Порядок проведения уточненного расчета

После расчета или подбора модельного компрессора и выбора на его характеристике расчетной точки уточняется . Определяется

, затем . Для принимается истинное значение для средней температуры процесса по прил. 1.

Таблица 2.1

Пример расчета тепловой схемы двухвальной ГТУ

с регенерацией теплоты уходящих газов с целью выбора

№ п/п	Величина	Обо- значе-ния	Расчетная формула	Раз-мер-ность	Варианты	При-ме-чание


	Степень повышения давления в компрессоре		Задаем	-
	Комплекс работы сжатия компрессора			-	0,369	0,486	0,584	0,744	0,873	1,034	k_к= =1,4
	Удельная работа сжатия компрессора			кДж/кг	124,1	163,6	196,6	250,4	294,1	348,1
	Температура воздуха за компрессором			К	412,9	452,0	484,6	537,9	581,1	634,6
	Суммарная степень расширения в турбинах			-	2,73	3,64	4,55	6,37	8,19	10,92
	Удельная работа расширения турбины компрессора			кДж/кг	131,3	173,0	207,8	264,7	310,9	368,1
	Температура продуктов сгорания за турбиной компрессора			К	1058,9	1022,6	992,3	942,8	902,6	852,9
	Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора			-	1,59	1,86	2,13	2,69	3,29	4,29	k= =1,33

Окончание табл.2.1


Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине	-	1,72	1,96	2,14	2,37	2,49	2,55
Удельная работа расширения силовой турбины	кДж/кг	138,4	162,8	176,4	187,8	189,1	182,9
Удельная эффективная работа	кДж/кг	132,2	155,6	168,5	179,4	180,7	174,7
Температура продуктов сгорания за турбиной	К	938,5	881,0	838,9	779,5	738,2	693,9
Нагрев воздуха в регенераторе	К	378,4	308,9	255,1	174,0	113,1	42,7
Температура воздуха за регенератором	К	791,4	760,9	739,7	711,9	694,2	677,3
Количество теплоты, подведенное к воздуху в регенераторе	кДж/кг	789,4	758,9	737,9	710,1	692,5	675,6
Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС	кДж/кг	455,8	486,2	507,3	535,0	552,6	569,5
Эффективный КПД	-	0,289	0,318	0,331	0,334	0,325	0,305

Рис. 2.3 Зависимость удельной эффективной работы и эффективного КПД от степени отношения давлений в цикле ГТУ (пример п.2.3.1)

Определяется . При больших расчет следует повторить по уточненному значению . Если в безрегенеративной ГТУ выбрана большая величина и не удается подобрать модельный компрессор, а схема не задана, то следует предпочесть двухкомпрессорную схему (см.рис.1.1,в). В этой схеме вся работа сжатия должна быть распределена между КНД и КВД. При этом необходимо выдерживать баланс мощностей, т.е.

При высокой заданной относительной влажности воздуха, которая увеличивает удельную работу сжатия, полученную величину следует умножить на коэффициент, приведенный в табл. 3.1 [4].

Таблица 3.1

Поправочные коэффициенты к удельной работе

сжатия компрессора на влажность воздуха

, ⁰С	Относительная влажность воздуха, %

	1,0027	1,0031	1,0038	1,0044
	1,0055	1,0065	1,0075	1,0085
	1,0099	1,0116	1,0133	1,0154
	1,0174	1,0210	1,0222	1,0263

Для уточнения работы расширения в турбине необходимо определить гидравлические потери в камере сгорания, регенераторе и отдельных элементах тракта. Если расчет проводится до выполнения проекта этих элементов, то потери принимаются по данным аналогов.

Оценив из предварительного расчета температуру воздуха за регенератором (для безрегенераторных ГТУ – за компрессором ), для заданной начальной температуры уточняют aпо данным рис.2.2.

Для топлив низкокалорийных и с большим содержанием посторонних примесей следует использовать имеющиеся для них данные или провести расчет состава продуктов сгорания по [3].

Работа расширения определяется аналогично работе сжатия также по формулам для идеального газа методом последовательных приближений.

Расчетное . Определяем , затем .

Для принимается также истинное значение с учетом коэффициента избытка воздуха по прил. 1. КПД турбины, если еще не выполнено ее подробное проектирование и не определены потери в проточной части, желательно принять по данным прототипа приблизительно с такой же нагрузкой ступеней и удельной быстроходностью. Определяется , уточняются , снова .

Для высокотемпературной ГТУ до ее детального проектирования наибольшую неопределенность в расчет тепловой схемы вносят потери, связанные с охлаждением. Они зависят от заданной начальной температуры газа, принятого типа системы охлаждения (конвективная, пленочная), температурного уровня охлаждения деталей, выбранных мест отбора воздуха для охлаждения, мест выпуска воздуха в проточную часть турбины и конструкции этих мест, температуры охлаждающего воздуха и т.д.

Таблица 2.2

Пример расчета тепловой схемы трехвальной ГТУ простого открытого цикла с целью выбора

№ п/п	Величина	Обо- значения	Расчетная формула	Раз- мер-ность	Варианты	При-ме-чание


	Степень повышения давления в цикле		Задаем	-
	Степень повышения давления в КНД			-	2,35	2,78	3,15	3,64	4,07	4,33	4,58	4,81	5,04	5,25
	Комплекс работы сжатия КНД			-	0,276	0,339	0,388	0,446	0,493	0,520	0,544	0,567	0,587	0,606	=1,4
	Удельная работа сжатия КНД			кДж/кг	93,0	114,1	130,6	150,2	166,0	175,1	183,2	190,7	197,6	204,0
	Температура воздуха за КНД			К	382,1	403,0	419,3	438,7	454,3	463,3	471,4	478,8	485,7	492,0
	Степень повышения давления в КВД			-	2,13	2,52	2,86	3,30	3,69	3,93	4,15	4,36	4,57	4,76
	Комплекс работы сжатия КВД			-	0,241	0,302	0,350	0,406	0,452	0,478	0,502	0,523	0,543	0,562	=1,4

Продолжение табл.2.2


Удельная работа сжатия КВД	кДж/кг	106,9	141,4	170,3	207,0	238,4	257,2	274,7	291,0	306,4	320,9
Температура воздуха за КВД	К	487,9	543,0	587,9	643,7	690,4	718,0	743,4	767,0	789,0	809,8
Суммарная степень расширения в турбинах	-	4,8	6,72	8,64	11,52	14,4	16,32	18,24	20,16	22,08
Удельная работа расширения ТВД	кДж/кг	114,2	151,0	181,9	221,2	254,7	274,8	293,4	310,9	327,3	342,9
Температура продуктов сгорания за ТВД	К
Степень расширения продуктов сгорания в ТВД	-	1,49	1,71	1,93	2,26	2,60	2,83	3,07	3,32	3,58	3,84	=1,33
Удельная работа расширения ТНД	кДж/кг	98,3	120,7	138,1	158,8	175,5	185,1	193,8	201,7	209,0	215,7
Степень расширения продуктов сгорания в ТНД	-	1,46	1,62	1,77	1,99	2,22	2,37	2,52	2,68	2,85	3,02	=1,33

Окончание табл.2.2


Температура продуктов сгорания за ТНД	К	988,2	936,7	894,7	842,6	798,9	773,1	749,3	727,3	706,6	687,2
Степень расширения продуктов сгорания в свободной силовой турбине	-	2,21	2,42	2,53	2,56	2,50	2,43	2,35	2,26	2,17	2,07
Удельная работа расширения силовой турбины	кДж/кг	181,6	190,1	189,1	180,2	167,2	157,6	147,6	137,4	127,1	116,8	=1,33
Удельная эффективная работа	кДж/кг	171,7	179,8	178,9	170,4	158,2	149,1	139,6	130,0	120,2	110,5
Температура продуктов сгорания за силовой турбиной	К	830,3	771,4	730,2	685,9	653,5	636,0	621,0	607,8	596,1	585,6
Количество теплоты воздуха, поступающего в камеру сгорания	кДж/кг	477,4	531,3	575,3	629,8	675,5	702,5	727,4	750,5	772,1	792,4
Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС	кДж/кг	767,7	713,8	669,9	615,3	569,6	542,6	517,7	494,7	473,1	452,8
Эффективный КПД	-	0,223	0,251	0,266	0,276	0,276	0,273	0,268	0,261	0,253	0,243

Рис. 2.4. Зависимость удельной эффективной работы и эффективного КПД от степени отношения давлений в цикле ГТУ (пример п.2.3.2)

По данным [2], в наиболее распространенной открытой системе охлаждения отбор 1 % воздуха на охлаждение уменьшает полезную работу на 1,5 – 2 % и повышает удельный расход топлива на 0,3 – 0,6 %.

В схемах приводных ГТУ со свободной силовой турбиной весь перепад энтальпий на турбину должен быть распределен соответственно между двумя или тремя турбинами.

Для каждой турбины должны быть определены (поправка на расход). На силовой турбине срабатывается только полезный теплоперепад.

При уточненном расчете схемы необходимо также определить давления перед и за турбомашинами и регенератором. Обычно гидравлические потери во всасывающем тракте перед компрессором укладываются в 1 %. Тогда давление воздуха за компрессором . Давление продуктов сгорания перед турбиной учитывает гидравлические потери в тракте высокого давления (камере сгорания, воздухопроводах и регенераторе), то есть . Давление продуктов сгорания за турбиной . Полное давление должно быть выше атмосферного давления на величину потерь в выходном тракте. После этого можно переходить к расчету турбомашин. Для проектирования турбин нужно по действительным теплоперепадам определить адиабатные.