Алгоритм ТГД расчета ГТД со СТ (двухвальный газогенератор)

Расчетная схема: двухвальный газогенератор и свободная турбина. Охлаждаются турбина высокого давления и турбина низкого давления.

ТГД – расчет ведется в САУ, с постоянным показателем адиабаты для воздуха и переменной теплоемкостью газа (упрощенный расчет по параметрам на входе в узел).

До пункта 64 расчет ведется на =1 кг воздуха.

1. Полная температура на входе в двигатель:

= (1)

2. Полное давление на входе в двигатель:

= (2)

3. Изоэнтропический КПД компрессора низкого давления определяется по формуле:

. (3)

4. Полное давление за компрессором низкого давления:

. (4)

5. Удельная работа компрессора низкого давления определяется по формуле:

. (5)

6. Температура воздуха за компрессором низкого давления вычисляется по выражению:

. (6)

7. Степень повышения полного давления в компрессоре ВД:

. (7)

8. Изоэнтропический КПД компрессора высокого давления определяется по формуле:

. (8)

9. Полное давление за компрессором высокого давления:

. (9)

10. Удельная работа компрессора высокого давления определяется по формуле:

. (10)

11. Температура воздуха за компрессором высокого давления вычисляется по выражению:

. (11)

12. Относительный расход топлива определим по упрощенной формуле (из [2], стр.213):

, (12)

где - низшая теплотворная способность топлива,

- полнота сгорания,

и - комплексы, имеющие вид:

=4,187(-0,10353 Т⁴ 10^-10+0,35002 Т³ 10^-7-0,15931 Т² 10^-4+0,24089Т)

=4,187(0,25084 Т² 10^-3+0,35186 Т-0,33025 Т³ 10^-7-17,533)

13. Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания определим из выражения:

, (13)

где - теоретически необходимое количество килограммов воздуха для полного сгорания одного килограмма топлива.

14. Полное давление газа на входе в камеру сгорания:

. (14)

15. Величина относительных отборов охлаждающего воздуха зависит от многих факторов, главным из которых является температура перед турбиной. Предлагается использовать зависимость относительных отборов охлаждающего воздуха, как функцию температуры газа перед рабочим колесом с разделением на воздух для охлаждения СА и для охлаждения РК, которая имеет вид:

. (15)

. (16)

. (17)

. (18)

где в первом приближении можно определить по формуле:

. (19)

Во втором приближении необходимо задать температуру, полученную в п. 36 и повторить расчет с п.16.

Если получено отрицательное значение, то отбор на охлаждение не нужен. Следует присвоить 0.

Выражения (15 - 18) являются аппроксимирующими и получены по данным нескольких ГТУ. Можно назначать другую величину отборов охлаждающего воздуха.

16. Относительный расход воздуха на охлаждение турбины ВД является суммой отборов на охлаждение СА и РК, и равен:

+ . (20)

17. Относительный расход воздуха на охлаждение турбины НД является суммой отборов на охлаждение СА и РК, и равен:

+ . (21)

18. Относительный расход воздуха на охлаждение турбин является суммой отборов на охлаждение и равен:

+ + + . (22)

19. Расход воздуха через сечение Г:

. (23)

20. Расход топлива секундный на 1 кг воздуха:

. (24)

21. Расход газа на входе в турбину высокого давления:

. (25)

22. Относительный расход охладителя на охлаждение турбины высокого давления:

. (26)

Пункты 23 – 28, расчет теплоемкости и показателя адиабаты на входе в ТВД

23. Газовая постоянная газа вычисляется по выражению:

. (27)

24. Определение относительной температуры газа на входе в турбину для использования в расчетном полиноме:

. (28)

25. Изобарная теплоемкость сухого воздуха:

.(29)

26. Комплекс Nn:

. (30)

27. Изобарная теплоемкость газа вычисляется по формуле:

. (31)

28. Показатель адиабаты газа на входе в турбину высокого давления:

. (32)

29. Удельная работа турбины высокого давления находится через удельную работу компрессора высокого давления:

. (33)

Пункты 30 -32 по методике [1].

30. В случае отбора охладителя из-за компрессора отношение располагаемой мощности охлаждающего воздуха, поступающего в турбину к располагаемой мощности газового потока, протекающего через турбину можно определить по формуле:

. (34)

31. При упрощенных расчетах можно принять, что между термогазодинамическим КПД турбины компрессора и КПД соответствующей неохлаждаемой турбины при =1400÷1700К имеет место следующее соотношение, полученное на основании опытных данных для одноступенчатых турбин:

= -0,18( -1200)/1000. (35)

32. Изоэтропический КПД охлаждаемой турбины высокого давления найдем из выражения:

= . (36)

33. Степень понижения полного давления турбины высокого давления найдем по формуле:

. (37)

34. Температура «чистого» газа за турбиной компрессора равна:

. (38)

35. Расход газа через ТНД равен

. (39).

Раскрывая выражение (39), получим:

(39бис)

36. Температура газа за турбиной компрессора (по [4], формула 2.26) равна:

, (40)

где - температура охлаждающего воздуха, принято = ;

37. Давление газа за турбиной высокого давления

или (41)

38. Относительный расход охладителя на охлаждение турбины низкого давления:

. (42)

39. Расход воздуха на входе в ТНД:

(43)

40. Относительный расход топлива на входе в ТНД:

(44)

Пункты 41 – 46, расчет теплоемкости и показателя адиабаты на входе в ТНД

41. Газовая постоянная газа на входе ТНД вычисляется по выражению:

. (45)

42. Определение относительной температуры газа на входе в турбину низкого давления для использования в расчетном полиноме:

. (46)

43. Изобарная теплоемкость сухого воздуха:

.(47)

44. Комплекс Nn:

. (48)

45. Изобарная теплоемкость газа вычисляется по формуле:

. (49)

46. Показатель адиабаты газа на входе в турбину низкого давления:

. (50)

47. Удельная работа турбины низкого давления находится через удельную работу компрессора высокого давления:

. (51)

Пункты 48 -50 по методике [1].

48. В случае отбора охладителя из-за компрессора отношение располагаемой мощности охлаждающего воздуха, поступающего в турбину к располагаемой мощности газового потока, протекающего через турбину можно определить по формуле:

. (52)

49. При упрощенных расчетах можно принять, что между термогазодинамическим КПД турбины низкого давления и КПД соответствующей неохлаждаемой турбины при =1400÷1700К имеет место следующее соотношение, полученное на основании опытных данных для одноступенчатых турбин:

= -0,18( -1200)/1000. (53)

50. Изоэтропический КПД охлаждаемой турбины низкого давления найдем из выражения:

= . (54)

51. Степень понижения полного давления турбины низкого давления найдем по формуле:

. (55)

52. Температура «чистого» газа за турбиной низкого давления равна:

. (56)

53. Расход газа через СТ равен:

. (57).

Раскрывая выражение (57), получим:

(57бис)

54. Температура газа за турбиной низкого давления (по [4], формула 2.26) равна:

, (58)

где - температура охлаждающего воздуха, принято = ;

55. Давление газа за турбиной низкого давления

или (59)

56. Степень понижения полного давления свободной турбины получим по выражению:

. (60)

57. Относительный расход топлива на входе в свободную турбину определим по выражению:

. (61)

Пункты 58 – 63, расчет теплоемкости и показателя адиабаты на входе в СТ

58. Газовая постоянная газа на входе в СТ вычисляется по выражению:

. (62)

59. Определение относительной температуры газа на входе в турбину для использования в расчетном полиноме:

. (63)

60. Изобарная теплоемкость сухого воздуха на входе в СТ:

Комплекс Nn:

.(64)

61. Изобарная теплоемкость газа на входе в СТ вычисляется по формуле:

. (65)

62. Показатель адиабаты газа на входе в СТ

. (66)

63. Удельная работа свободной турбины равна:

. (67)

64. Температура газа за свободной турбиной равна:

. (68)

65. Определение относительной температуры газа на выходе из СТ для использования в расчетном полиноме:

. (69)

66. Изобарная теплоемкость сухого воздуха на выходе из СТ:

67. Комплекс Nn:

. (70)

68. Изобарная теплоемкость газа на выходе из СТ вычисляется по формуле:

, (71)

где .

69. Показатель адиабаты газа на выходе из СТ

. (72)

70. Полное давление газа за свободной турбиной:

. (73)

71. Потребная эффективная мощность ГТД на валу равна:

. (74)

72. Фактический расход газа через двигатель определим по формуле:

. (75)

73. Фактический расход воздуха равен:

. (76)

74. Фактический секундный расход топлива определим по формуле:

. (77)

75. Часовой расход топлива определим по формуле

. (78)

76. Эффективная удельная работа цикла на 1 кг воздуха равна:

(79)

77. Располагаемая удельная энергия внесенного в двигатель топлива, приходящаяся на 1 кг воздуха:

. (80)

78. Эффективный КПД ГТД равен:

. (81)

79. В итоге, имеем КПД ГТУ на клеммах электрогенератора:

. (82)

80. Удельная работа ГТУ (аналог - удельная тяга) кВт/(кг/с):

. (83)