17 Газотурбинные установки

17.11 Для идеального цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении или постоянном объеме определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла, степень сжатия, полную работу, количество подведенной и отведенной теплоты, термический КПД цикла. Изобразить цикл двигателя в рυ- и Ts — диаграммах. Константы рабочего тела (продуктов сгорания) принять по воздуху. Удельную теплоемкость воздуха принять независящей от температуры и равной cp=1,04 кДж/(кг·К), k=cp/cυ=1,4.

Начальное давление p1 принять равным атмосферному, начальную температуру t1 — равной температуре окружающего воздуха, степень повышения давления π, температура газа перед турбиной t3.

Данные для решения задачи выбрать из табл. 2.

Ответить на вопросы:

1 Как влияет температура газа перед турбиной t3 на мощность ГТУ?

2 Как влияет на  КПД ГТУ степень повышения давления? Ответы иллюстрировать изображением циклов в рυ — и Ts — диаграммах..

3 Чем ограничивается максимальная температура газов перед турбиной?

Таблица 2

Вариант Степень
повышения
давления
π
Температура
газа перед
турбиной,
ºС
Атмосферное
давление,
мм рт. ст.
Температура
окружающего
воздуха, ºС
1 5,5 620 735 20

Варианты задачи: 8, 2, 6, 3, 9, 0.


17.12 Построить график зависимости термического к.п.д. идеального цикла газовой турбины с подводом теплоты при p=const для λ=2, 4, 6, 8 и 10.


17.13 Расчет обратимого цикла газового двигателя

Рассчитать цикл газового двигателя: двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или газотурбинного двигателя (ГТД), рис.21.

Номер цикла и исходные данные для расчета приведены в табл.1 по вариантам. Размерность величин, приведенных в табл.8: р [бар], υ [м³/кг], t [ºС].

Принять, что рабочее тело обладает свойствами воздуха.

Рассчитать параметры (р, υ, Т) 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.9.

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.21.  Номер цикла и исходные данные для расчета приведены в табл.1 по вариантам. Размерность величин, приведенных в табл.8: р [бар], υ [м³/кг], t [ºС].  Принять, что рабочее тело обладает свойствами воздуха.  Рассчитать параметры (р, υ, Т) 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.9.  Ответить на вопросы:  Для вариантов с расчетом цикла ДВС:  1) Чем отличается обратимый цикл ДВС от реального?  2) Как влияет степень сжатия ε=υ1/υ2 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?

Таблица 3.1

№ варианта№ циклаИсходные данные
р1, барt1, ºCt3, ºCр2, бар
1351,0176008


17.14 Для теоретического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении определить:

— параметры (р, υ, Т) рабочего тела (воздуха) в характерных точках цикла 1, 2, 3 и 4;

— подведенную и отведенную теплоту;

— работу и термический КПД цикла;

— теоретическую мощность ГТУ при заданном расходе воздуха G.

Начальное давление р1=0,1 МПа, начальная температура t1=27 ºC, степень повышения давления в компрессоре π, температура газа перед турбиной t3.

Дать схему и цикл установки в p-υ и T-s — диаграммах. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 14.

Таблица 14 — Исходные данные к задаче №7

Вариант π t3, °С G, кг/c
00 6 700 35

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

ВУЗ: УГНТУ


17.15 ГТУ работает с подводом теплоты при p=const. Начальные параметры воздуха: t1=20 ºС, р1=1,05 бар. Определить КПД, мощность и работу ГТУ, а также количество отведенной теплоты, если: степень сжатия воздуха в компрессоре 7,0, степень расширения газа в турбине 3,0, количество подведенной теплоты 730 кДж, расход газа 2,5 кг/c k=1,25.


17.16 На рис.60 приведена принципиальная схема газотурбинной установки, работающей с подводом теплоты при p=const и с полной регенерацией тепла.На рис.60 приведена принципиальная схема газотурбинной установки, работающей с подводом теплоты при p=const и с полной регенерацией тепла. На рисунке: ТН - топливный насос, КС - камера сгорания, ГТ - газовая турбина; ВК - воздушный компрессор; ПД - пусковой двигатель, Р - регенеративный подогреватель. Цикл этой установки представлен на рис.42. Известны параметры t1=30 ºC и t5=400 ºC, а также степень повышения давления в цикле λ=6. Рабочее тело – воздух. Определить термический к.п.д цикла. Какова экономия от введения регенерации?

На рисунке: ТН — топливный насос, КС — камера сгорания, ГТ — газовая турбина; ВК — воздушный компрессор; ПД — пусковой двигатель, Р — регенеративный подогреватель. Цикл этой установки представлен на рис.42.

Известны параметры t1=30 ºC и t5=400 ºC, а также степень повышения давления в цикле λ=6. Рабочее тело – воздух.

Определить термический к.п.д цикла. Какова экономия от введения регенерации?На рис.60 приведена принципиальная схема газотурбинной установки, работающей с подводом теплоты при p=const и с полной регенерацией тепла. На рисунке: ТН - топливный насос, КС - камера сгорания, ГТ - газовая турбина; ВК - воздушный компрессор; ПД - пусковой двигатель, Р - регенеративный подогреватель. Цикл этой установки представлен на рис.42. Известны параметры t1=30 ºC и t5=400 ºC, а также степень повышения давления в цикле λ=6. Рабочее тело – воздух. Определить термический к.п.д цикла. Какова экономия от введения регенерации?

Ответ: ηtрег=0,55, экономия составляет 37,5%.


17.17 Газотурбинная установка работает с подводом теплоты при υ=const и с полной регенерацией. Известны параметры: t1=30 ºC и t5=400 ºC; а также λ=р2/p1=4. Определить термический к.п.д. этого цикла. Изобразить цикл в диаграмме Ts.

Ответ: ηtрег=0,585.


17.18 Для идеального цикла газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты и полной регенерацией определить параметры рабочего тела в характерных точках, количество подведенной и отведенной теплоты, полезную работу, термический КПД, если начальные параметры рабочего тела p1 и t1, степень повышения давления в компрессоре β и температура рабочего тела в конце подвода теплоты t3.

Рабочее тело – воздух. Теплоемкость принять постоянной.

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант р1, МПа t1, ºC t3, ºC β
21 0,12 17 610 6,1


17.19 Определить эффективный к.п.д. ГТУ, если степень повышения давления в компрессоре λ = 3,9, температура всасываемого в компрессор воздуха t3 = 22ºС, температура газа на выходе из камеры сгорания t1 = 717ºС, относительный внутренний к.п.д. турбины ηoi = 0,89, внутренний к.п.д. компрессора ηк = 0,86, к.п.д. камеры сгорания ηк.с = 0,98, механический к.п.д. ηмГТУ = 0,88 и показатель адиабаты k = 1,4.

Ответ: ηеГТУ = 0,167.

Учебник: Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике Москва 1986.pdf


17.20 Провести расчет теоретического термодинамического цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты, который задан следующими параметрами: давление воздуха на входе в ГТУ р1; температура воздуха на входе в ГТУ  t1; степень предварительного расширения продуктов сгорания ρ, степень повышения давления в компрессоре β.

Определить:

1) параметры всех характерных точек цикла (параметры состояния рабочего тела: давление p, удельный объем υ, температуру t, энтропию s);

2) термодинамические характеристики каждого процесса и цикла в целом:

— работу, производимую за цикл lц;

— полезно использованную теплоту цикла qц;

— изменение энтропии Δs;

— термический КПД цикла ηt;

— термический КПД цикла Карно ηtK.

Теоретический цикл представить в pV- и Ts- координатах с соблюдением масштаба.

В качестве рабочего тела принять 1 кг сухого воздуха. Удельная газовая постоянная R=286,4 Дж/(кг·К). Удельную теплоемкость воздуха считать постоянной и равной сυ=0,72 кДж/(кг·К). Показатель адиабаты процессов сжатия и расширения принять равным k=1,4.

Таблица 3,4

Вариант 55
р1, 105 Па t1, ºC Степень
повышения
давления β
Степень
предварительного
расширения ρ
0,9 52 5,14 11

Методические указания.pdf