, .

где ν_Вх-Г – коэффициент изменения массы рабочего тела на входе в ТВД;

q_ут – относительный расход воздуха на утечки рабочего тела по тракту ГТД, он составляет от q_ут =0,015 – 0,020;

q_охл – относительный расход воздуха отобранного в компрессоре на охлаждение горячих частей ГТД, он зависит от верхней температуры в цикле и изменяется в пределах q_охл =0,02 – 0,08;

q_топлл – относительный расход топлива, q_топлл = 0,015-0,020;

η_м – механические КПД, η_м =0,98-0,99.




5. Степень понижения давления в ТВД:

, ,

где k_в – показатель адиабаты продуктов сгорания (газа), задаемся k_в =1,33;

η_ТВД – КПД турбины, η_ТВД = η_СТ = 0,89-0,92;

с_Р – удельная теплоемкость газа, с_Рг =1,15 кДж/(кг·К).


6. Степень понижения давления на силовой турбине:

.



7. Температура рабочего тела за ТВД, К:

.


8. Удельная работа расширения в силовой турбине, кДж/(кг·К):

.



9. Температура рабочего тела за СТ, К:

.



10. Удельная полезная работа, кДж/(кг·К):

, .

где ν_Вх-ТВД – коэффициент изменения массы рабочего тела на входе в СТ,

q_возв– относительный расход воздуха возвращенного в цикл после охлаждения горячих частей ТВД, q_возв= 0,5q_охл .



11. Расход воздуха через ГТУ, кг/с:

.


_{12. Температура рабочего тела за регенератором, К:}

,

где r – степень регенерации, r = 0,76 - 0,82.



13. Тепло, подводимое в цикле, кДж/(кг·К):

,

, .



14. Эффективный КПД регенеративного цикла:

,

где η_КС – КПД полноты сгорания топлива в КС, η_КС=0,98-0,99.



В результате проведенного с использованием пакета прикладной программы Microsoft Excel расчета тепловой схемы двухвальной регенеративной ГТУ с π_К = 3-17 с шагом равным 0,5, выбираются оптимальные значения параметров ГТУ: степень повышения давления π_К, температура перед турбиной Т_Г, КПД узлов и коэффициенты потерь, которые обеспечат значение эффективного КПД η_е≥34%. Для выбранных параметров составляется расчет. Для остальных значений _к результаты расчета приведены в приложении 2.

ВЫВОД

При одинаковых заданных параметрах (полное давление и температура перед компрессором 101,13 кПа и 288 К соответственно, температура продуктов сгорания перед турбиной 1200 К, мощность газотурбинной установки 4,120 МВт) наиболее эффективной является двухвальная ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов, так как при меньшем значении степени повышения давления в компрессоре ( ) против ГТУ без регенерации ( ), получаем более высокое значение эффективного КПД (η_е=34,35%), чем в ГТУ без регенерации теплоты (η_е=28,01%).

Приложение 1

Приложение 2