С заданными коэффициентами

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА.

ЦЕЛЬ И ПОРЯДОК РАСЧЕТА

В газовой промышленности для привода центробежных нагнетателей природного газа получили большое распространение стационарные ГТУ со свободной силовой турбиной, выполняемые по простому или регенеративному открытому циклу, и транспортные газотурбинные двигатели (ГТД) простого открытого цикла. Принципиальные схемы таких ГТУ и ГТД представлены на рис. 1.1.

Общей особенностью ГТУ, применяемых для привода нагнетателей, насосов и других механизмов, является наличие свободной силовой турбины, имеющей только газодинамическую связь с газогенератором ГТУ.

По схеме рис.1.1,а выполняют ГТУ и ГТД с умеренным отношением давлений в цикле, обеспечиваемым одним многоступенчатым компрессором.

По схеме рис.1.1,бвыполняют приводные ГТУ только стационарного типа, в которых повышение экономичности достигается за счет регенерации теплоты отходящих газов при невысоком отношении давлений в цикле.

Схему рис.1.1,в используют в ГТУ и ГТД для обеспечения высокого отношения давлений в цикле, которое обычно сочетается с повышенной температурой газа перед турбиной.

При расчете тепловой схемы ГТУ обычно известны:

- схема ГТУ;

- единичная мощность агрегата ;

- степень регенерации r для схемы рис.1.1,б;

- температура продуктов сгорания на входе в турбину;

- ожидаемое гидравлическое сопротивление по тракту;

- расчетные давление и температура атмосферного воздуха р_В, t_В;

- особенности топливного газа.

Указанные параметры и схема ГТУ на практике выбираются по комплексу соображений, включая технологические возможности для изготовления узлов установки, доступность материалов, достижимые значения КПД компрессора и турбины, качество топлива, и на основе технико-экономических расчетов. Для учебных целей перечисленные величины обычно задаются.

Основной задачей начального этапа расчета является определение оптимального соотношения давлений в цикле , обеспечивающего либо максимальную экономичность ГТУ, либо минимальный расход воздуха, то есть минимальные габаритные размеры и стоимость ГТУ.

Достоверные результаты расчета можно получить, только учитывая зависимость теплоемкости рабочего тела от температуры и изменение его химического состава вследствие сжигания топлива. Однако с учетом пологого характера зависимостей и при выборе расчетного обычно принимают постоянные значения теплоемкости отдельно для процессов сжатия, подвода теплоты к воздуху в регенераторе, в камере сгорания и для расширения в турбине.

После выбора производят уточненный расчет номинального режима работы, учитывая истинные значения теплоемкости, и определяют расход рабочего тела, исходя из заданной мощности. При дальнейшем проектировании выбирают частоту вращения турбомашин. Обоснованный выбор последней также является сложной технико-экономической задачей и производится с учетом многих факторов.

Расчет тепловой схемы возможен как на калькуляторе, так и при помощи ЭВМ.

2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ГТУ ИЛИ ГТД

С ЗАДАННЫМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ

При расчете схемы будем использовать индексы при обозначениях в соответствии с рис. 2.1.

Рис. 2.1. Цикл однокомпрессорных и двухкомпрессорных ГТУ

в Т-S – диаграмме

Расчеты тепловой схемы удобно выполнять на 1 кг рабочего тела, обычно воздуха на входе в компрессор. Из термодинамики известно, что работа 1 кг воздуха или газа при отсутствии теплообмена с окружающей средой численно равна разности энтальпий: в конце и в начале процесса сжатия воздуха в компрессоре ( ), а при расширении продуктов сгорания в турбине ( ).

Потерями теплоты вследствие теплообмена через стенки корпусов турбомашин в большинстве случаев можно пренебречь.