1. Отчет по индивидуальной работе. Отчет по индивидуальной работе по дисциплине Газотурбинные установки

• Название: Отчет по индивидуальной работе по дисциплине Газотурбинные установки
• Дата: 10.02.2022
• Размер: 0.77 Mb.
• Имя файла: 1. Отчет по индивидуальной работе.docx
• Тип: Отчет; #358020

МИНИС

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт дополнительного и дистанционного образования


ОТЧЕТ

ПО ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЕ
по дисциплине

«Газотурбинные установки»
ВАРИАНТ № 42

ВЫПОЛНИЛ: слушатель гр. ПСТ-21-2 ПРОВЕРИЛ: к.т.н., доцент кафедры Чекардовский С. М.

Тюмень, 2022
ЗАДАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Выполнить вариантный расчёт газотурбинной установки с промежуточным воздухоохладителем (Рис. 1) и выбрать оптимальную степень сжатия в компрессоре. Использовать ряд значений степени сжатия π_k^*: 4, 8, 12, 16, 20.

Степени сжатия компрессоров низкого и высокого давления равны половине степени сжатия компрессора (π_k^* = π_кпд^* + π_квд^*)

Для расчёта использовать данные табл. 1 и табл. 2.

Исходные данные для расчёта, одинаковые для всех вариантов

Таблица 1

Наименование параметра		Обозначение	Единица измерения		Значение
Атмосферная температура		Та	K		288
Атмосферное давление	Pa		МПа	0,1013
Коэффициент давления входного устройства	σвх		-	0,99
Степень сжатия компрессора	πk*		-	4
Степень сжатия КНД	πкпд*		-	2
Политропический КПД КНД	ηпкпд		-	0,91
Расход воздуха	Gв		Кс/с	60
Степень охл. воздуха в ВО	θ		-	0,84
Коэффициент давления ВО	σво		-	0,97
Степень сжатия КВД	πквд*		-	2
Политропический КПД КВД	ηпквд		-	0,89
Температура за КС	Т3*		К	1275
Средняя удельная теплоемкость топлива	Cтpm		кДж/(кг*К)	2,847
Стехиометрический коэффициент топлива	L		-	16,7
Температура топлива	Т*т		К	450
КПД КС	ηкс		-	0,97
Теплотворная способность топлива	Qт		кДж/кг	49310
Коэффициент давления КС	σкс		-	0,98
Механический КПД турбин	ηмех		-	0,995
Политропический КПД турбин	ηпт		-	0,9
Коэффициент давления выходного устройства	σвых		-	0,99

Индивидуальные исходные данные для расчёта по вариантам

Т_а = 265 К

Т₃^* = 1150К




₅


КС
2 3

1 ₄

КНД

КВД

ТВД СТ Н

ВО

41

21 12

Рис 1. ГТУ с охлаждением в процессе сжатия

Решение
1. Компрессор низкого давления (КНД)

1. 
   Температура воздуха за входным устройством
   

Т₁^*=Та=265К

2. 
   Давление воздуха за входным устройством
   

P₁^*=Pa·σ_вх=0,1013·0,99=0,1003МПа

3. 
   По прил. 1 находим показатель адиабаты воздуха при температуре Т₁^*и
   

α=∞

к=1,415

4. 
   Предварительное значение температуры воздуха за компрессором
   

Т₂₁* = Т₁^**π^*_кнд^{(к-1)/(к*η}_пкнд⁾ = 265*2^{(1,415-1)/(1,415*0,91)} = 331,3К

5. 
   Средняя температура воздуха в процессе сжатия
   

Т_ср=(Т₁^*+Т₂₁^*)/2=(265+331,3)/2=298,15К

6. 
   По прил. 1 находим показатель адиабаты воздуха при температуре
   

Т_сри α=∞

к=1,410

7. 
   Уточнённое значение температуры воздуха за компрессором
   

Т₂₁* = Т₁^**π^*_кнд^{(к-1)/(к*η}_пкнд⁾ = 265*2^{(1,410-1)/(1,410*0,91)} = 330,58К

8. 
   Давление воздуха за КНД
   

Р₂₁ = Р₁^* * π_кнд^* = 0,1003*2 = 0,2006 МПа

9. 
   По прил. 2 находим истинную массовую изобарную теплоёмкость воздуха при температуре Т_ср и α = ∞
   

С_р=1,008кДж/(кг·К)

10. 
    Удельная работа сжатия воздуха в КНД
    

l_кнд = С_р · (Т₂₁* - Т₁*) = 1,008 · (330,58 - 265) = 66,105 кДж/кг

11. 
    Мощность, затрачиваемая на привод КНД
    

Nкнд = lкнд · Gв = 66,105 · 60 = 3966,3 кВт
2. Воздухоохладитель (ВО)

1. 
   Температура воздуха за ВО
   

Т₁₂^* = Т₂₁^* - θ * (Т₂₁^*-Т_а) = 330,58 – 0,84*(330,84-265) = 275,27 К

2. 
   Давление воздуха за ВО
   

P₁₂^*=P₂₁^*·σ_во=0,2006·0,97=0,1946МПа

3. 
   Средняя температура воздуха в ВО
   

Т_ср^* = (Т₂₁^*-Т₁₂^*)/2 = (330,58 +275,27)/2 = 302,92 К

4. 
   По прил. 2 находим истинную массовую изобарную теплоёмкость воздуха при температуре Т_сри α = ∞
   

С_р=1,008кДж/(кг·К)

5. 
   Тепловая мощность, отбираемая от воздуха в ВО
   

Q_во = С_р*(Т₁₂^*-Т₂₁^*)*G_в = 1,008 * (275,27-330,84)*60 = -3360,87 кВт

3. Компрессор высокого давления (КВД)

1. 
   По прил. 1 находим показатель адиабаты воздуха при температуре Т₁₂^* и α = ∞
   

k = 1,412

2. 
   Предварительное значение температуры воздуха за компрессором
   

Т₂* = Т₁₂^**π_квд^{(к-1)/к*ηпквд} = 275,27 * 2 ^{(1,412-1)/(1,412*0,89)} = 345,54 К

3. 
   Средняя температура воздуха в процессе сжатия в КВД
   

Т_ср= (Т₁₂^* + Т₂^*)/2 = (275,27+345,54)/2=310,40К

4. 
   По прил. 1 находим показатель адиабаты воздуха при температуре
   

Т_сри α=∞

к=1,402

5. 
   Уточнённое значение температуры воздуха за компрессором
   

Т₂* = Т₁₂^**π_квд^{(к-1)/к*ηпквд} = 275,27 * 2 ^{(1,402-1)/(1,402*0,89)} = 344,10 К

6. 
   Давление воздуха за КНД
   

Р₂^* = Р₁₂^**π^*_квд = 0,1946 *2 = 0,3891 МПа

7. 
   По прил. 2 находим истинную массовую изобарную теплоѐмкость воздуха при температуре Т_сри α = ∞
   

С_р=1,010 кДж/(кг·К)

8. 
   Удельная работа сжатия воздуха в КВД
   

l_квд=С_р·(Т₂^*-Т₁₂^*)=1,010·(344,10 –275,27)=69,52 кДж/кг

9. 
   Мощность, затрачиваемая на привод КВД
   

N_квд=l_квд·G_в=69,52·60=4171,2кВт

4. Камера сгорания (КС)

1. 
   По прил. 3 находим среднюю удельную теплоёмкость продуктов
   

сгорания при температуре Т₃^*

С_рт^ПС = 1,124 кДж/(кг*К)

2. 
   По прил. 3 находим среднюю удельную теплоёмкость воздуха до и после КС при температуре Т2*, Т3*, α = ∞
   

С_рт2 = 1,004 кДж/(кг*К)

С_рт3 = 1,060 кДж/(кг*К)

3. 
   Коэффициент избытка воздуха
   

α = (Q_т*η_кс – (1+L)*С_рт^ПС + L*С_рт3+С_рт^Т*Т_т^*)/L*(С_рт3*Т₃^*-С_рт2*Т₂^*) =

= (49310*0,97 – (1+16,7)*1,124+16,7*1,060+2,847*450)/(16,7*(1,060*1150-1,004*344,10) = 3,37

4. 
   Относительный расход топлива
   

g_т=1/(α·L)=1/(3,37·16,7)=0,018

5. 
   Расход топливного газа
   

G_т=g_т·G_в =0,018·60=1,080кг/с

6. 
   Расход смеси продуктов сгорания и вторичного воздуха (газа)
   

G_г=G_в +G_т=60 +1,080=61,08кг/с

7. 
   Тепловая мощность КС
   

Q_кс=G_т·Q_т·η_кс=1,080·49310·0,97=51657кВт

8. 
   Давление за КС
   

P₃^*=P₂^*·σ_кс=0,3891·0,98=0,3813МПа

6. 
   Турбина высокого давления (ТВД)
   

1. 
   Мощность ТВД
   

N_твд=(N_кнд+N_квд)/η_мех=(3966,3+4171,2)/0,995=8178,39кВт

2. 
   Удельная работа расширения газа в ТВД
   

l_твд=N_твд/G_г=8178,39/61,08=133,89кДж/кг

3. 
   По прил. 2 находим истинную массовую изобарную теплоёмкость газа
   

при температуре Т₃^*
и α = 3,37

С_р = 1,216 кДж/(кг*К)

4. 
   Предварительное значение температуры за ТВД
   

Т₄₁^* = Т₃^* - l_твд/С_р = 1150 – 133,89/1,216 = 1039,89 К

5. 
   Средняя температура в процессе расширения в ТВД
   

Т_ср = (Т₃^*+Т₄₁^*)/2 = (1150+1039,89)/2 = 1094,94 К

6. 
   По прил. 2 находим истинную массовую изобарную теплоёмкость газа при температуре Т_сри α = 3,37
   

C_p=1,208 кДж/(кг·К)

7. 
   По прил. 1 находим показатель адиабаты газа при температуре
   

Т_сри α=3,37

к=1,312

8. 
   Уточненное значение температуры за ТВД
   

Т₄₁^* = Т₃^* - l_твд/С_р = 1150 – 133,89/ 1,208 = 1039,2 К

9. 
   Степень расширения в ТВД
   

π_твд^* = (Т₃^*/Т₄₁^*)^{k/(k-1)*ηпт} = (1150/1039,2)^{1,312/(1,312-1)*0,9} = 1,60

10. 
    Давление за ТВД
    

P₄₁^* = P₃^*/π_твд^*=0,3813/1,6=0,2383МПа

7. 
   Силовая турбина (СТ)
   

1. 
   Степень расширения в СТ
   

π_cт^* = (Р₄₁^* * σ_вых)/Р_а = (0,2383*0,99)/0,1013 = 2,3347

2. 
   По прил. 1 находим показатель адиабаты газа при температуре Т₄₁^* и α =3,37
   

к=1,318

3. 
   Предварительное значение температуры газа за СТ
   

Т₄^* = Т₄₁^**π_ст^{*(1-k)*ηпт/k} = 1039,2*2,33^{(1-1,318)*0,9/1,318} = 864,9 К

4. 
   Средняя температура в процессе расширения газа в СТ
   

Т_ср=(Т₄₁^* +Т₄^*)/2=(1039,2+864,9)/2=952,05К

5. 
   По прил. 1 находим показатель адиабаты газа при температуре
   

Т_сри α=3,37

к=1,322

6. 
   Уточняем значение температуры газа за СТ
   

Т₄^* = Т₄₁^**π_ст^{*(1-k)*ηпт/k} = 1039,2*2,33^{(1-1,322)*0,9/1,322} = 864,9 К

7. 
   По прил. 2 находим истинную массовую изобарную теплоёмкость газа при температуре Т_сри α = 3,37
   

C_p=1,164 кДж/(кг·К)

8. 
   Мощность СТ
   

N_ст=G_г·C_p(Т₄₁^*-Т₄^*)=61,08·1,164·(1039,2–864,9)=12392кВт

9. 
   Эффективная мощность ГТУ
   

N_e=N_ст·η_мех=12392·0,995=12330кВт

10. 
    КПД ГТУ
    

η=N_e/Q_кс=12330/51657=0,2386

Полученные результаты расчётов при всех значениях _ ^*

сводим в таблицу:
Результаты расчётов ГТУ при различных значениях степени сжатия компрессора

Таблица 3

πk*	4	8	12	16	20
Ne	12330	16177	30119	19377	17293
η	0,2386	0.3605	0,6942	0,4567	0,4412

К
Затем строим графики зависимости N_eи ηот  ^* :

Рис. 2. Зависимость мощности ГТУ от степени сжатия компрессора
Затем находим оптимальную степень сжатия в компрессоре как среднее значение между максимумами на двух графиках:


ОПТК

_ 12  16 _{ 14}

2

Рис. 3. Зависимость КПД ГТУ от степени сжатия компрессора
Если у вас возникли затруднения при выполнении задания, за консультациямиможетеобращатсякКириллуАриевичуАкуловувауд. 371, 2 корпус (т. 89129942784).


ПРИЛОЖЕНИЕ 1

11





Рис. 4. Истинный показатель адиабаты kпродуктов сгорания при различных коэффициентах избытка воздуха α


ПРИЛОЖЕНИЕ 2

12





Рис. 5. Истинная удельная теплоемкость С_рпродуктов сгорания при различных коэффициентах избытка воздуха α


ПРИЛОЖЕНИЕ 3

13





Рис. 6. Средняя удельная теплоемкость С_ртпродуктов сгорания при различных коэффициентах избытка воздуха α