Расчет температуры воздуха за компрессором

Расчет тепловой схемы энергетической газотурбинной установки электростанции , страница 2

Удельная работа сжатия воздуха в компрессоре:

=268·1,003·(13,195 0,287/1,009 -1) = 291,175кДж/кг,

где газовая постоянная воздуха R_В = 0,287 кДж(кг· К).

Температура воздуха за компрессором:

, Т_КК = 608,326 К

8.Давление воздуха за компрессором:

9. В тепловой схеме ГТУ предусмотрено охлаждение большинства горячих деталей газовой турбины воздухом, отбираемым из проточной части ком- прессора (см. рис.1.1) Охлаждаются как сопловые, так и рабочие лопатки проточной части ГТ элементы ротора и статора. Для этой цели выполняются теплогидравлические расчеты всех элементов системы охлаждения, в результате чего определяют:

— необходимые количества охлаждающего воздуха;

— требуемые давления воздуха, отбираемого для охлаждения из проточ- ной части компрессора и направляемого в соответствующие элементы ГТ.

В данном примере, на основании заводских данных расчета тепловой схемы ГТ-115-1170, принимается, что отборы воздуха на охлаждение осу- ществляются после 10-й, 12-й и последней 15-й ступени компрессора. Пользуясь этими данными, рассчитываем параметры воздуха в точках от- бора его из компрессора.

Методом последовательных приближений, по аналогии с расчетом всего компрессора, определяем температуру за 10-й ступенью ОК и удель- ную работу сжатия воздуха:

Принимаем в первом приближении: Т₁₀ = 478,17 К,

Среднеарифметическая величина теплоемкости в интервале температур

Удельная работа сжатия воздуха:

= 179,819 кДж/кг.

Температура воздуха за 10-й ступенью компрессора:

,Т₁₀ = 478,173 К

Методом последовательных приближений, по аналогии с расчетом всего компрессора, определяем температуру за 12-й ступенью ОК и удельную работу сжатия воздуха:

Принимаем в первом приближении: Т₁₂ = 524,54 К, с_рh12 = 1,016 кДж/(кг· К).

Среднеарифметическая величина теплоемкости в интервале температур

Удельная работа сжатия воздуха:

= 219,488 кДж/кг.

Температура воздуха за 12-й ступенью компрессора:

,Т₁₂ =524,538 К

G_охл15 = 45,73 кг/с — заводские данные.

Ранее были определены величины: π_к= 13,195, Н_К=291,175кДж/кг,

Продолжим определение параметров рабочего тела в осевом ком- прессоре ГТУ.

10. Расход воздуха за компрессором, поступающий в камеру сгорания (КС) ГТУ:

Величину утечек воздуха из уплотнений ротора и другие принимаем из ин- тервала 0,3…0,5 % от G_к:

— долю воздуха, поступающую в камеру сгорания ГТУ:

— долю охлаждающего воздуха:

11. Внутренняя мощность, потребляемая компрессором ГТУ:

Термодинамические свойства воздуха и продуктов сгорания можно определить, пользуясь таблицами приложения 8[3]. В них используются величины показателя состава газов β‚ и молекулярная масса μ . Для воздуха эти величины равны соответственно β_В = 1,0 и μ = 28,97. По температуре воздуха за компрессором определяем энтальпию этого воздуха:

АлтГТУ 419
АлтГУ 113
АмПГУ 296
АГТУ 267
БИТТУ 794
БГТУ «Военмех» 1191
БГМУ 172
БГТУ 603
БГУ 155
БГУИР 391
БелГУТ 4908
БГЭУ 963
БНТУ 1070
БТЭУ ПК 689
БрГУ 179
ВНТУ 120
ВГУЭС 426
ВлГУ 645
ВМедА 611
ВолгГТУ 235
ВНУ им. Даля 166
ВЗФЭИ 245
ВятГСХА 101
ВятГГУ 139
ВятГУ 559
ГГДСК 171
ГомГМК 501
ГГМУ 1966
ГГТУ им. Сухого 4467
ГГУ им. Скорины 1590
ГМА им. Макарова 299
ДГПУ 159
ДальГАУ 279
ДВГГУ 134
ДВГМУ 408
ДВГТУ 936
ДВГУПС 305
ДВФУ 949
ДонГТУ 498
ДИТМ МНТУ 109
ИвГМА 488
ИГХТУ 131
ИжГТУ 145
КемГППК 171
КемГУ 508
КГМТУ 270
КировАТ 147
КГКСЭП 407
КГТА им. Дегтярева 174
КнАГТУ 2910
КрасГАУ 345
КрасГМУ 629
КГПУ им. Астафьева 133
КГТУ (СФУ) 567
КГТЭИ (СФУ) 112
КПК №2 177
КубГТУ 138
КубГУ 109
КузГПА 182
КузГТУ 789
МГТУ им. Носова 369
МГЭУ им. Сахарова 232
МГЭК 249
МГПУ 165
МАИ 144
МАДИ 151
МГИУ 1179
МГОУ 121
МГСУ 331
МГУ 273
МГУКИ 101
МГУПИ 225
МГУПС (МИИТ) 637
МГУТУ 122
МТУСИ 179
ХАИ 656
ТПУ 455
НИУ МЭИ 640
НМСУ «Горный» 1701
ХПИ 1534
НТУУ «КПИ» 213
НУК им. Макарова 543
НВ 1001
НГАВТ 362
НГАУ 411
НГАСУ 817
НГМУ 665
НГПУ 214
НГТУ 4610
НГУ 1993
НГУЭУ 499
НИИ 201
ОмГТУ 302
ОмГУПС 230
СПбПК №4 115
ПГУПС 2489
ПГПУ им. Короленко 296
ПНТУ им. Кондратюка 120
РАНХиГС 190
РОАТ МИИТ 608
РТА 245
РГГМУ 117
РГПУ им. Герцена 123
РГППУ 142
РГСУ 162
«МАТИ» — РГТУ 121
РГУНиГ 260
РЭУ им. Плеханова 123
РГАТУ им. Соловьёва 219
РязГМУ 125
РГРТУ 666
СамГТУ 131
СПбГАСУ 315
ИНЖЭКОН 328
СПбГИПСР 136
СПбГЛТУ им. Кирова 227
СПбГМТУ 143
СПбГПМУ 146
СПбГПУ 1599
СПбГТИ (ТУ) 293
СПбГТУРП 236
СПбГУ 578
ГУАП 524
СПбГУНиПТ 291
СПбГУПТД 438
СПбГУСЭ 226
СПбГУТ 194
СПГУТД 151
СПбГУЭФ 145
СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
ПИМаш 247
НИУ ИТМО 531
СГТУ им. Гагарина 114
СахГУ 278
СЗТУ 484
СибАГС 249
СибГАУ 462
СибГИУ 1654
СибГТУ 946
СГУПС 1473
СибГУТИ 2083
СибУПК 377
СФУ 2424
СНАУ 567
СумГУ 768
ТРТУ 149
ТОГУ 551
ТГЭУ 325
ТГУ (Томск) 276
ТГПУ 181
ТулГУ 553
УкрГАЖТ 234
УлГТУ 536
УИПКПРО 123
УрГПУ 195
УГТУ-УПИ 758
УГНТУ 570
УГТУ 134
ХГАЭП 138
ХГАФК 110
ХНАГХ 407
ХНУВД 512
ХНУ им. Каразина 305
ХНУРЭ 325
ХНЭУ 495
ЦПУ 157
ЧитГУ 220
ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Температура воздуха за компрессором «Тк»

где «n_к» – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре принимают:

для поршневых нагнетателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,4. 1,6

для объемных нагнетателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,55. 1,75

для осевых и центробежных нагнетателей . . . . . . . . . 1,4. 2,0

Для газотурбинного наддува в автотракторных дизелях принимают последнее ближе к нижнему пределу.

3.5 Процессы впуска и выпуска (газообмена)

3.5.1 Давление в конце впуска «Р_а»

более высокие значения у дизельных двигателей:

для двигателей с наддувом

3.5.2 Температура подогрева свежего заряда при номинальном режиме работы двигателя

Для карбюраторных двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-5. . .20 0

Для дизелей без наддува . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10. . .40 0

Для дизелей с наддувом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(0) . . .(+10)

3.5.3 Давление остаточных газов Р_r

Р_r = (1,05…1,25) Р₀ – двигатели без наддува

Р_r = (0,75…0,98) Р_к – двигатели с наддувом и газовой турбиной на выпуске.

Большие значения «Р_r» принимаются для двигателей с высокой частотой вращения.

3.5.4 Температура остаточных газов Т_r ; К

Карбюраторные двигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 900…1100

Газовые двигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .750…1000

Следует иметь ввиду, что при увеличении степени сжатия и обогащения рабочей смеси температура остаточных газов снижается, а при увеличении частоты вращения – возрастает.

3.5.5 Коэффициент остаточных газов ««

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра

и без учета продувки и дозарядки

Для бензиновых и газовых двигателей без наддува . . . . . 0,04. 0,10

Для дизелей без наддува . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,02. 0,05.

При наддуве коэффициент остаточных газов несколько снижается.

Примечание: Здесь и ниже для двигателей без надува в формуле подставляются вместо Р_к и Т_к значения соответственно Р₀ и Т₀ .

3.5.6 Температура в конце впуска «Т_а«.

Для современных четырехтактных двигателей температура в конце впуска составляет:

Карбюраторные двигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .320. 370 К

Дизели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310. 350 К

Двигатели с наддувом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320. 400 К.

3.5.7 Коэффициент наполнения «» с учетом продувки и дозарядки

и без учета =1

Значения коэффициента, наполнения при работе двигателей с полной нагрузкой изменяются в пределах

карбюраторные двигатели . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,70…0,90

дизели без наддува . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,80…0,94

дизели с наддувом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,80…0,97

3.6.1 Показатель политропы сжатия «» принимается по прототипу или по номограмме (4, рис.25) откуда определяется показатель адиабаты К₁ в зависимости от «» и «Т_а» и тогда значение «» составит

для карбюраторных двигателей n₁= К₁-(0,00. 0,04);

для дизелей n₁= К₁0,2

При определении n₁ необходимо учитывать, что большие значения относятся к высокооборотным двигателям.

3.6.2 Давление в конце сжатия, Мпа.

3.6.3 Температура в конце сжатия, К.

В таблице 4 приведены параметры конца сжатия.

Таблица 4. Значения «n₁» ; «Р_с» и «Т_с» для различных двигателей

Источник

уточненный расчет тепловой схемы на номинальный режим

3.1. Порядок проведения уточненного расчета

После расчета или подбора модельного компрессора и выбора на его характеристике расчетной точки уточняется . Определяется
, затем

Для принимается истинное значение для средней температуры процесса по прил. 1.

Определяется . При больших расчет следует повторить по уточненному значению . Если в безрегенеративной ГТУ выбрана большая величина и не удается подобрать модельный компрессор, а схема не задана, то следует предпочесть двухкомпрессорную схему (рис. 1.1,в). В этой схеме вся работа сжатия должна быть распределена между КНД и КВД. При этом необходимо выдерживать баланс мощностей, т.е.

При высокой заданной относительной влажности воздуха, которая увеличивает удельную работу сжатия, полученную величину следует умножить на коэффициент, приведенный в табл. 3.1 [4].

Поправочные коэффициенты к удельной работе
сжатия компрессора на влажность воздуха

, °С	Относительная влажность воздуха, %
1,0027	1,0031	1,0038	1,0044
1,0055	1,0065	1,0075	1,0085
1,0099	1,0116	1,0133	1,0154
1,0174	1,0210	1,0222	1,0263

Для уточнения работы расширения в турбине необходимо определить гидравлические потери в камере сгорания, регенераторе и отдельных элементах тракта. Если расчет проводится до выполнения проекта этих элементов, то потери принимаются по данным аналогов.

Оценив из предварительного расчета температуру воздуха за регенератором (для безрегенераторных ГТУ – за компрессором ), для заданной начальной температуры уточняют по данным рис.2.2.

Для топлив низкокалорийных и с большим содержанием посторонних примесей следует использовать имеющиеся для них данные или провести расчет состава продуктов сгорания по [3].

Работа расширения определяется аналогично работе сжатия также по формулам для идеального газа методом последовательных приближений.

Расчетное . Определяем затем

Для с_рт принимается также истинное значение с учетом коэффициента избытка воздуха по прил. 1. КПД турбины, если еще не выполнено ее подробное проектирование и не определены потери в проточной части, желательно принять по данным прототипа приблизительно с такой же нагрузкой ступеней и удельной быстроходностью. Определяется , уточняются k, , , снова и .

Для высокотемпературной ГТУ до ее детального проектирования наибольшую неопределенность в расчет тепловой схемы вносят потери, связанные с охлаждением. Они зависят от заданной начальной температуры газа, принятого типа системы охлаждения (конвективная, пленочная), температурного уровня охлаждения деталей, выбранных мест отбора воздуха для охлаждения, мест выпуска воздуха в проточную часть турбины и конструкции этих мест, температуры охлаждающего воздуха и т.д.

По данным [2], в наиболее распространенной открытой системе охлаждения отбор 1% воздуха на охлаждение уменьшает полезную работу на 1,5 – 2% и повышает удельный расход топлива на 0,3 – 0,6%.

В схемах приводных ГТУ со свободной силовой турбиной весь перепад энтальпий на турбину должен быть распределен соответственно между двумя или тремя турбинами.

Для каждой турбины должны быть определены , , , и (поправка на расход). На силовой турбине срабатывается только полезный теплоперепад.

При уточненном расчете схемы необходимо также определить давления перед и за турбомашинами и регенератором. Обычно гидравлические потери во всасывающем тракте перед компрессором укладываются в 1 %. Тогда давление воздуха за компрессором

= 0,99 . Давление продуктов сгорания перед турбиной учитывает гидравлические потери в тракте высокого давления (камере сгорания, воздухопроводах и регенераторе), т.е. . Давление продуктов сгорания за турбиной Полное давление должно быть выше атмосферного давления на величину потерь в выходном тракте.

После этого можно переходить к расчету турбомашин. Для проектирования турбин нужно по действительным теплоперепадам определить адиабатные.

3.2. Примеры выполнения уточненного расчета тепловой схемы и определения выходных параметров ГТУ

3.2.1. Уточненный расчет тепловой схемы двухвальной ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов

Выбираем для ГТУ, расчет которой дан в п. 2.3.1, в соответствии с рис.2.3 номинальное значение = 7. КПД турбомашин принимаем в соответствии с заданием. Уточнение теплофизических характеристик рабочих тел турбомашин: воздуха для компрессора и продуктов сгорания для турбин – производим по средней температуре в начале и конце процесса.

Расчет ведем в следующей последовательности:

1. Удельная работа сжатия воздуха в компрессоре:

, кДж/кг

где с_рк = 1,01 кДж/(кг·К), = 290 К, =0,87, = 1,40;

· кДж/кг.

2. Температура воздуха за компрессором:

К.

3. Средняя температура процесса сжатия воздуха в компрессоре:

К или = 141,4 °С.

4. Уточняем теплофизические свойства воздуха по средней температуре процесса сжатия (прил. 1,2) (уточненным величинам присваиваем индекс ` ):

кДж/кг; ; .

5. Уточненное значение удельной работы сжатия компрессора:

кДж/кг.

6. Уточненное значение температуры воздуха за компрессором:

К.

7. Уточненное значение средней температуры процесса сжатия воздуха в компрессоре:

К.

Ввиду малости изменения значения средней температуры процесса сжатия воздуха в компрессоре, дальнейшего уточнения теплофизических параметров воздуха не требуется.

8. Определяем коэффициент избытка воздуха продуктов сгорания по формуле или рис.2.2 :

9. Степень расширения продуктов сгорания в турбинах ГТУ:

10. Удельная работа расширения турбины компрессора:

кДж/кг, кДж/кг.

11. Температура продуктов сгорания за турбиной компрессора:

где кДж/кг;

К.

12. Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в турбине компрессора:

К или ºС

13. Уточняем теплофизические свойства продуктов сгорания при средней температуре процесса расширения и коэффициенте избытка воздуха

кДж/кг; ; .

14. Уточняем температуру продуктов сгорания за турбиной компрессора и среднюю температуру процесса расширения в турбине компрессора:

К;

Поскольку изменение средней температуры продуктов сгорания составляет 2,9 К, то дальнейшего уточнения значений теплоемкости и показателя адиабаты не требуется.

15. Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора:

16. Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине:

17. Определяем теплофизические свойства продуктов сгорания при начальной температуре продуктов сгорания в силовой турбине (изменением величины а вследствие подмешивания в проточную часть охлаждающего воздуха пренебрегаем):

кДж/кг; ; .

18. Определяем работу расширения силовой турбины:

кДж/кг

кДж/кг.

19. Вычисляем температуру продуктов сгорания за силовой турбиной:

, К

К.

20. Определяем среднюю температуру процесса расширения продуктов сгорания в силовой турбине:

или =590,3 °С.

21. Определяем теплофизические свойства продуктов сгорания при средней температуре процесса расширения в силовой турбине:

кДж/кг; ; .

22. Уточняем значение работы расширения силовой турбины:

23. Уточняем значение температуры продуктов сгорания за силовой турбиной:

К.

24. Уточняем значение средней температуры процесса расширения продуктов сгорания в силовой турбине:

К.

Дальнейшего уточнения теплофизических параметров расширении продуктов сгорания в силовой турбине не требуется.

25. Удельная полезная работу ГТУ:

кДж/кг.

26. Определяем нагрев воздуха в регенераторе:

К.

27. Температура воздуха на выходе из регенератора (на входе в камеру сгорания):

К.

28. Уточняем теплофизические свойства воздуха (прил.З) при температуре

кДж/кг.

29. Количество теплоты воздуха, поступающего в камеру сгорания:

кДж/кг.

30. Теплофизические свойства продуктов сгорания при процессе подвода теплоты в камере сгорания:

кДж/кг.

31. Количество теплоты, подведенное в камере сгорания:

кДж/кг

32. Эффективный КПД газотурбинной установки:

33. Расход воздуха в цикле, обеспечивающий номинальную мощность:

кг/с.

34. Расходы рабочего тела для турбин ГТУ:

кг/с,

кг/с.

По полученным расходам рабочего тела на турбины и компрессор и адиабатным теплоперепадам осуществляют проектирование или моделирование компрессора и расчет проточной части турбин.

3.2.2. Пример уточненного теплового расчета трехвальной схемы на номинальный режим

Выбираем для ГТУ, расчет которой дан в п. 2.3.2, в соответствии с рис.2.4 номинальное значение =17 (далее ). КПД турбомашин принимаем в соответствии с заданием. Алгоритм уточненного расчета аналогичен приведенному выше. Поэтому ниже не приводится полное изложение примера расчета, а дана последовательность шагов. Расчет ведем в следующей последовательности:

; ;

; ; ;

; ;

; ; ;

После получения значения температур уточняются теплофизические характеристики рабочих тел турбин и компрессоров по средним температурам процессов и расчет повторяют.

1. Манушин Э.А., Михальцев В.Е., Чернобровкин А.П. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. – М: Машиностроение, 1971. – 447 с.

2. Стационарные газотурбинные установки: Справочное пособие/Под ред. Л.В. Арсеньева и В.Г. Тырышкина. – Л.: Машиностроение, 1989. – 543 с.

3. Костюк А.Г., Шерстюк А.Н. Газотурбинные установки. – М.: Высшая школа, 1979. 254 с.

4. Шнеэ Я.И., Капинос В.М., Котляр И.В. Газовые турбины. 4.1. – Киев: Высшая школа, 1976. – 296 с.

5. Ревзин Б.С., Тарасов А.В., Марковский В.М. Тепловой расчет схем приводных газотурбинных установок на номинальный и переменный режимы работы. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2001. – 61 с.

Истинная удельная теплоемкость продуктов сгорании природного газа

Истинный Показатель адиабаты продуктов сгорании природного газа

Источник