Курсовая работа (т): Расчет тепловой схемы и тепловой расчет проточной части газотурбинной установки

Расчет тепловой схемы и тепловой расчет проточной части газотурбинной установки

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А»

Кафедра «Теплоэнергетика»

Курсовой проект

по дисциплине «Тепловые двигатели и нагнетатели»

на тему

«Расчет тепловой схемы и тепловой расчет проточной части ГТУ»

Выполнил: студент группы ПТЭ-41

Кульбачук П.В

Проверил

Соколов А.А

Саратов 2013г.

Реферат

Цель работы - расчет тепловой схемы и тепловой расчет проточной части газотурбинной установки, определение диаметров рабочих лопаток, числа ступеней и кпд ступеней лопаток на разных сечениях.

Исходные данные

)        Производитель ОАО Невский завод

)        Модель: ГТНР - 16

)        Мощность: 16 МВТ

)        КПД = 32,53%

)        Степень повышения давления = 7,05

)        Температура газа на выходе = 1213 К

)        Температура воздуха = -5°С

)        Месторождение: Бованенское

Введение

Конструкция агрегата ГТНР-16, отвечающего современным требованиям, выбрана так, чтобы сохранить подсоединительные размеры агрегата ГТК-10, для возможности монтажа на место агрегата ГТК-10 без изменения фундамента.

В ГТНР-16 применены такие усовершенствования, как независимая подвеска среднего подшипника ротора, быстросъемные сотовые уплотнения лопаточного аппарата, воздушное охлаждение корпусных деталей, турбины высокого давления, соплового аппарата 1-й ступени и многое другое.

Кроме того, в конструкции ГПА предусмотрена возможность остановки без стравливания газа из контуров нагнетателя и запуска его в работу под полным давлением в контуре. Это значительно улучшает экологическую обстановку на компрессорной станции и обеспечивает экономию природного газа.

В значительной мере сохранены детали и даже узлы агрегата ГТК-10, позволяющие использовать имеющиеся навыки, инструмент и запчасти при проведении профилактических и ремонтных работ.

При исключении регенератора параметры агрегата позволяют использовать его в теплофикационных схемах. Также ГТНР-16 может использоваться для привода электрогенераторов мощностью 10-16 МВт при наличии соответствующего редуктора.

Высокими показателями экономичности, надежности, ресурсными показателями отличается газотурбинный агрегат «Надежда», мощностью 16,3МВт и с КПД 43%, с регенерацией тепла уходящих газов и промежуточным охлаждением в осевом компрессоре. Основные технические характеристики агрегатов ГТНР-16 и ГПА «Надежда» приведены в таблице.

Широкое внедрение агрегатов «Надежда» на КС позволит обеспечить экономию топливно-энергетических ресурсов на 2,5 млн. тонн условного топлива в год.

Основные технические характеристики агрегатов ГТНР-16 и ГПА «Надежда»:

1. Расчет тепловой схемы ГТУ

Расчет камеры сгорания

Объемный состав топливного газа:

Месторождение: Бованенское

Таблица 1

Относительная плотность по воздуху:

Удельная теплота сгорания: ;

Теоретический расход воздуха, необходимый для сжигания 1нм3 топлива

                                                                                                            (1.1)

Состав продуктов сгорания топливного газа:

трехатомные газы

                                                                                                                   (1.2)

- водяные пары

                                                                                                                                                (1.3)

свободный кислород

              (1.4)

- свободный азот

                                                                                     (1.5)

- количество сухого воздуха, необходимое для сжигания 1кг топлива

                                                                              (1.6)

Расчет цикла

Температура воздуха в конце процесса сжатия:

теоретическая

278

458,98                                                                                              (1.7)

- действительная

              (1.8)

где  - КПД осевого компрессора (принято с аналога) [2];

 ;  - показатель адиабаты для воздуха;

 - степень повышения давления в компрессоре [2].

Работа, затрачиваемая на сжатие 1кг воздуха в компрессоре

                                                                                                (1.9)

где - удельная теплоемкость воздуха.

Температура газов на входе в газовую турбину

 [2];

 - показатель адиабаты дымовых газов;

 - коэффициент потерь в воздушном тракте и КС;

 - коэффициент потерь во всасывающем и выходном трактах;

6,702;

                                                                                                           (1.10)

где  - КПД турбины.

Работа расширения 1кг рабочего тела в турбине

                                                                                      (1.11)

где  - удельная теплоемкость газа.

Расчет мощности и количества рабочего тела

Энтальпия продуктов сгорания

                             (1.12)

Энтальпия топливного газа на входе в КС

                                           (1.13)

Энтальпия воздуха после компрессора

          (1.14)

Количество теплоты, переданное топливному газу в КС

=

                                                                                                 (1.15)

где  - степень регенерации

Количество теплоты, переданное воздуху в КС:

 (1.16)

Уточнить значение α:

                                          (1.17)

Расчет тепловой схемы после окончательного определения α

Расход газа через турбину

                                                                       (1.18)

где  [2].

- эффективная энергия                                                 (1.19)

                                                (1.20)

 - коэффициент, учитывающий дополнительные утечки воздуха через уплотнения

Расход воздуха, подаваемый компрессором

                     (1.21)

Расход топлива

                                                     (1.22)

Мощность, развиваемая газовой турбиной

                     (1.23)

Мощность, потребляемая компрессором

                                          (1.24)

Коэффициент полезной работы:

0,46                                          (1.25)

Эффективный КПД ГТУ

                                                                 (1.26)

где                                         (1.27)

. Расчет осевого компрессора

Исходные данные:

 - начальная температура воздуха перед компрессором (по заданию);

 - начальное давление воздуха;

 - степень повышения давления в компрессоре [2];

 - расход воздуха, подаваемый компрессором;

 - частота вращения вала [2];

 - коэффициент аэродинамического сопротивления проточной части.

Предварительный выбор числа ступеней (с аналога):

.

Принять осредненное значение для воздуха:

;

- удельная теплоемкость воздуха;

;  - показатель адиабаты для воздуха.

Параметры воздуха перед первой и за последней ступенями компрессора [1]:

 - скорость во входном патрубке;

 - скорость перед первой ступенью;

 - скорость в выходном патрубке;

 - скорость за последней ступенью;

 - КПД входного патрубка;

 - КПД выходного патрубка;

 - КПД компрессора (принято с аналога) [2].

Плотность воздуха перед компрессором, по параметрам торможения

                                                           (2.1)

Потеря давления торможения во входном патрубке

             (2.2)

Давление торможения перед первой ступенью

                                 (2.3)

Температура воздуха перед первой ступенью

                                 (2.4)

Давление перед первой ступенью

 (2.5)

Плотность воздуха перед первой ступенью