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

.1МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМОВ

.2РЕЗУЛЬТАТЫ 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 ?. 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 (? и ?т) и температура Т1 непрерывно меняются. Удельная эффективная работа Не и КПД ?e 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 ? = 13,2.

Степень расширения газа в турбине ?т = 12,54.

Коэффициент избытка воздуха в КС ? = 1,58.

К.п.д. компрессора на расчётном режиме ?КО = 0,86.

К.п.д. турбины на номинальном режиме ?ТО = 0,87.

Номинальный режим характеризуется следующими величинами:

Коэффициенты сопротивления:

общий ? = 1,06;

между компрессором и турбиной ?1 = 1,02;

на выходе из турбины ?2 = 1,04.

Соответственно относительные потери давления:

? = ? - 1 = 1,06 - 1 = 0,06;

?1 = ?1 - 1 = 1,02 - 1 = 0,02;

?2 = ?2 - 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: ?МТ = ?МК = 0,98.

К.п.д. КС: ?КС = 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:

?e =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 ?Т1 определяются по значениям ?Т 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.

2.2Результаты 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

ПараметрРасчётная формула8910111213,2 - из расч. ГТ0,9730,9670,9600,9540,9470,940по характеристике ОК0,820,830,850,870,870,860,9050,9310,9500,9680,9761,0000,860,8660,8680,8690,86950,87По характеристике ОК3,84,04,24,44,64,80 - из расч. ГТ0,7910,8330,8750,9160,9581,0007,7858,7009,60410,48911,36712,4083,0693,1133,1463,1723,1913,2100,8280,8600,8920,9140,9561,014876,0919,5963,51007,81052,31097,20,7980,8380,8780,9180,9591,0002,5362,7943,0523,3073,5623,866 (или по характеристике ОК)0,6700,74500,81250,88000,93751,0000,4040,5050,6140,7290,8501,0000,8940,9150,9370,9580,9791,0000,860,8640,8670,86850,86960,870,9890,99290,99600,99830,99961,0000,3990,5020,6120,7280,8501,000 при 0,7910,8330,8750,9160,9581,0000,5010,5910,6860,7890,8901,0000,7970,8490,8920,9220,9551,0000,7360,79460,84890,89950,94721,0000,6060,6820,7580,8330,9091,000

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 ?к =8, при уменьшении значения необходимо принять конструктивные меры. Зависимости ? = f(Nе) и ? = f(Nе) для двухвальной ГТУ более пологие, что свидетельствует о большей пригодности двухвальных ГТУ для работы на переменных режима.

Список используемой литературы

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.