Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Расчет и оптимизация параметров цикла газотурбинной установки

Расчет и оптимизация параметров цикла газотурбинной установки

Вычисление цикла простой газотурбинной установки при оптимальной степени повышения давления в компрессоре. Определение параметров системы с регенерацией теплоты уходящих газов. Описание цикла с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 12.11.2013
Размер файла 1,8 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

1. Исходные данные

2. Задание к курсовой работе

3. Расчет цикла простой ГТУ

4. Расчет цикла ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов

5. Расчет цикла ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением

Вывод

1. Исходные данные

Табл. 1. Исходные данные для выполнения курсовой работы

№

Наименование параметра

Обозначение

Размерность

Величина

1

Давление воздуха окружающей среды

бар

1

2

Температура воздуха окружающей среды

°C

12

3

Температура газа перед турбиной

°C

843

4

КПД камеры сгорания

-

0,98

5

Коэффициент, учитывающий потери давления в воздушном тракте между компрессором и КС

-

0,982

6

Коэффициент, учитывающий потери давления в системе всасывания и подготовки воздуха перед компрессором

-

0,973

7

Внутренний относительный КПД компрессора

-

0,87

8

Внутренний относительный КПД турбины

-

0,88

9

Степень регенерации

-

0,71

2. Задание к курсовой работе

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

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

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

3. 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

Величина

Давление в-ха за компрессором

Степень повышения давления в

осевом компрессоре

Степень повышения температуры в

осевом компрессоре

КПД цикла ГТУ

Размерность

бар

-

-

-

Способ

определения

, задаёмся

1

1

1

1

0

2

2

2

1.2190137

0.116134

3

3

3

1.3687381

0.168852

4

4

4

1.4859943

0.1994069

5

5

5

1.5838196

0.2190201

6

6

6

1.6685104

0.2322323

7

7

7

1.743639

0.2412901

8

8

8

1.8114473

0.2474525

9

9

9

1.873444

0.2514879

10

10

10

1.9306977

0.2538959

11

11

11

1.9839959

0.2550167

12

12

12

2.033937

0.2550909

13

13

13

2.0809878

0.254294

14

14

14

2.1255198

0.2527568

15

15

15

2.1678343

0.250579

16

16

16

2.208179

0.2478378

17

17

17

2.2467608

0.2445937

18

18

18

2.2837538

0.2408945

19

19

19

2.3193066

0.2367786

20

20

20

2.3535469

0.2322767

- 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

4. 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

Величина

Давление воздуха за компрессором

Степень повышения давления

Степень повышения температуры в ОК

Работа газовой турбины

Работа осевого компрессора

Работа ГТУ

Количество подведенной теплоты в цикле

КПД цикла ГТУ

Разм-ть

бар

-

-

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

-

Способ определения

, задаемся

1

1

1

1

0

0

0

278.52708

0

2

2

2

1.21901

203.9559

72.03313

131.92276

399.27599

0.3304

3

3

3

1.36874

305.82382

121.27719

184.54663

455.15421

0.40546

4

4

4

1.48599

371.26813

159.84251

211.42563

488.73847

0.43259

5

5

5

1.58382

418.45293

192.01705

226.43588

511.49305

0.4427

6

6

6

1.66851

454.83399

219.87169

234.9623

528.01988

0.44499

7

7

7

1.74364

484.14923

244.58132

239.5679

540.58044

0.44317

8

8

8

1.81145

508.52027

266.88333

241.63694

550.43479

0.43899

9

9

9

1.87344

529.25869

287.27391

241.98478

558.34841

0.43339

10

10

10

1.9307

547.22763

306.10454

241.12309

564.81674

0.42691

11

11

11

1.984

563.02303

323.63419

239.38884

570.17639

0.41985

12

12

12

2.03394

577.0723

340.05972

237.01258

574.66508

0.41244

13

13

13

2.08099

589.69155

355.53462

234.15692

578.45598

0.4048

14

14

14

2.12552

601.12063

370.18111

230.93952

581.67855

0.39702

15

15

15

2.16783

611.54551

384.09824

227.44727

584.43176

0.38918

16

16

16

2.20818

621.11306

397.36756

223.7455

586.79263

0.3813

17

17

17

2.24676

629.9411

410.05702

219.88409

588.82214

0.37343

18

18

18

2.28375

638.12551

422.22395

215.90157

590.56919

0.36558

19

19

19

2.31931

645.74526

433.9172

211.82806

592.07355

0.35777

20

20

20

2.35355

652.86607

445.17874

207.68732

593.36786

0.35001

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

5. 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

2) Определяем степень повышения давления в КНД

3) Определяем степень повышения температуры в КНД

4) Определим температуру на выходе из КНД

5) Определим работу КНД

6) Определим степень повышения температуры в ТНД

7)Определим температуру на выходе из ТНД

где

8) Определим работу ТНД

9) Определим давление на выходе из ТНД

10) Определим давление на входе в КВД

11) Определим степень повышения давления в КВД по формуле

- оптимальная степень повышения давления, взятая из простого цикла

12) Определим степень повышения температуры в КВД

13) Определим давление за КВД

14) Определим температуру на входе в КВД

15) Определим температуру на выходе из КВД

16) Определим работу КВД

17) Определим степень повышения температуры в ТВД

18)Определим температуру на выходе из ТВД

19) Определим давление на входе в ТВД

20) Определим работу ТВД

21) Определим количество теплоты подведенной в цикл

22) Определим полезную работу, полученную в цикле

23) Определим КПД ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением.

Табл. 4. Сводная таблица расчета для построения зависимости

Наименование величины

Размерность

Обозначение

Значение

Давление за КНД

бар

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Степень повышения давления

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Степень повышения температуры КНД

-

1

1.219

1.369

1.486

1.584

1.669

1.744

1.811

1.873

1.931

1.984

2.034

Температура на выходе из КНД

К

285.15

356.934

406.007

444.439

476.502

504.26

528.884

551.109

571.429

590.194

607.663

624.032

Работа, затраченная на привод КНД

0

72.033

121.277

159.843

192.017

219.872

244.581

266.883

287.274

306.105

323.634

340.06

Степень повышения температуры в ТНД

-

1

1.219

1.369

1.486

1.584

1.669

1.744

1.811

1.873

1.931

1.984

2.034

Температура на входе в ТНД

1123,15

Температура на выходе из ТНД

1116.15

939.681

851.542

794.918

754.092

722.614

697.25

676.163

658.219

642.672

629.006

616.85

Работа, полученная в ТНД

0

203.956

305.824

371.268

418.453

454.834

484.149

508.52

529.259

547.228

563.023

577.072

Давление на входе в ТНД

бар

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Давление на выходе ТНД

бар

0,973

Давление на входе в КВД

бар

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Степень повышения давления в КВД

-

12

6

4

3

2.4

2

1.714

1.5

1.333

1.2

1.091

1

Степень повышения температуры в КВД

-

2.034

1.669

1.486

1.369

1.284

1.219

1.166

1.123

1.086

1.053

1.025

1

Давление за КВД

бар

12

Температура на входе в КВД

К

285,15

Температура на выходе из КВД

К

624.032

504.26

444.439

406.007

378.298

356.934

339.718

325.407

313.228

302.676

293.4

285.15

Работа, затраченная на привод КВД

340.06

219.872

159.843

121.277

93.472

72.033

54.758

40.397

28.176

17.587

8.279

0

Степень повышения

температуры в ТВД

-

2.034

1.669

1.486

1.369

1.284

1.219

1.166

1.123

1.086

1.053

1.025

1

Температура на входе в ТВД

К

1116,15

Температура на выходе из ТВД

К

616.85

722.614

794.918

851.542

898.783

939.681

975.962

1008.707

1038.646

1066.295

1092.033

1116.15

Давление на входе в ТВД

бар

11,784

Давление на выходе из ТВД

бар

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Работа, полученная в ТВД

577.072

454.834

371.268

305.824

251.224

203.956

162.024

124.178

89.576

57.621

27.874

0

Количество теплоты подведенной в цикл

1145.844

1162.033

1147.606

1126.58

1104.006

1081.429

1059.394

1038.089

1017.563

997.803

978.776

960.438

Полезная работа, полученная в цикле

237.013

366.885

395.972

395.972

384.188

366.885

346.834

325.419

303.385

281.157

258.984

237.013

КПД ГТУ

-

0.2068

0.3157

0.345

0.3515

0.348

0.3393

0.3274

0.3135

0.2981

0.2818

0.2646

0.2468

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 RВ = 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

1) простой цикл:;

2) цикл с регенерацией:

3) цикл с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением:

.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Тепловой расчет цикла газотурбинной установки

    Расчет и оптимизация цикла газотурбинной установки. Выбор типа компрессора, определение его характеристик и основных размеров методом моделирования; определение оптимальных параметров турбины. Тепловой расчет проточной части турбины по среднему диаметру.

    дипломная работа [804,5 K], добавлен 19.03.2012

  • Расчет тепловой схемы парогазовой установки утилизационного типа

    Определение теплофизических характеристик уходящих газов. Расчет оптимального значения степени повышения давления в компрессоре газотурбинной установки. Расчет котла-утилизатора, построение тепловых диаграмм котла. Процесс расширения пара в турбине.

    курсовая работа [792,5 K], добавлен 08.06.2014

  • Расчет идеального цикла газотурбинного двигателя

    Расчет оптимальной степени сжатия воздуха в компрессоре, коэффициента избытка воздуха в камере сгорания. Параметры состояния в нескольких промежуточных точках идеализированного цикла ГТД. Изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоты.

    курсовая работа [226,4 K], добавлен 30.11.2010

  • Расчет термодинамических циклов

    Расчет функций параметров состояния в каждой точке цикла. Определение изменения функций параметров состояния в процессах цикла. Расчет удельных количества теплоты и работы в процессах цикла и промежуточных точек, необходимых для построения графиков.

    курсовая работа [680,3 K], добавлен 23.11.2022

  • Расчет и проектирование двухступенчатой фреоновой холодильной установки

    Выбор температурного режима хладагента в испарителе. Построение холодильного цикла, расчёт хладопроизводительности, определение параметров хладагента в узловых точках цикла. Определение расхода электроэнергии. Подбор компрессоров низкого давления.

    курсовая работа [117,9 K], добавлен 08.12.2013

  • Расчет термодинамического цикла теплового двигателя

    Определение параметров характерных точек термодинамического цикла теплового двигателя. Анализ взаимного влияния параметров. Расчет коэффициента полезного действия, удельной работы и среднего теоретического давления цикла. Построение графиков зависимостей.

    контрольная работа [353,3 K], добавлен 14.03.2016

  • Расчёт цикла паротурбинной установки

    Проведение расчета по обратимому циклу Ренкина параметров воды и пара (сухого, перегретого) в характерных точках цикла, их удельных расходов на выработку электроэнергии, количества подведенного, отведенного тепла, термического КПД паротурбинной установки.

    курсовая работа [302,6 K], добавлен 26.04.2010

  • Типовой расчет основных параметров гидравлического привода

    Составление принципиальной гидравлической схемы привода. Разработка циклограммы работы гидропривода. Расчет временных, силовых и кинематических параметров цикла. Определение типа насосной установки. Нахождение потребного давления в напорной гидролинии.

    контрольная работа [290,2 K], добавлен 23.12.2014

  • Цикл холодильной установки

    Расчет значений основных параметров состояния в характерных точках цикла с учетом возможных потерь. Технические показатели холодильной машины. Метод коэффициентов полезного действия для обратного цикла. Эксергетический метод для обратного цикла.

    курсовая работа [85,1 K], добавлен 10.01.2012

  • Расчет газотурбинного двигателя при постоянном давлении

    Расчет основных показателей во всех основных точках цикла газотурбинного двигателя. Определение количества теплоты участков, изменение параметров для процессов и их работу. Расчет термического коэффициент полезного действия цикла через его характеристики.

    курсовая работа [110,4 K], добавлен 19.05.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены