WfffiTo

п. .nn-nnnnnn.__■

Рис. 94. Пламенная труба' с экраном:

/ — корпус камеры -сгорания, 2 — стенка пламенной трубы, 3 — отверстия для про­хода воздуха, 4 — экран, 5 —смеситель; / — первичный воздух, // — вторичный воздух

Рис. 95. Схема охлаждения пламен­ной трубы многогорелочной камеры сгорания:

/ — корпус камеры сгорания, 2 — регистр охлаждающего воздуха, 3 — стенка пла­менной трубы

экран 4, который уменьшает поток теплоты излучением от нее на корпус 1 камеры сгорания. Отверстия 3 для прохода охлаждаю­щего воздуха выполняются как в экране, так и в стенке пламен­ной трубы.

Можно также создать слой охлаждающего воздуха у стенки пламенной трубы подачей избыточного количества первичного воз­духа (рис. 95). Для этого первичный воздух /,• поступая в специ­альный регистр J? фронтового устройства, закручивается в нем и равномерно распределяется по внутренней поверхности стенки 3 пламенной трубы.

Охлаждение пламенной трубы должно быть организовано так, чтобы температура по ее окружности была одинаковой и плавно изменялась, по длине. Если отдельные места стенки пламенной трубы перегреваются, она начинает коробиться, возможны прога­ры и разрушения. Как и в предыдущих случаях, снаружи пламенная труба охлаждается вторичным воздухом //.

¹ При ремонтах нельзя делать на пламенных трубах дополни­тельные отверстия для прохода воздуха, так как это приводит к местным перегревам стенок и быстрому выходу их из строя. ,__

Для расчета размеров элементов ГТУ необходимо знать рас­ходы воздуха и продуктов сгорания. Рассмотрим порядок опреде­ления их на примере расчета тепловой схемы ГТУ с одной камерой сгорания.

В этом случае должны быть заданы: полезная мощность уста­новки ,N_e или N_a; температура газа перед турбиной Т_с; темпера­тура воздуха перед компрессором Т_а; степень сжатия в компрес­соре е; степень расширения в турбине б; степень регенерации а; кпд турбины т]_т, компрессора т|_к, камеры сгорания т]_Кс, электриче­ского генератора х\_эг и механический кпд ГТУ т]_м; состав топлива и его низшая теплота сгорания Q_H^p.

Целью теплового расчета является определение: мощности тур­бины и компрессора; эффективного кпд ГТУ; расхода газа через турбину и камеру сгорания; расхода воздуха через компрессор и камеру сгорания; расхода топлива.

Вначале по результатам расчета теплового цикла для выбран­ной схемы ГТУ определим оптимальную степень сжатия в ком­прессоре е. По заданному составу топлива рассчитаем количество воздуха Z-o, необходимое для сжигания 1 кг топлива. Объемы (м³/кг) входящих в чистые продукты сгораниями получаемых при сгорании 1 кг топлива газов (при 20° С и давлении 0,1 МПа) мож­но рассчитать по следующим формулам.

Объем трехатомных газов — углекислого СО₂ и сернистого га­за SO₂:

V_R0, = 0,0185 (CP-f 0.37SP). Объем азота N₂:

V_Na = 0,615L₀ + 0.008NP,

где N^p — процентное содержание азота в топливе (по массе). Объем водяных паров:

V_Hao = 0,0124 (Нр + О? + WP_Ha0 + V^B_H°$),

где W_H^P_O — процентное содержание влаги в топливе (по массе); V ^J =0,001 L_od_B— количество влаги, дополнительно вносимое воздухом при его влагосодержании d_B, г/м³.

Объемные доли отдельных составляющих в чистых продуктах сгорания:

fRO_a — VrOj/^V; rN_a = vNj/ZV ;

где EV=Vro₂ +Vnj +Ун„о-

Зная объемные доли, определим молекулярную массу продук­тов сгорания:

т_пс - 4,401/-ro, + 28,15tn, + 18,02/-_Нао.

В этой формуле RO₂ — углекислый газ, так как содержание SO₂ в продуктах сгорания мало.

Воздух, поступающий в камеру сгорания," разделяется на два потока. Первичный воздух G_Bi направляется в пламенную трубу через фронтовое устройство, ^ а вторичный G_B2 — в зазор между пламенной трубой и корпусом камеры сгорания. Расход вторич­ного воздуха определяют по формуле

Отношение расхода воздуха через компрессор к расходу первич­ного воздуха G_B, называют коэффициентом избытка воздуха:

« = G_B/G

_Bl.

Чистые продукты сгорания в конце пламенной трубы переме­шиваются с большим количеством вторичного воздуха. Чтобы ох­ладить их до заданной температуры Т_с, нужно точно рассчитать количество вторичного воздуха, или коэффициент избытка возду­ха а, который связан с долей чистых продуктов сгорания r_nc в по­лучившейся смеси:

где то — молекулярная масса воздуха.

Значение (т_ас/т_о)-Ьо/(\+Ц) не зависит от коэффициента из­бытка воздуха и определяется только свойствами продуктов сго­рания данного топлива и окислителя (воздуха).

Зная Гпс, можно найти объемную долю воздуха в рабочих га­зах турбины:

'"в ⁼ * '"пс-

Однако для определения г_пс необходимо рассчитать коэффици­ент избытка воздуха а.

Коэффициент избытка воздуха простой ГТУ без регенерации теплоты определяется двумя соотношениями

ОС t=

, Q_P^Hi1kc +

К.

Шт

. __ 1 I /Wnc— Щ__j \ Щ 1 + Lq

\ /л_г — /л₀ / /л_пс Lit

где I_c = m_Ti_c и /_B=mot_B — мольные энтальпии продуктов сгорания и воздуха после компрессора; т_г—т_ПсГис + тог_в — молекулярная масса газа перед турбиной.

Одним из способов решения системы уравнений для определе­ния коэффициента избытка воздуха а является графический.

Определив коэффициент избытка воздуха а, можно найти ис­тинные значения г_пс и г_в.

Эффективную мощность ГТУ с учетом механических потерь и потерь воздуха на охлаждение и утечки можно определить по фор­муле

G_B (I

(I + Ь) Як

Коэффициенты, характеризующие потери воздуха на утечки 1у и охлаждение |₀. обычно составляют 1—3%.

Остальные параметры ГТУ можно рассчитать пО приведенным ниже формулам.

Расход воздуха в камеру сгорания

Расход воздуха через компрессор

G.' = C?.(l + 6_y)(l+5o). Расход топлива

_ч В = GJ{aL₀), или В = G_r/(1 +aL₀). Мощность турбины

Мощность компрессора

Эффективный кпд газотурбинной установки