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

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.