Аналіз циклів газотурбінної установки

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ  УНІВЕРСИТЕТ 
 

«АНАЛІЗ ЦИКЛІВ ГАЗОТУРБІННОЇ  УСТАНОВКИ» 

ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА

курсової  роботи з дисципліни

«Теплотехніка» 

Д6.050401.49.06.172 КР 
 
 
 
 
 

Керівник

ст. викладач ___________________________________________________              ^{(підпис)        (дата)} 

О.Г.Волкова 

Розробив

ст. гр. ПТТ-07__________________________________________________

     ^{(підпис)                        (дата)}

                                                                                                   М.В.Водолазський  
 

2009

Донецький національний технічний університет 

Кафедра «Технічна  Теплофізика»

Дисципліна «Теплотехніка»

Спеціальність «Промислова Теплотехніка»

Курс 2     Група    ПТТ-07    Семестр IV  
 

ЗАВДАННЯ

на курсову  роботу студента

Водолазського Максима Валерийовича

1. Тема роботи: «Аналіз циклів газотурбінної установки»
2. Строк здачі студентом закінченої роботи 30.05.2009
3. Вихідні дані до роботи n=1,33; k=1,67; μ=4; P₁=1 бар; V₁=45 м³; T₁=305 К; λ_н=3;  λ_к=3; ρ_н=3,0; ρ_к=3,0; β_н=3,0; β_к=5,0; варіант №3.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки
1. розрахунок параметрів крапок циклу;
2. розрахунок кількості теплоти циклу;
3. розрахунок роботи циклу;
4. розрахунок термічних коефіцієнтів корисної дії ГТУ.
5. Перелік графічного матеріалу: схеми ГТУ з ізобарним та ізохорним підводом тепла.
6. Дата видачі завдання 19.02.2009

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗМІСТ 

ВСТУП……………………………………………………………………………..5

1 РОЗРАХУНОК  ПАРАМЕТРІВ ТОЧОК ЦИКЛУ……………………………..6

   1.1 Постійні…………………………………………………………………….6

   1.2 Точка  1……………………………………………………………………...8

   1.3 Точка  2……………………………………………………………………...9

   1.4 Точка  3…………………………………………………………………….12

   1.5 Точка  4…………………………………………………………………….16

2 РОЗРАХУНОК  КІЛЬКОСТІ ТЕПЛОТИ ЦИКЛУ…………………………...20

2.1 Розрахунок  кількості підведеної теплоти………………………………20

2.2 Розрахунок  кількості відведеної теплоти……………………………….21

2.3.1 Розрахунок  кількості теплоти, відведеної  від робочого тіла в компресорі……………………………………………………………….21

2.3.2 Розрахунок  кількості теплоти, відведеної від робочого тіла в ізобарному процесі 4-1………………………………………………….23

2.3.3 Розрахунок  кількості відведеної теплоти……………………………..24

2.4 Розрахунок  кількості теплоти, витраченої  на корисну роботу циклу...27

3 РОЗРАХУНОК  РОБОТИ ЦИКЛУ…………………………………………....27

   3.1 Розрахунок роботи стиску ………………………………………………27

   3.2 Розрахунок  роботи процесу підведення теплоти………………………29

   3.3 Розрахунок  роботи адіабатного розширення  робочого тіла………......30

   3.4 Розрахунок  роботи ізобарного процесу відводу  теплоти………….......31

   3.5 Розрахунок  роботи циклу………………………………………………..33

4 РОЗРАХУНОК  ТЕРМІЧНИХ КОЕФІЦІЕНТІВ КОРИСНОЇ  ДІЇ ГТУ…….34

5 ВИСНОВКИ……………………………………………………………………39

6 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ………………………………………………………..40

7 ДОДАТОК А…………………………………………………………………...41

8 ДОДАТОК Б…………………………………………………………………....43 

ВСТУП 

      Метою даної курсової роботи є дослідження впливу різних параметрів на термічний ККД теоретичного циклу газотурбінної установки за допомогою інженерного аналізу.

      Задача  даної роботи полягає у визначенні параметрів циклу в усіх крапках, а також кількості теплоти циклу, роботи циклу та термічного ККД циклу. Вихідними даними для дослідження є параметри робочого тіла в початковому стані: Р, V, Т; молекулярна маса газу μ, а також показники політропи і адіабати - n, k, ступінь підвищення тиску в компресорі b, ступінь попереднього розширення r, ступінь підвищення тиску в камері згоряння l .

   При розрахунку теоретичного циклу ГТУ  робляться наступні припущення:

• передбачається, що цикл є замкнутим, тобто кількість робочого тіла в циклі зберігається незмінною;
• процес згоряння палива заміняється процесом підведення теплоти ззовні через стінки корпусу ГТУ;
• умовно вважається, що робоче тіло, що відпрацювало, не викидається в атмосферу, а доводиться до початкового стана ізобарним відводом теплоти;
• у якості робочого тіла використовується ідеальний газ незмінного складу з постійною теплоємністю.

Задача, яка поставлена в даній роботі, є актуальною, особливо в останній час – час  енергетичної кризи., тому що має бути знайдено більш вигідний процес з точки зору термічного ККД, тобто повино більш повно використовуватися теплота спалювання палива в ГТУ 
 
 
 

1 ВИЗНАЧЕНЯ  ПАРАМЕТРІВ ЦИКЛУ 

      Цикл ГТУ  може здійснюватися за ізобарним (рисунок 1.1, а) або ізохорним (рисунок 1.1, б) підведенням  теплоти. Параметри всіх точок визначаються окремо для кожного виду підведення теплоти.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.1(а) –  Цикл ГТУ    Рисунок 1.1(б) – Цикл ГТУ

з ізобарним  підводом теплоти   з ізохорним підводом теплоти  

     1.1 Постійні

Газова постійна робочого тіла.

М – маса робочого тіла, обумовлена з рівняння стана. 

= . 

с_р – питома теплоємність робочого тіла при постійному тиску. 

 

 
c_v - питома теплоємність робочого тіла при постійному об’ємі.  

 

c_n - питома теплоємність політропного процесу. 

 

1.2 Точка 1 

Параметри робочого тіла в початковому стані задані у вихідних даних. 

P₁ =1 бар, V₁ = 45 м³, T₁=305 К. 

Ентропія робочого тіла визначається вираженням: 

 

1.3 Точка  2

Процес стиску робочого тіла (рисунок 1.2) може здійснюватися  ізотермічно (крива 1-2^т), адіабатно, (крива 1-2^s) і політропно (крива 1-2ⁿ). Оскільки, у вихідних даних було надано початкове та кінцеве значення коефіцієнту

β – ступеня  підвищення температури, тому у точках 2-4 будуть початкові та кінцеві значення величин, що залежать від цього коефіцієнту  у даній точці.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.2 – Процеси стиску робочого тіла в компресорі.  
 
 

 

Ізотермічний  стиск робочого тіла. 

 
 

     Адіабатний  стиск робочого тіла. 
 

 

     

     Політропний стиск робочого тіла. 
 

 

 

     1.4 Точка 3 

Підведення теплоти  в процесі 2-3 може здійснюватися  по ізобарі та ізохорі. При розрахунку параметрів точки 3 враховуємо параметри точки 2, що залежать від способу стиску робочого тіла в компресорі.  

Ізобарне  підведення теплоти 

Ізотермічний  стиск робочого тіла. 
 

 

Адіабатний  стиск робочого тіла.

Політропний стиск робочого тіла. 
 

 

Ізохорне  підведення теплоти 

Ізотермічний  стиск робочого тіла. 

Адіабатний  стиск робочого тіла. 

 

Політропний стиск робочого тіла. 

 
 
 
 
 

 

     1.5 Точка 4 

Процес 3-4 є процесом розширення робочого тіла в газовій  турбіні. При розрахунку параметрів точки 4 необхідно враховувати параметри  точки 2, що залежать від способу  стиску робочого тіла в компресорі. 

Ізобарне  підведення теплоти 

Ізотермічний  стиск робочого тіла. 

 

Адіабатний  стиск робочого тіла. 

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Політропний стиск робочого тіла.

 
 
 
 
 
 

Ізохорне  підведення теплоти 

Ізотермічний  стиск робочого тіла. 

 

Адіабатний  стиск робочого тіла. 

 

Політропний стиск  робочого тіла. 

 
 
 
 
 
 

 

2 РОЗРАХУНОК  КІЛЬКОСТІ ТЕПЛОТИ ЦИКЛУ 

    2.1 Розрахунок кількості підведеної теплоти 

Ізобарне  підведення теплоти