Расчет трехвальной приводной ГТУ на переменный режим работы

Как и в двухвальных ГТУ, в трехвальных для расчета переменного режима работы используется уравнение расхода рабочего тела через турбину Стодолы-Флюгеля.

По аналогии с двухвальной ГТУ составляем это уравнение для всей турбины (из трех турбин: ТВД, ТНД, СТ) и первой турбины (ТВД) и, приравнивая их, получаем:

,

где .

Для определения используем уравнение расхода для отсека, состоящего из первых двух турбин (ТВД и ТНД):

.

Возводя обе части уравнения в квадрат, после простых преобразований получаем:

,

где .

Учитывая баланс мощностей компрессоров и приводящих их турбин, то есть , получаем

,

откуда следует, что .

В последнем уравнении теплоемкости принимаются как средние величины для двух компрессоров и двух турбин, - как средняя между первой и второй турбинами.

Расчет переменного режима при ; несколько проще, поскольку в нем расход для всей турбины - расход первой турбины .

В этом случае .

Параметры номинального режима работы:

; ; ; ; ; .

Значения КПД турбомашин, теплофизических параметров рабочих тел, вспомогательных коэффициентов принимаем из уточненного расчета схемы ГТУ на номинальный режим работы (п.3.2.1).

Таблица 4.3

Пример расчета тепловой схемы двухвальной ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов,

оснащенной РСА СТ, на режим , ; ;

№ п/п	Величина	Обоз-начения	Расчетная формула	Размер-ность	Режимы
	Степень расширения продуктов сгорания в турбинах		Задаем	-	6,5	6,37	6,2	6,00	5,8	5,6
	Степень повышения давления в компрессоре			-	7,14	7,0	6,81	6,59	6,37	6,15
	Удельная работа сжатия компрессора			кДж/кг	253,8	250,4	245,8	240,4	234,8	229,1
	Удельная работа расширения первой турбины			кДж/кг	268,3	264,7	259,9	254,2	248,3	242,3
	Относительная температура продуктов сгорания перед турбиной			-	1,04	1,00	0,95	0,88	0,82	0,77
	Температура продуктов сгорания перед турбиной			К
	Степень расширения продуктов сгорания в первой турбине			-	2,61	2,69	2,81	2,97	3,15	3,36

Окончание табл.4.3

	Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине			-	2,49	2,37	2,21	2,02	1,84	1,67
	Температура воздуха за компрессором			К	541,2	537,9	533,4	528,0	522,5	516,9
	Температура продуктов сгорания перед силовой турбиной			К	989,5	943,1	883,9	816,6	751,7	689,4
	Удельная работа расширения продуктов сгорания в силовой турбине			кДж/кг	207,72	188,06	163,33	135,66	109,53	84,93
	Удельная эффективная работа ГТУ			кДж/кг	198,48	179,69	156,06	129,62	104,66	81,15
	Относительная удельная эффективная работа ГТУ			-	1,1	1,0	0,9	0,7	0,6	0,5
	Относительная эффективная мощность ГТУ			-	1,1	1,0	0,9	0,7	0,6	0,5
	Температура продуктов сгорания за силовой турбиной			К	809,1	779,7	742,0	698,7	656,6	615,6
	Температура воздуха за регенератором			К	734,1	712,0	683,6	650,9	619,0	588,0
	Количество теплоты, подведенное к воздуху в регенераторе			кДж/кг	732,3	710,2	681,9	649,3	617,5	586,5
	Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС			кДж/кг	572,0	534,9	501,9	457,4	414,6	373,5
	Эффективный КПД ГТУ			-	0,345	0,334	0,309	0,282	0,251	0,216
	Относительный эффективный КПД ГТУ			-	1,033	1,000	0,926	0,844	0,752	0,647

Параметры номинального режима работы:

; ; ; ; ; .

Значения КПД турбомашин, теплофизических параметров рабочих тел, вспомогательных коэффициентов принимаем из уточненного расчета схемы ГТУ на номинальный режим работы (п.3.2.1).

Таблица 4.4

Пример расчета тепловой схемы двухвальной ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов,

оснащенной РСА СТ, на режим ; ; (оптимальная программа регулирования)

№ п/п	Величина	Обозна-чения	Расчетная формула	Размер-ность	Режимы
	Степень расширения продуктов сгорания в турбинах		Задаем	-	6,7	6,37	6,2		5,8	5,6
	Степень повышения давления в компрессоре			-	7,36	7,00	6,81	6,59	6,37	6,15
	Удельная работа сжатия компрессора			кДж/кг	258,9	250,4	245,8	240,4	234,8	229,1
	Удельная работа расширения первой турбины			кДж/кг	273,7	264,7	259,9	254,2	248,3	242,3
	Температура продуктов сгорания перед турбиной			-
	Степень расширения продуктов сгорания в первой турбине			-	2,76	2,69	2,65	2,61	2,57	2,52
	Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине			-	2,43	2,37	2,34	2,30	2,26	2,22
	Температура воздуха за компрессором			К	546,3	537,9	533,4	528,0	522,5	516,9

Окончание табл.4.4

	Относительная температура продуктов сгорания перед турбиной			-	1,011	1,000	0,994	0,987	0,980	0,972
	Относительный расход воздуха через компрессор			-	1,047	1,000	0,975	0,947	0,917	0,888
	Температура продуктов сгорания перед силовой турбиной			К
	Удельная работа расширения продуктов сгорания в свободной силовой турбине			кДж/кг	194,1	188,1	184,9	181,1	177,1	173,0
	Удельная эффективная работа ГТУ			кДж/кг	185,5	179,7	176,7	173,0	169,2	165,3
	Относительная удельная эффективная работа ГТУ			-	1,03	1,0	0,99	0,96	0,94	0,92
	Относительная эффективная мощность ГТУ			-	1,08	1,0	0,96	0,91	0,87	0,82
	Температура воздуха за регенератором			К	714,2	711,8	710,6	709,1	707,5	706,0
	Количество теплоты, подведенное к воздуху в регенераторе			кДж/кг	712,4	710,1	708,8	707,3	705,8	704,2
	Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС			кДж/кг	547,0	535,4	529,2	521,8	514,1	506,3
	Эффективный КПД ГТУ			-	0,337	0,334	0,332	0,330	0,328	0,325
	Относительный эффективный КПД ГТУ			-	1,010	1,000	0,995	0,988	0,980	0,973

Рис. 4.4 Зависимость определяющих параметров двухвальной ГТУ с регенерацией теплоты

уходящих газов, оснащенной РСА СТ

(программа регулирования

;;; )

Рис. 4.5. Зависимость определяющих параметров двухвальной ГТУ с регенерацией теплоты

уходящих газов, оснащенной РСА СТ

(программа регулирования

;; )

Параметры номинального режима работы:

; ; ; ; ; ; .

Таблица 4.6