Расчет и оптимизация параметров цикла газотурбинной установки

Расчет и оптимизация параметров цикла газотурбинной установки

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина"

Теплоэнергетический факультет

Кафедра паровых и газовых турбин

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Проектирование и эксплуатация ГТУ"

Расчет и оптимизация параметров цикла ГТУ

Кремлев Алексей Сергеевич

Иваново 2013 -

Содержание

. Исходные данные

. Задание к курсовой работе

. Расчет цикла простой ГТУ

. Расчет цикла ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов

. Расчет цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением

Вывод

. Исходные данные

Табл. 1. Исходные данные для выполнения курсовой работы

. Задание к курсовой работе

1) Рассчитать цикл простой ГТУ при оптимальной степени повышения давления в компрессоре (когда КПД цикла максимален);

) Рассчитать цикл ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов при оптимальной степени повышения давления в компрессоре (когда КПД цикла максимален);

) Рассчитать цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением при оптимальной степени повышения давления в компрессоре (когда КПД цикла максимален).

. Простой цикл ГТУ

Сначала определим оптимальную степень повышения давления в компрессоре  (когда КПД цикла максимален). Для этого зададимся давлением за осевым компрессором  и построим график зависимости КПД ГТУ  от степени повышения давления в компрессоре  (. Затем, определив максимальный КПД цикла, определим параметры во всех характерных точках цикла.

Табл.2 Расчёт данных для построения зависимости

 - степень повышения температуры в цикле

Рис.1 Зависимость КПД ГТУ от степени повышения давления в компрессоре

Из рис.1 видно, что достигается при

Найдём параметры в характерных точках цикла, изобразим схему и цикл в Ts- и pv-диаграммах. Допустим, что рабочим телом на протяжение всего цикла является воздух как для ОК, так и для ГТ, на оптимизацию цикла это никак не повлияет, а для всех расчётов будем брать постоянные воздуха.

Расчёт температур в характерных точках.

По температурам находим остальные параметры в характерных точках.

Точка 1:

 - теплосодержание

- стандартная энтропия

Точка 2.

 - теплосодержание

- стандартная энтропия

Точка 3

 - теплосодержание

- стандартная энтропия

Точка 4

 - теплосодержание

- стандартная энтропия

Действительная работа ОК, ГТ и ГТУ.

Рис.2 Схема простой ГТУ

Рис. 3. Простой цикл ГТУ в Ts - диаграмме

Рис. 4. Простой цикл ГТУ в pv - диаграмме

. Расчет цикла ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов

Сначала определим оптимальную степень повышения давления в компрессоре  (когда КПД цикла максимален). Для этого зададимся давлением за осевым компрессором  и построим график зависимости КПД ГТУ  с регенерацией теплоты уходящих газов от степени повышения давления в компрессоре  (, затем, определив максимальный КПД цикла определим параметры во всех характерных точках цикла.

Табл. 3. Расчет данных для построения зависимости

 степень повышения температуры в цикле

Из рис.5 видно, что достигается при

Рис. 5. Зависимость КПД цикла ГТУ с регенерацией тепла уходящих газов от степени повышения давления в компрессоре

Найдём параметры в характерных точках цикла, изобразим схему и цикл в Ts- и pv-диаграммах. Допустим, что рабочим телом на протяжение всего цикла является воздух как для ОК, так и для ГТ, на оптимизацию цикла это никак не повлияет, а для всех расчётов будем брать постоянные воздуха.

Расчёт температур в характерных точках:

По температурам находим остальные параметры в характерных точках.

Точка 1:

 - теплосодержание

- стандартная энтропия

Точка 2.

 - теплосодержание

- стандартная энтропия

Точка 3

 - теплосодержание

- стандартная энтропия

Точка 4

 - теплосодержание

- стандартная энтропия

- предельная регенерация теплоты уходящих газов;

- количество регенерированной теплоты уходящих газов в реальном цикле;

Точка 6:

 -теплосодержание

- стандартная энтропия

Точка 5:

 -теплосодержание

- стандартная энтропия

Действительная работа ОК, ГТ и ГТУ.

Рис.6 Схема цикла ГТУ с регенерацией тепла уходящих газов

Рис. 7. Цикл ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов в Ts - диаграмме

Рис. 8. Цикл ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов в pv- диаграмме

. Расчет цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением

Сначала определим оптимальную степень повышения давления в компрессоре  (когда КПД цикла максимален). Для этого зададимся давлением за осевым компрессором  до значения оптимального давления взятого из простого цикла, построим график зависимости КПД ГТУ  с регенерацией теплоты уходящих газов от степени повышения давления в компрессоре  (). Затем, определив максимальный КПД цикла, определим параметры во всех характерных точках цикла.

Решение:

1) Задаемся давлением в КНД  в интервале от  до c шагом в 1 бар

) Определяем степень повышения давления в КНД

) Определяем степень повышения температуры в КНД

) Определим температуру на выходе из КНД

) Определим работу КНД

) Определим степень повышения температуры в ТНД

)Определим температуру на выходе из ТНД

где

) Определим работу ТНД

) Определим давление на выходе из ТНД

) Определим давление на входе в КВД

) Определим степень повышения давления в КВД по формуле

 - оптимальная степень повышения давления, взятая из простого цикла

) Определим степень повышения температуры в КВД

) Определим давление за КВД

) Определим температуру на входе в КВД

) Определим температуру на выходе из КВД

) Определим работу КВД

) Определим степень повышения температуры в ТВД

)Определим температуру на выходе из ТВД

) Определим давление на входе в ТВД

) Определим работу ТВД

) Определим количество теплоты подведенной в цикл

) Определим полезную работу, полученную в цикле

) Определим КПД ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением.

Табл. 4. Сводная таблица расчета для построения зависимости

Рис. 9. Зависимость КПД цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением от степени повышения температуры в КНД

 - степень повышения температуры в цикле

Из рис.9 видно, что при; :

Найдем параметры в характерных точках цикла и изобразим схему и цикл в pv- и Ts- диаграмме. Допустим, что на протяжении всего цикла рабочим телом является воздух как для ОК, так и для ГТ, на оптимизацию цикла это никак не повлияет, а для всех расчетов будем брать постоянные воздуха.

Находим остальные параметры по температуре:

 - теплосодержание,

- стандартная энтропия,

, где R_В = 0,28715 кДж/кгК газовая постоянная воздуха.

 - теплосодержание;

- стандартная энтропия,

.

 - теплосодержание;

- стандартная энтропия,

.

 - теплосодержание;

- стандартная энтропия,

.

 - теплосодержание;

- стандартная энтропия,

.

 - теплосодержание;

- стандартная энтропия,

.

 - теплосодержание;

- стандартная энтропия,

.

 - теплосодержание;

- стандартная энтропия,

.

Рис.10 Схема цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением

Рис. 11. Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением в Ts - диаграмме

Рис. 12. Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением в pv- диаграмме

Вывод

В результате расчетов мы оптимизировали циклы ГТУ по максимальному КПД цикла и рассчитали основные параметры в характерных точках: газотурбинный давление компрессор теплота

) простой цикл:;

) цикл с регенерацией:

) цикл с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением:

.