Таблица 6. Расчет характеристик продуктов сгорания и воздуха в процессе адиабатного расширения в газовой турбине
| №
| Наименование величины
| Обозна-
чение
| Размерность
| Значение
| Источник,
способ определения
|
| Параметры газообразного продукта сгорания на входе в ГТД
|
|
| Температура
| t3
| OC
|
| Из расчета КС
|
|
| Массовая теплоемкость
| cp 3
| кДж/(кг∙K)
|
| Из расчета КС
|
|
| Массовая энтальпия
| h3
| кДж/кг
|
| См. табл. 5
|
|
| Плотность
| ρ3
| кг/м3
|
| Из расчета КС
|
|
| Стандартная массовая энтропия компонентов продуктов сгорания
| s03 RO2
s 03 H2O
s 03 N2
s 03 В
| кДж/(кг∙K)
|
| Таблицы,
s03 = f(t3)
|
|
| Стандартная энтропия смеси газов на входе в ГТД
| s03
| кДж/(кг ∙ К)
|
| rH2O ∙ s03 H2O + rRO2∙ s03 RO2 + rN2 ∙ s03 N2 + rВ ∙ s03 В
|
|
| Давление газа (продуктов сгорания) на входе в первую ступень ГТ, с учетом аэродинамических потерь в КС
| p3
| бар
|
| pКС ∙ ηаЖТ,
где: ηаЖТ = 0,778 – коэффициент аэродинамического сопротивления (аэродинамический КПД) жаровых труб камеры сгорания
|
|
| Изменение энтропии в камере сгорания
| ∆s2–3
| кДж/(кг ∙ К)
|
| s03 – s02В КС
|
|
| Действительная энтропия на входе в ГТД
| s3
| кДж/(кг ∙ К)
|
| s2 + ∆s2–3
|
| Расчет давлений за последней ступенью ГТД и на входе в КУ
|
|
| Перепад давлений в газовом тракте “выхлоп ГТД – атмосфера”
| ∆pГВТ
| бар
(кПа)
| 0,017
1,74
| Здесь принято по данным испытаний.
|
|
| Давление газов за выходным диффузором ГТД
| pН
| бар
|
| pНВ + ∆pГВТ
|
|
| Степень повышения давления в диффузоре ГТД
| εД ГТ
| –
| 1,01
| Рекомендации:
1,01¸ 1,1
|
|
| Давление газов за последней ступенью ГТ
| p4
| бар
|
| pН / εД ГТ
|
|
| Повышение давления в диффузоре
| ∆pД ГТ
| бар
|
| pН – p4
|
|
| Степень расширения газов в ГТ (относительное давление)
| ε2
| –
|
| p3 / p4
|
|
| Потеря давления в диффузоре, соединяющем ГТ с КУ
| ∆pДИФ
| бар
| 0,025
| Принято по данным
испытаний:
0,02 ¸ 0,03
|
|
| Давление газов на входе в КУ
| p4 КУ
| бар
|
| p4 – ∆pДИФ
|
| Оценка температуры газов на выходе из последней ступени ГТД в действительном процессе без учета воздуха на охлаждение проточной части
(рабочее тело ГТД – воздух)
|
|
| Стандартная молярная энтропия перед ГТ
| S03
| кДж/(моль∙K)
|
| Таблицы (атмосферный воздух):
f(t3)
|
|
| Универсальная газовая постоянная
| μR
| кДж/(моль∙K)
| 8,314
| [3]
|
|
| Стандартная молярная энтропия в конце изоэнтропийного процесса ГТ
| S04 t
| кДж/(моль∙K)
|
| S03 - μR ln (p3 / p4)
|
|
| Температура рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ
| t4 t
| OC
|
| Таблицы (атмосферный воздух):
f(S04 t)
|
|
| Энтальпия рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ
| h4t В
| кДж/кг
|
| Таблицы (атмосферный воздух):
f(S04 t)
|
|
| Удельная работа в теоретическом процессе
| ℓТ t
| кДж/кг
|
| h3 – h4 t
|
|
| Удельная работа в действительном процессе
| ℓТ
| кДж/кг
|
| ℓТ t ∙ ηтoi
|
|
| Энтальпия рабочего тела в действительном процессе за последней ступенью ГТ
| h4
| кДж/кг
|
| h3 – ℓТ
|
|
| Теплосодержание трехатомных газов:
t =450 OC
t =500 OC
t = 550 OC
t = 600 OC
t = 1100 OC
t = 1150 OC
t = 1200 OC
| h RO2
| кДж/кг
|
642,6
700,0
758,5
817,8
1449,0
1514,7
1580,9
| Таблицы,
h RO2 = f(t)
|
|
| Теплосодержание водяных паров:
t =450 OC
t =500 OC
t = 550 OC
t = 600 OC
t = 1100 OC
t = 1150 OC
t = 1200 OC
| h H2O
| кДж/кг
|
1385,2
1490,9
1598.3
1707,5
2895,9
3023,7
3152,9
| Таблицы,
h H2O = f(t)
|
|
| Теплосодержание азота:
t =450 OC
t =500 OC
t = 550 OC
t = 600 OC
t = 1100 OC
t = 1150 OC
t = 1200 OC
| h N2
| кДж/кг
|
754,5
809,5
865,1
921,3
1509,3
1570,2
1631,3
| Таблицы,
h N2 = f(t)
|
|
| Теплосодержание воздуха:
t =450 OC
t =500 OC
t4В = 545 OC
t = 550 OC
t = 600 OC
t = 1100 OC
t = 1150 OC
t = 1200 OC
| hВ
| кДж/кг
|
738,1
792,4
841,9
847,3
902,8
1483,0
1543,0
1603,3
| Таблицы,
hВ = f(t)
Примечание.
t4В = 545 OC – температура рабочего тела за последней ступенью ГТД, смотри ниже.
|
|
| Энтальпия газовой смеси:
t =450 OC
t =500 OC
t = 550 OC
t = 600 OC
| h4 Г
| кДж/кг
|
790,818
812,654
834,772
857,18
| rH2O ∙h H2O + rRO2 ∙h RO2 + rN2 ∙h N2 + rВ ∙hВ
|
|
| Температура рабочего тела за последней ступенью ГТД
| t4
| OC
|
| Определяется путем интерполяции при условии:
h4 = h4 Г
|
| Воздух ГТД
|
|
| Теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания 1 м3, то есть воздух принявший участие в реакции горения при a = 1
| V0
| м3/м3
|
| Определено при расчете КС
|
|
| Коэффициент избытка воздуха в КС
| aКС
| –
|
| Определено при расчете КС
|
|
| Избыток воздуха в продукте сгорания топлива
| ∆VB
| м3/м3
|
| Определено при расчете КС
|
|
| Доли воздуха, отбираемого из компрессора на охлаждение ГТД
|
|
| после 5-ой ступени компрессора
| βВО 5
| %
| 0,03
|
|
| после 7-ой ступени компрессора
| βВО 7
| %
| 0,2
|
|
| после 10-ой ступени компрессора
| βВО 10
| %
| 2,55
|
|
| после последней ступени компрессора через ВВТО
| βВО 15 + βВВТО 15
| %
| 10,22
| 5,8 + 4,42
|
|
| Суммарная доля воздуха отбираемого из компрессора на охлаждение ГТД
| β
| –
| 0,13
| βВО 5 + βВО 7 + βВО 10 + βВО 15 + βВВТО
[Инструкция по эксплуатации ГТД]
|
|
| Суммарный расход воздуха компрессора
| VК
| м3/м3
|
| aКС ∙ V0 / (1 – β)
|
|
| Объемные доли воздуха, поступающего в ГТД при температуре:
t = t3
t = t2 (5)
t = t2 (7)
t = t2 (10)
t = t2 В
t = tВВТО = 150 ОС
|
rВКС
rВО 5
rВО 7
rВО 10
rВО 15
rВВТО
|
–
–
–
–
–
–
|
0,644 0,00033
0,0022
0,0279
0,06345
0,04835
|
∆VB / VГ
βВО 5 ∙ (VК / VГ)
βВО 7 ∙ (VК / VГ)
βВО 10 ∙ (VК / VГ)
βВО 15 ∙ (VК / VГ)
βВВТО ∙ (VК / VГ)
|
|
| Теплосодержания потоков воздуха охлаждения на входе в ступени ГТД в действительном процессе при температуре:
t = t3
t = t2 (5)
t = t2 (7)
t = t2 (10)
t = t2 В
t = tВВТО = 150 ОС
|
h3
h2 (5)
h2 (7)
h2 (10)
h2 (15)
h2 ВВТО
|
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
|
1540,6
488,212
536,541
579,675 661,311
424,4
| Таблицы, h = f(t)
|
| Работа ГТД
|
|
| Полезная работа, совершенная газом, поступающим из камеры сгорания в ГТД
| ℓт Г КС
| кДж/кг
|
| h3 – (rRO2 ∙h RO2+ rH2O ∙h H2O+
rN2 ∙h N2 + rВКС ∙ h4 В)
|
|
| Работа, затраченная продуктами сгорания в ГТД на нагрев воздуха
| (ℓт)В ОХЛ
| кДж/кг
|
| rВО 5 ∙(h4 В – h2 (5)) + rВО 7 ∙ (h4 В – h2 (7)) + rВО 10 ∙ (h4 В – h2 (10)) + rВО 15 ∙ (h4 В – h2 (15)) + rВВТО ∙ (h4 В – h2 ВВТО)
|
|
| Действительная работа ГТД с учетов поступления воздуха на охлаждение проточной части ГТД
| (ℓт)ОХЛ
| кДж/кг
|
| ℓт Г КС – (ℓт)В ОХЛ
|
|
| Энтальпия газов за последней ступенью ГТД с учетом охлаждения проточной части
| h4 ОХЛ
| кДж/кг
|
| h4СМ = h4 ОХЛ
|
| Расчет температуры газообразного продукта сгорания топливной смеси на выходе из последней ступени ГТД (t4) с учетом воздуха на охлаждение проточной части
|
|
| Теплосодержание трехатомных газов:
t =450 OC
t =500 OC
t = 550 OC
t = 600 OC
| h RO2
| кДж/кг
|
642,6
700,0
758,5
817,8
| Таблицы,
h RO2 = f(t)
|
|
| Теплосодержание водяных паров:
t =450 OC
t =500 OC
t = 550 OC
t = 600 OC
| h H2O
| кДж/кг
|
1385,2
1490,9
1598,3
1707,5
| Таблицы,
h H2O = f(t)
|
|
| Теплосодержание азота:
t =450 OC
t =500 OC
t = 550 OC
t = 600 OC
| h N2
| кДж/кг
|
754,5
809,5
865,1
921,3
| Таблицы,
h N2 = f(t)
|
|
| Теплосодержание воздуха:
t =450 OC
t =500 OC
t = 550 OC
t = 600 OC
| hВ
| кДж/кг
|
738,1
792,4
847,3
902,8
| Таблицы,
hВ = f(t)
|
|
| Энтальпия газовой смеси
| h4 Г ОХЛ
| кДж/кг
|
| rH2O ∙h H2O + rRO2 ∙h RO2 + rN2 ∙h N2 + rВ ∙ h4 В + h4 В ∙ ∑ri
|
|
| Температура рабочего тела за последней ступенью ГТД
| t4
| OC
|
| Определяется путем интерполяции при условии:
h4 ОХЛ = h4 Г ОХЛ
|
| КПД ГТД
|
|
| Относительный внутренний КПД с учетом охлаждения проточной части
| (ηтoi)ОХЛ
| –
|
| (ℓт)ОХЛ / ℓТ t,
где:
(ℓт)ОХЛ = 762,237;
ℓТ t = 891,8.
|
|
| Снижение экономичности ГТД от охлаждения лопаточного аппарата
| ∆ ηтoi
| –
|
| ηтoi – (ηтoi)ОХЛ
|
Таблица 7. Расчет мощности ГТУ
| №
| Наименование величины
| Обозна-
чение
| Размер-
ность
| Значение
| Источник,
способ определения
|
| а) компрессор
|
|
| Энтальпия воздуха на входе в камеру сгорания,
| hB
| кДж/кг
|
| Определено при расчете компрессора
|
|
| Плотность воздуха компрессора при температуре:
t = t2 (5)
t = t2 (7)
t = t2 (10)
t =t2 (15) = t2 В
t = tВВТО = 150 ОС
|
ρ 2 (5)
ρ 2 (7)
ρ 2 (10)
ρ 2 (15)
ρ 2 ВВТО
|
кг/м3
|
|
По формуле:
(p2 ∙ 102) / (RВ ∙ T2 )
|
|
| Удельная теоретическая работа, затраченная компрессором
| ℓк t
| кДж/кг
|
| См. расчет компрессора
|
|
| Удельная теоретическая работа сжатия воздуха компрессора на охлаждение ГТ
| ℓк t (5)
| кДж/кг
|
|
См. расчет компрессора
|
| ℓк t (7)
| кДж/кг
|
|
| ℓк t (10)
| кДж/кг
|
|
| ℓк t 15
| кДж/кг
|
|
| ℓк t ВВТО
| кДж/кг
|
|
| б) камера сгорания
|
|
| Коэффициент избытка воздуха в жаровых трубах камеры сгорания
| aЖТ
| –
|
| См. расчет КС
|
| в) газовая турбина
|
|
| Энтальпия газов на входе в ГТ (в камере сгорания), соответствующая действительной температуре горения
| h3
| кДж/кг
|
| Определено при расчете ГТ
|
|
| Энтальпия рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ
| h4 t
| кДж/кг
|
| Из расчета ГТД
|
|
| Температура воздуха в конце изоэнтропийного процесса ГТ
| t4 t
| OC
|
| Из расчета ГТД
|
|
| Давление за последней ступенью ГТ
| p4
| бар
|
| Из расчета ГТД
|
|
| Плотность воздуха при температуре рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ
| ρ 4 В
| кг/м3
|
| По формуле:
(p4 ∙ 102) / (RВ ∙ T4 t)
|
|
| Плотность продукта сгорания на входе в ГТ
| ρ3
| кг/м3
|
| Из расчета КС
|
|
| Плотность газов за ГТ (на входе в КУ)
| ρГ КУ
| кг/м3
|
| Из расчета ГТД
|
|
| Средняя плотность газов камеры сгорания в ГТ
| ρСРГТ
| кг/м3
|
| (ρ3 + ρГ КУ)/2
|
|
| Удельная работа в ГТ продукта камеры сгорания в теоретическом процессе
| ℓт t
| кДж/кг
|
| Из расчета ГТД:
h3 – h4 t
|
|
| Теплосодержания потоков воздуха компрессора на входе в ступени ГТД в действительном процессе при температуре:
t = t2 (5)
t = t2 (7)
t = t2 (10)
t = t2 В
t = tВВТО = 150 ОС
|
h2 (5)
h2 (7)
h2 (10)
h2 (15)
h2 ВВТО
|
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
|
| Из расчета ГТД
|
|
| Удельная работа воздуха охлаждения ГТД в теоретическом процессе
| ℓt (5)ГТ
ℓt (7)ГТ
ℓt (10)ГТ
ℓt (15)ГТ
ℓt ВВТОГТ
| кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
|
| h2 (5) – h4 t
h2 (7) – h4 t
h2 (10) – h4 t
h2 (15) – h4 t
h2 ВВТО – h4 t
|
|
| Средняя плотность охлаждающего воздуха в ГТ
| ρ 2 (5)ГТ
ρ 2 (7)ГТ
ρ 2 (10)ГТ
ρ 2 (15)ГТ
ρ 2 ВВТОГТ
| кг/м3
|
|
По формуле:
ρ 2 (5) + ρ 4 В.
Здесь: ρ 2 ВВТОГТ = ρ 2 (15)ГТ
|
| Оценка мощностей первичных двигателей ПГУ
|
|
| Действительная удельная работа газов
в ГТ
| ℓТ
| кДж/кг
|
| h3 – h4 Г ОХЛ
|
|
| Электрическая мощность одной ГТУ
| NЭ ГТУ
| МВт
| 110,0
| Задано
|
|
| Электрическая мощность паротурбинной установки
| NЭ ПТУ
| МВт
| 103,74
| Из расчета ПТ
|
|
| Электрическая мощность ПГУ
| NЭ ПГУ
| МВт
| 323,74
| 2×NЭГТУ + NЭ ПТУ
|
| Оценка расхода топлива на ГТУ
|
|
| Массовый расход газов за ГТ
| GТ
| кг/с
|
| NЭ ГТУ / [(ℓТ – 1/(1 – β) ∙ ℓк t / ηOI К) ∙ η М ГТ ∙ η Г ГТ]
|
|
| Количество воздуха, минимально необходимое для полного горения при a = 1
| L0
| кг/кг
|
| V0 ∙(ρНВ / ρ ПГ),
где при НФУ:
ρНВ = 1,226;
ρ ПГ = 0,716.
|
|
| Количество воздуха в продукте сгорания топлива
| ∆LB
| кг/кг
|
| ∆VB ∙(ρНВ / ρ ПГ),
где при НФУ:
ρНВ = 1,226;
ρ ПГ = 0,716.
|
|
| Расход топлива
| ВТ
| кг/с
|
| GТ / (1 + aКС ∙ L0)
|
|
| Объемный расход топлива в КС при заданной электрической нагрузке ГТУ
| VПГ
| м3/с
|
| BТ / ρ ПГ
при ρ ПГ = 0,716 кг/м3
|
| Расчет расходов воздуха компрессора
|
|
| Суммарный массовый расход воздуха компрессора
| GКД
| кг/с
|
| (GТ – ВТ)
|
|
| Приведенный расход воздуха компрессора
| GВ ПР
| кг/с
|
| G ∙ (pПР / pН) ∙ [(z / zПР) ∙ (R / RПР) ∙ (TН / TПР)]0,5,
где:
pПР = 1,013 бар; TПР = 293 K;
RПР = 0,287 кДж/(кг∙K);
z / zПР =1.
|
|
| Суммарный объемный расход воздуха компрессора
| VКД
| м3/с
|
| GКД / ρНВ
|
|
| Объемные расходы воздуха, отбираемого из компрессора:
| VВО 5Д
| м3/с
|
| 0,0003 ∙ VКД
|
| VВО7 Д
| м3/с
|
| 0,002 ∙ VКД
|
| VВО10Д
| м3/с
|
| 0,026 ∙ VКД
|
| VВО15Д
| м3/с
|
| 0,058 ∙ VКД
|
| VВВТОД
| м3/с
|
| 0,044 ∙ VКД
|
|
| Массовые расходы воздуха, отбираемого из компрессора:
| GВО 5Д
| кг/с
|
| VВО 5Д ∙ ρ 2 (5)ГТ
|
| GВО7 Д
| кг/с
|
| VВО7 Д ∙ ρ 2 (7) ГТ
|
| GВО10Д
| кг/с
|
| VВО10Д ∙ ρ 2 (10) ГТ
|
| GВО15Д
| кг/с
|
| VВО15Д ∙ ρ 2 (15) ГТ
|
| GВВТОД
| кг/с
|
| VВВТОД ∙ρ 2 ВВТО ГТ
|
|
| Действительный массовый расход воздуха в КС
| GВ КС
| кг/с
|
| GКД – (GВО 5Д + GВО7 Д + GВО10Д + GВО15Д + GВВТОД)
|
| Расчет внутренней мощности компрессора
|
|
| Теоретическая мощность, затраченная на воздух, поступающий в КС
| N О В КС
| кВт
|
| GВ КС ∙ ℓк t
|
|
| Теоретическая мощность, затраченная на потоки воздуха охлаждения ГТД
| N ОК (5)
| кВт
|
| GВО 5Д ∙ ℓк t (5)
|
| N ОК (7)
| кВт
|
| GВО7 Д ∙ ℓк t (7)
|
| N ОК (10)
| кВт
|
| GВО10Д ∙ ℓк t (10)
|
| N ОК (15)
| кВт
|
| GВО15Д ∙ ℓк t 15
|
| N ОК ВВТО
| кВт
|
| GВВТОД ∙ ℓк t ВВТО
|
|
| Суммарная мощность воздуха охлаждения
| ∑(N О В ОХЛ)I
| кВт
|
| N ОК (5) + N ОК (7) + N ОК (10) + N ОК (15) + N ОК ВВТО
|
|
| Внутренняя мощность компрессора
| NI К
| кВт
|
| (N О В КС - ∑(N О В ОХЛ)I) / ηOI К
|
| Расчет мощности газовой турбины
|
|
| Электрическая мощность газовой турбины
| NЭ ГТ
| кВт
|
| NЭ ГТУ + NI К
|
|
| Теоретическая мощность, развиваемая газами камеры сгорания
| NO КС
| кВт
|
| [NЭ ГТ/ ηКС – ∑(N О В ОХЛ)I ]/(ηOI ГТ ∙ η М ГТ ∙ η Г ГТ)
|
|
| Теоретическая мощность газовой турбины
| NO ГТ
| кВт
|
| NO КС + ∑(N О В ОХЛ)I
|
|
| Количество теплоты, полученное газами в камере сгорания
| QКС
| кДж/с
|
| NO ГТ / ηКС
|
| Расчет экономических показателей ГТУ
|
|
| Удельный расход действительного топлива на ГТУ
| bТГТУ
| г / (кВт∙ч)
|
| 3600 ∙ (BТ ∙ 1000)/ NЭ ГТУ
|
|
| Расход условного топлива на ГТУ
| BУ.Т.
| кг/с
|
| BТ ∙ QРН / Q У.Т. , где Q У.Т. = 29300 кДж/кг
|
| Примечание. Точнее Q У.Т. = 29307,6 кДж/кг, однако в расчетах обычно принимают 29300 кДж/кг.
|
|
| Удельный расход условного топлива на ГТУ
| (bТГТУ)У.Т.
| г / (кВт∙ч)
|
| 3600 ∙ (BУ.Т. ∙ 1000)/ NЭ ГТУ
|
|
| Абсолютный (термический) КПД обратимого цикла ГТУ
| ηtГТУ
| –
|
| [(h3 – h4 t) – (h2 t – h1)] / (h3 – h2 t)
|
|
| Относительный внутренний КПД необратимого (реального) цикла ГТУ
| ηi ГТУ
| –
|
| [(h3 – h4 t) ∙ ηOI ГТ – (h2 t – h1) / ηOI К] / [h3 – h2) / ηКС]
|
|
| Относительный эффективный КПД ГТУ
| η ОЕ ГТУ
| –
|
| ηi ГТУ ∙ η М ГТУ
|
|
| Относительный электрический КПД ГТУ
| ηОЭГТУ
| –
|
| ηiГТУ∙η М ГТУ∙η Г ГТУ
|
