Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-25
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Брянский государственный
технический университет»
Кафедра «Тепловые двигатели»
«Расчет режимных характеристик и
рабочей линии ГТУ ГТН-25»
Курсовая работа
по дисциплине: «Режимы работы и
эксплуатации энергетических машин»
Документы
текстовые
ГТ.14. 108.
РР.ПЗ
Всего листов
13
Руководитель:
______________Шкодин
В.М.
«__»__________________2014
г.
Студент
группы 10-Т
________________Инкина
О.В. «__»__________________2014 г.
Брянск 2014
Аннотация
В данной курсовой работе произведён расчёт режимных характеристик и
рабочей линии газотурбинной установки ГТН-25 на переменных режимах работы.
Содержание
1. ВВЕДЕНИЕ
. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ КОНТАКТНОГО ТИПА
И ТУРБИНЫ НА НОМИНАЛЬНОМ РЕЖИМЕ
. РАСЧЁТ РЕЖИМНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХВАЛЬНОЙ ГТУ
.1 МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМОВ
.2 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Введение
В данной курсовой работе произведён расчёт газовой турбины на переменные
режимы, на основе расчёта проекта проточной части и основных характеристик на
номинальном режиме работы газовой турбины. Из общей формулы мощности ГТУ Nе =
GHе видно, что изменение мощности может быть достигнуто путём регулирования
расхода газа G и полезной работы Hе. В зависимости от одного из трёх способов
регулирования ГТУ изменение мощности достигается:
1. В основном за счёт изменения начальной температуры газа перед ГТ
(путём изменения подачи топлива в КС), а следовательно и Не при n = const и
других слабоизменяющихся параметрах: G и π. Это регулирование первого рода или
качественное. При этом КПД установки претерпевает наиболее значительное
изменение.
2. Путём одновременного изменения, как расхода газа, так и полезной
работы. Это регулирование второго рода или смешанное. При этом КПД установки
изменяется в меньшей степени, чем при регулировании первого рода.
. Изменение расхода рабочего тела при неизменных значениях степени
повышения давления и температур в характерных точках цикла. Это регулирование третьего
рода или количественное. Удельная работа и КПД при этом меняются незначительно
или остаются практически неизменными.
Количественный способ регулирования мощности может быть осуществлён
только в замкнутых ГТУ путём пропорционального изменения давления во всех
точках схемы ГТУ. В ГТУ открытого типа невозможно осуществить пропорциональное
изменение давлений во всей схеме, так как нижний уровень давления (атмосферное
давление) вообще не может быть изменён произвольно. Поэтому в ГТУ открытого
типа при регулировании мощности отношение давлений (π и πт) и температура Т1 непрерывно
меняются. Удельная эффективная работа Не и КПД ηe обычно снижаются вместе с
понижением нагрузки (в большей или меньшей степени в зависимости от схемы ГТУ).
Поэтому в ГТУ открытого типа осуществляется регулирование первого
(качественное) или второго рода (смешанное, или качественно-количественное).
Изменение экономичности ГТУ при частичных нагрузках, очевидно, зависит от
того, насколько способ регулирования приближается к количественному. При первом
способе регулирования происходит резкое изменение Не при маломеняющемся расходе
G и в этом случае следует ожидать значительного снижения КПД ГТУ при частичных
нагрузках (для одновальных ГТУ с генераторной нагрузкой). Если регулирование мощности
достигается при существенном уменьшении расхода, то величина Не меняется в
меньшей степени, благодаря чему экономичность ГТУ на частичных нагрузках будет
более высокой, чем в первом случае (для двухвальных ГТУ с выделенным
компрессором).
Из сказанного следует предположение: чем значительнее меняется расход
газа при регулировании мощности ГТУ тем более устойчивым должен быть КПД
установки.
- воздухоочистительное устройство; 2 - турбодетандер; 3 - зубчатая
передача; 4 - осевой компрессор; 5 - камера сгорания; 6 - турбина высокого
давления; 7 - турбина низкого давления; 8 - котел утилизатор; 9 - потребитель;
10 - химическая водоочистка; ПН - питательный насос; ТП - тепловой потребитель;
РПВ - регенеративный подогрев воды.
газовый турбина мощность регулирование
2.
Исходные данные для двухвальной ГТУ
контактного типа и турбины на номинальном режиме
Эффективная мощность Ne =
25 МВт.
Начальная температура газа Т1* = 1383 К.
Температура воздуха перед компрессором Т3 = 288 К.
Степень повышения давления в компрессоре π = 13,2.
Степень расширения газа в турбине πт = 12,54.
Коэффициент избытка воздуха в КС α = 1,58.
К.п.д. компрессора на расчётном режиме ηКО = 0,86.
К.п.д. турбины на номинальном режиме ηТО = 0,87.
Номинальный режим характеризуется следующими величинами:
Коэффициенты сопротивления:
общий ν = 1,06;
между компрессором и турбиной ν1 = 1,02;
на выходе из турбины ν2 = 1,04.
Соответственно относительные потери давления:
ζ = ν - 1 = 1,06 - 1 = 0,06;
ζ1 = ν1 - 1 = 1,02 - 1 = 0,02;
ζ2 = ν2 - 1 = 1,04 - 1 = 0,04.
Теплоёмкость воздуха (средняя для процесса сжатия):
срв = 1,023 кДж/кг;
kВ =
1,388; mВ = 0,280.
Теплоёмкость газа (средняя для процесса расширения):
= 1,258
кДж/кг;
kГ = 1,300; mГ =
0,231.
Механические
к.п.д. турбины и компрессора: ηМТ = ηМК = 0,98.
К.п.д.
КС: ηКС = 0,99; = 0,09; = 1,09.
Удельная
работа компрессора:
НК
= 375,81 кДж/кг
Удельная
работа турбины:
НТ
= 675,5 кДж/кг
Удельная
эффективная работа ГТУ:
= 442,0
кДж/кг.
Температура воздуха за компрессором:
= 642,8
К.
Подведенное
тепло:
Расчёт
режимных характеристик двухвальной ГТУ
2.1 Методика расчёта переменных режимов
Уточнённый расход газа через турбину:
= 25000/442,0·0,97 =54,86 кг/с.
Эффективный
к.п.д. ГТУ:
ηe =НeОХЛ/
q1=442,0/1042,4=0,424= 42,4%
Наличие
баланса мощностей турбокомпрессорного вала (ТВД) приводит к тому, что
характеристика турбокомпрессора (режимная линия) является однопараметрической и
изображается на диаграмме компрессора одной кривой (рис. 1).
Отношение
давлений ТВД πТ1 определяются по значениям πТ формулой:
где
Температурный
коэффициент для ТВД находится из баланса мощности турбокомпрессорного
вала:
где
Т1* для ТВД и турбины в целом одна и та же.
Для
ТНД соответственно будет где температура перед ТНД
К.п.д.
турбин высокого и низкого давления определяются по значениям
и
Относительный
приведенный расход находится по характеристике компрессора или из выражения:
Теоретическая
приведенная безразмерная мощность определяется выражением:
и
полезная
Рис.
1. Универсальная характеристика осевого компрессора ГТН-25
Удельный
относительный расход тепла определяется из выражения:
Тогда
к.п.д. ГТУ и , где n2 -
частота вращения вала ТНД; -
принимается.
2.2 Результаты расчётов
Весь расчёт сведён в таблицу 1, из которой ясна принятая
последовательность расчётов. По полученным значениям параметров на построены
режимные характеристики двухвальной ГТУ (рис. 2 - 4):
.
Таблица
1
Расчёт
режимных характеристик двухвальной ГТУ
Параметр
|
Расчётная формула
|
|
|
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13,2
|
- из расч. ГТ0,9730,9670,9600,9540,9470,940
|
|
|
|
|
|
|
|
по характеристике ОК0,820,830,850,870,870,86
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9050,9310,9500,9680,9761,000
|
|
|
|
|
|
|
|
0,860,8660,8680,8690,86950,87
|
|
|
|
|
|
|
|
По характеристике ОК3,84,04,24,44,64,80
|
|
|
|
|
|
|
|
- из расч. ГТ0,7910,8330,8750,9160,9581,000
|
|
|
|
|
|
|
|
7,7858,7009,60410,48911,36712,408
|
|
|
|
|
|
|
|
3,0693,1133,1463,1723,1913,210
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8280,8600,8920,9140,9561,014
|
|
|
|
|
|
|
|
876,0919,5963,51007,81052,31097,2
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7980,8380,8780,9180,9591,000
|
|
|
|
|
|
|
|
2,5362,7943,0523,3073,5623,866
|
|
|
|
|
|
|
|
(или
по характеристике ОК)0,6700,74500,81250,88000,93751,000
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4040,5050,6140,7290,8501,000
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8940,9150,9370,9580,9791,000
|
|
|
|
|
|
|
|
0,860,8640,8670,86850,86960,87
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9890,99290,99600,99830,99961,000
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3990,5020,6120,7280,8501,000
|
|
|
|
|
|
|
|
при 0,7910,8330,8750,9160,9581,000
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5010,5910,6860,7890,8901,000
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7970,8490,8920,9220,9551,000
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7360,79460,84890,89950,94721,000
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6060,6820,7580,8330,9091,000
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Режимные характеристики двухвальной ГТУ
Рис. 3. Режимные характеристики двухвальной ГТУ
Рис. 4. Универсальная характеристика двухвальной ГТУ
Заключение
Сопоставляя результаты расчёта двухвальной ГТУ по таблице 1 и рисункам 2
- 4, можно отметить следующее:
Для двухвальной ГТУ контактного типа диапазон режимов работы ограничен,
уверенно можно работать свыше πк =8, при уменьшении значения
необходимо принять конструктивные меры. Зависимости τ = f(Nе) и η = f(Nе) для двухвальной
ГТУ более пологие, что свидетельствует о большей пригодности двухвальных ГТУ
для работы на переменных режима.
1. Костюк
А.Г., Шерстюк А.Н. Газотурбинные установки: учеб. пособие для вузов.- М.:
Высшая школа, 1979.- 254 с.
2. Кузьмичёв
Р.В. Расчёт и проектирование газотурбинных установок газоперекачивающих
станций: учеб. пособие.- Брянск: БИТМ, 1988.-88с.
. Кузьмичёв
Р.В. Расчёт тепловых схем и переменных режимов работы газотурбинных установок:
учеб. пособие.- Брянск: БГТУ, 1997.-80 с.
. Газотурбинные
установки. Конструкции и расчет: Справочное пособие/ Под общ. ред. Л. В.
Арсеньева и В. Г. Тырышкина. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978. -232
с., ил.