17 Газотурбинные установки

17.1 (Вариант 51) Для идеального цикла ГТУ с подводом теплоты при  p=const определить параметры характерных точек, работу расширения, сжатия и полезную, количество отведенной и подведенной теплоты, термический к.п.д. цикла. Начальные параметры рабочего тела: р1=1 бар; степень увеличения давления в компрессоре при адиабатном процессе сжатия β=р2/p1; показатель адиабаты k=1,4. Температура в точке 3 не должна превышать 1000 ºK; рабочее тело — воздух; теплоемкость воздуха постоянная; расчет проводится на 1 кг рабочего тела.

Таблица 2 – Исходные данные

T1, Kβ
3029,95


17.2 Для идеального цикла газовой турбины с подводом теплоты при p=const (см. рис.39) определить параметры в характерных точках, полезную работу, термический к.п.д., количество подведенной и отведенной теплоты. Дано: р1=0,1 МПа; t1=17ºC; t3=600ºC; λ=p2/p1=8. Рабочее тело — воздух. Теплоемкость принять постоянной.Для идеального цикла газовой турбины с подводом теплоты при p=const (см. рис.39) определить параметры в характерных точках, полезную работу, термический к.п.д., количество подведенной и отведенной теплоты.

Рисунок 39

Ответ: υ1=0,831 м³/кг, υ2=0,189 м³/кг, υ3=0,313 м³/кг, υ4=1,381 м³/кг, t2=254ºC, р23=0,8 МПа, q1=350,2 кДж/кг, q2=192,2 кДж/кг, ηt=0,45.


17.3 Газовая турбина работает по циклу с подводом теплоты при p=const. Известны параметры: р1=0,1 МПа; t1=40ºC; t4=400ºC, а также степень увеличения давления λ=8. Рабочее тело — воздух.

Определить параметры в характерных точках цикла, количество подведенной и отведенной теплоты, работу, совершаемую за цикл и термический к.п.д. Теплоемкость считать постоянной.

Ответ: υ1=0,898 м³/кг,р2=0,8 МПа ,Т2=567 К,  υ2=0,203 м³/кг, р3=0,8 МПа, Т3=1219 К,  υ3=0,437 м³/кг, р4=0,1 МПа,  υ4=1,931 м³/кг, q1=657 кДж/кг, q2=261 кДж/кг, l0=396 кДж/кг, ηt=0,60.


17.4 (Вариант 28) Рассчитать основной цикл газотурбинной установки — ГТУ (двигателя внутреннего сгорания — ДВС) с подводом тепла при постоянном давлении. Определить параметры (р, υ, Т) характерных точек цикла. Для всех процессов цикла рассчитать количество тепла, работу, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии рабочего тела. Определить термический КПД. Расчет произвести для 1 кг рабочего тела, которое обладает свойствами воздуха.

Начальное состояние воздуха: р1=1 бар; Т1=330 К. Остальные данные взять в таблице. Теплоемкость воздуха принять постоянной, как для двухатомного газа. Результаты расчета представить в таблице.

Изобразить цикл в р-υ и T-s диаграммах.

Таблица 4.1

Циклρ=υ32ε=υ12β=р21
ГТУ2,04,2-

Варианты задачи: 54, 49.


17.5 Рассчитать цикл ГТУ при следующих условиях:

давление р1=0,1 МПа;

температура t1=22ºC;

температура на входе в турбину t3=850ºC;

степень повышения давления π=6;

степень регенерации теплоты σ=0,71.

Определить параметры газа в характерных точках цикла,  работу цикла, подведенную и отведенную теплоту,  термический к.п.д. цикла.

Изобразить цикл в p-υ и T-s диаграммах.

Ответ: υ1=0,847 м³/кг, р2=0,6 МПа, t2=219ºC, υ2=0,235 м³/кг, t5=400ºC, t3=348ºC, υ3=0,297 м³/кг, υ4=0,537 м³/кг, υ5=1,932 м³/кг, t6=271ºC, υ6=1,561 м³/кг, q1=508,024 кДж/кг, q2=251,988 кДж/кг, l0=256,036 кДж/кг, ηt=50%.


17.6 ГТУ работает с подводом теплоты при p=const. Начальные параметры воздуха: t=25 ºC, р=1,1 бар. Определить КПД, мощность и работу ГТУ, а также количество отведенной теплоты, если: степень сжатия воздуха в компрессоре 7,5, степень расширения газа в турбине 3,2, количество подведенной теплоты 710 кДж, расход газа 2,4 кг/c (k=1,31).

Ответ: υ1=0,778 м³/кг, υ2=0,104 м³/кг, t2=284 ºC, р2=15,4·105 Па, t3=986 ºC, υ3=0,235 м³/кг, υ4=0,752 м³/кг, t4=605 ºC, Q2=587 кДж, L=123 кДж, N=295,2 кВт, ηt=47%.


17.7 (Вариант 99) Рассчитать теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания (газотурбинной установки), если известны начальные температура и давление (табл.3). Тип цикла и его характеристики приведены в табл.4.

Определить:

— параметры рабочего тела, внутреннюю энергию, энтропию и энтальпию в характерных точках цикла;

— теплоемкость, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии, теплоту и работу для каждого процесса входящего в цикл;

— подведенную и отведенную теплоту, работу и термический КПД цикла;

— построить цикл в рабочей и тепловой диаграммах.

При решении задачи в качестве рабочего тела взять воздух. Начальное состояние соответствует нормальным условиям. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры.

Расчет цикла произвести на 1 кг рабочего тела.Рассчитать теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания (газотурбинной установки), если известны начальные температура и давление (табл.3). Тип цикла и его характеристики приведены в табл.4. Определить: - параметры рабочего тела, внутреннюю энергию, энтропию и энтальпию в характерных точках цикла; - теплоемкость, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии, теплоту и работу для каждого процесса входящего в цикл; - подведенную и отведенную теплоту, работу и термический КПД цикла; - построить цикл в рабочей и тепловой диаграммах. При решении задачи в качестве рабочего тела взять воздух. Начальное состояние соответствует нормальным условиям. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры. Расчет цикла произвести на 1 кг рабочего тела.

Таблица 3

t1, ºCр1, бар
01,2

Таблица 4

n1n2ελТип цикла
1,361,341,66V


17.8 (Вариант 23) Расчет обратимого цикла газового двигателя

Рассчитать цикл газового двигателя: двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или газотурбинного двигателя (ГТД), рис.4.1.1.

Номер цикла и исходные данные для расчета приведены в табл.4.2.7 по вариантам.

Размерность величин, приведенных в табл.4.2.7: р [бар],υ [м³/кг], t [ºC].

Принять, что рабочее тело обладает свойствами воздуха.

Рассчитать параметры (p, υ, T) в узловых точках цикла, подведенную (q1), отведенную (q2) теплоту, работу (l) и термический КПД (ηt) цикла.

Теплоемкость воздуха принять постоянной. Показать цикл в T-s- диаграмме.

Результаты расчета представить в виде табл.4.2.8.

Ответить на вопросы:

Для вариантов с расчетом цикла ДВС:

1) Чем отличается обратимый цикл ДВС от реального?

2) Как влияет степень сжатия ε=υ12 и начальные параметры рабочего тела (p1, T1) на термический КПД цикла?

Для вариантов с расчетом цикла ГТД:

1) Приведите схему ГТД для Вашего варианта.

2) В чем состоят преимущества и недостатки газотурбинных двигателей по сравнению с ДВС?Рассчитать цикл газового двигателя: двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или газотурбинного двигателя (ГТД), рис.4.1.1. Номер цикла и исходные данные для расчета приведены в табл.4.2.7 по вариантам. Размерность величин, приведенных в табл.4.2.7: р [бар],υ [м³/кг], t [ºC]. Принять, что рабочее тело обладает свойствами воздуха. Рассчитать параметры (p, υ, T) в узловых точках цикла, подведенную (q1), отведенную (q2) теплоту, работу (l) и термический КПД (ηt) цикла. Теплоемкость воздуха принять постоянной. Показать цикл в T-s- диаграмме.

Таблица 4.2.7

№ циклар1, барt1, ºCр2, барλ=p3/p2
51,0155,53,2


17.9 Степень повышения давления в компрессоре газотурбинной установки (ГТУ) равна λ, температура рабочего тела (для k=cp/cυ=1,4) перед соплами турбины равна 800ºC. В идеальном цикле ГТУ теплота подводится при постоянном давлении.

Определить основные параметры рабочего тела в переходных точках цикла, термический КПД, удельную полезную работу цикла, а также изменение удельной энтропии в процессе подвода теплоты, приняв теплоемкость рабочего тела не зависящей от температуры.

Начальные параметры цикла р1=0,1 МПа и t1=27 ºC. Цикл представить в pυ- и Ts- координатах.

Таблица 4.1

Вариантλ
36,4

Варианты задачи: 1.


17.10 Газотурбинная установки работает по циклу с подводом теплоты при υ=const и с полной регенерацией. Известный параметры: t1=30 ºC и t5=400 ºC, а также λ=p2/p1=4. Рабочее тело — воздух.

Определить термический к.п.д. этого цикла. Изобразить цикл в p-υ и T-s — диаграммах.

Ответ: ηt=0,41.