Газотурбинные установки

Технологический расчёт газотурбинной установки. ...

ВВЕДЕНИЕ
1 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ГПА
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГТУ
2.1 Исходные данные расчёта ГТУ
2.2 Расчёт характеристик топлива
2.3 Расчёт параметров цикла ГТУ
2.4 Технико-экономическая оценка работы ГПА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

В связи с тем, что большинство агрегатов типа ГТ-750–6 почти выработали или уже выработали свой ресурс на магистральном газопроводе, в настоящее время остро стоит вопрос об обновлении парка ГПА, т.е. внедрения ГГПА нового поколения. Однако большой парк ГТ-750–6 не может быть обновлен быстрыми темпами по финансовым причинам, связанным с внедрением ГГПА нового поколения.

д.В число исходных данных входят переменные параметры, влияние которых на итоговые показатели термодинамического расчёта цикла ГТУ необходимо выяснить при исполнении курсового проекта.ГТ-750-6 для приводов нагнетателей газа работает по термодинамическому циклу с регенерацией теплоты уходящих газов. Основными элементами схемы и конструкции ГТУ, как и отмечалось, являются: воздушный компрессор, регенератор, камера сгорания, турбина, патрубки, теплообменники для утилизации теплоты уходящих газов ГТУ.Все расчёты ведутся по удельным величинам, отнесённым к одному килограмму сухого воздуха, поступившегот на сжатие в компрессор ГТУ и на 1 кг продуктов сгорания топлива. В связи с этим в расчётах введены две характеристики:- приведенная молекулярная маса продуктов сгорания , равная отношению массысухого воздуха GA, к числу молей продуктов сгорания;- приведенная расходная теплоемкость продуктов сгорания топлива , равная отношению полной расходной теплоемкости продуктов сгорания к расходу сухого воздуха.Для получения этих значений следует выполнить подробные расчёты характеристик газообразного топлива.В этом же разделе необходимо вычислить характеристики топлива: характеристику элементарного состава, теоретический расход сухого воздуха, необходимого для процесса сгорания 1 кг топлива, теплоту сгорания для 1 кг газа и другие характеристики.Поскольку на вход воздушного компрессора ГТУ поступает влажный воздух, то определяются его основные характеристики при принятом значении относительной влажности воздуха ψ. Следует рассчитать приведенную молекулярную массу влажного воздуха и приведенную теплоемкость влажного воздуха Срх.Оптимальное соотношение давлений сжатия в цикле ГТУ находят, выполняя вариантные расчёты при различных значениях С.Так, как ГТ-750-6 – регенеративная ГТУ, то при расчёте необходимо принять следующие значения С = 3, 4, 5, 6, 7, 8 и т. д. до получения явно выраженного максимума эффекивного КПД ГТУ . Отыскание оптимального значения С осуществляется графическим путем построения зависимости.Термодинамические расчёты начинают с установления молярного состава газа.2.1 Исходные данные расчёта ГТУВ качестве топлива в расчёте курсового проекта будем использовать природный газ из Ямбургского месторождения. Его молекулярный состав приведен в таблице 2.1.Исходные данные, а также принятые и стандартные величины для расчёта по характеристиках ГТ-750-6 приведены в таблице 2.2.Таблиця 2.1 – Молярный состав и характеристики природного газаСостав газаМолярная концентрация ri, %Молярная масса компонента μi, кг/кмольНизшая теплота сгорания за нормальных условий , кДж/кмольМетан (CH4)95,12716,043802,2Этан (C2H6)0,0430,071419,3Пропан (C3H8)0,00644,0972046,1Бутан (C4H10)0,00158,1242667,9Пентан (C5H12)0,02672,1513268,4Азот (N2)4,528,016-Углекислый газ (CO2)0,344,01-Таблица 2.2 – Исходные данные для расчёта ГТУХарактеристикаВеличинаЭффективная мощность, Ne, кВт6000Температура наружного воздуха, tнар, С15Повышение температуры воздуха на входе в компрессор, tа, С0Давление наружного воздуха, Рнар, Па101325Степень регенерации, ϕ0,66Температура газа перед турбиной, tz, С750Относительный адиабатный КПД ОК, 0,89Механический КПД ОК, 0,9Относительный адиабатный КПД ГТ, 0,9Механический КПД ГТ, 0,91Число ступеней турбин2/1Частота вращения турбокомпрессора5200Продолжение таблицы 2.2ХарактеристикаВеличинаЧастота вращения ротора турбины5300Гидравлические потери давления на входе в компрессор, Ра, Па1000Относительная влажность воздуха, ψ0,6Относительные гидравлические потери давления в КС, , %5Поправка для вычисления приведенной расходной теплоемкости продуктов сгорания, , кДж/(кг·К)0,126КПД камеры сгорания, 0,99Относительный коэффициент служебных расходов, 0,012.2 Расчёт характеристик топливаРассчитаем молекулярную массу газа Ямбургского месторождения по формуле,Определим элементарный массовый состав природного газа по таким формулам,,,,.Соответственно,,,,.Характеристика элементарного состава топлива,.Теоретически необходимый расход сухого воздуха на 1 кг топлива,.Низшая молекулярная теплота сгорания газообразного топлива,Теплота сгорания газообразного топлива,.Рассчитаем плотность газа при стандартных условиях (атмосферное давление Рст = 101325 Па, Тст = 293 К),.Относительная плотность газа по воздуху,где - плотность воздуха при стандартных условиях, ..Теплота сгорания 1 м3 природного газа при стандартных условиях,.Характеристика Вельтера-Бертье-Коновалова,.Приведенная молекулярная масса влажного воздуха,где - молекулярная маса сухого воздуха, ; - молекулярная маса водяных паров, ;xs – содержание влаги в воздухе при полном насыщении, при заданных параметрах окружающей среды Рнар = 101325 Па, Тнар = 288 К xs = 0,011165.,.2.3 Расчёт параметров цикла ГТУОпределяем начальное значение приведенной теплоемкости влажного воздуха при температуре t = ta = 15 С по формуле,где - истинная теплоемкость сухого воздуха; - истинная теплоемкость водяного пара.Значения этих теплоемкостей определяюся с помощью метода интерполяции по таблице 2.3 при постоянном давлении Ср/R. Газовые сталые компонентов равны:- для сухого воздуха: ;- для водяного пара: Таблица 2.3 – Значения относительной величины теплоемкости идеаль-ных газов при постоянном давлении Ср/RТемпература, КСухой воздухВодяной пар6003,66154,36597003,74474,50598003,82754,65259003,90494,8033С помощью метода интерполяции получим:- ;- Таким образом, получим.Абсолютное давление воздуха на входе в компрессор,.Абсолютное давление в выхлопном патрубке турбины (за ТНД),где - потери давления по газовой стороне регенератора, принимаем равными 2 % от наружного давления;.Далее задаемся для данного регенеративного ГТУ соотношениями давлений сжатия в компрессоре С = 3, 4, 5, 6, 7, 8. Так, как для каждого С надо делать отдельный расчёт, для удобства сведём все результаты в таблицу. Приведем алгоритм расчёта для каждого соотношения с контрольным примером для С = 6.Определим натуральный логарифм С.Рассчитаем начальное расчетное значение аргумента процесса сжатия,.Вспомогательная показательная функция,.Удельная адиабатная работа сжатия,Удельная индикаторная работа сжатия,.Температура воздуха в конце сжатия,.Абсолютная температура воздуха в конце сжатия.Давление в конце процесса сжатия,.Потери давления в камере сгорания.Давление на входе в турбину,где - потери давления по воздушному тракту регенератора, прини-маем равным 2 % от давления в конце сжатия..Уточним соотношение давления расширения,.Натуральный логарифм Сz.Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле, полученной из уравнения теплового баланса камеры сгорания ГТУ.Определим среднюю температуру в камере сгорания,.С помощью метода интерполяции по таблице 2.3 для температуры Ткс получим:- ;- .При расчётах регенеративных ГТУ принимают t1 = tc в первом приближе-нии, вычисляют 0, проводят расчёт процесса расширения в индикаторном процессе турбины (первое приближение), определяют температуру воздуха на выходе из регенератора tν и, затем, вычисляют втором приближении, подставляя t1 = tν..Приведенная молекулярная маса продуктов сгорания,где r0 = 0,2095..Молекулярная маса продуктов сгорания,.Температура продуктов сгорания в конце адиабатного процесса расширения,где - величина, которую находят в функции температуры Tz по таблице 2.4.Таблица 2.4 – Зависимость от температурыТемпература Tz, К10000,2551100-12000,2501200-13000,2451300-14000,240Принимаем ..Определим среднюю температуру в адиабатном процессе расширения в турбине,.С помощью метода интерполяции по таблице 2.3 для температуры ТmA получим:- ;- .Приведенная расходная теплоемкость продуктов сгорания топлива.Рассчитаем расчетное значение аргумента расширения,.Вспомогательная показательная функция,.Удельная адиабатная работа расширения в турбинах,.Удельная индикаторная работа расширения в турбинах,.Температура продуктов сгорания в конце индикаторного процесса расширения,.Температура воздуха после регенератора,Абсолютная температура воздуха после регенератора.Средняя температура в камере сгорания с учетом подогрева воздуха в регенераторе,.С помощью метода интерполяции по таблице 2.3 для температуры ТmA получим:- ;- .Уточненное значения коэффициента избытка воздуха, подставляя t1 = tν.Удельная индикаторная работа газотурбинного двигателя,.Эффективная удельная работа расширения,.Эффективная удельная работа сжатия,.Эффективная удельная работа ГТД.Удельный расход теплоты,.Индикаторный КПД ГТД,.Эффективный КПД ГТД,.