Как найти кпд гту

Газотурбинные установки

Газотурбинные
циклы

1.
Расчет
термического КПД цикла ГТУ с опорой на
базовые понятия

2.
Цикл ГТУ: построение диаграмм и расчет
термического КПД: (pic) 
MAS
11 MCS
14

Цикл
Брайтона/Джоуля — термодинамический
цикл, описывающий рабочие
процессы газотурбинного,
турбореактивного
и прямоточного
воздушно-реактивного двигателей
внутреннего сгорания, а также газотурбинных
двигателей внешнего сгорания с замкнутым
контуром газообразного (однофазного)
рабочего тела.

Цикл назван
в честь американского инженера Джорджа
Брайтона, который изобрёл
поршневой двигатель внутреннего
сгорания, работавший по этому циклу.

Иногда этот
цикл называют также циклом Джоуля —
в честь английского физика Джеймса
Джоуля, установившего механический
эквивалент тепла.

P — V диаграмма цикла Брайтона

(T — S) диаграмма цикла Брайтона

Идеального
(1—2—3—4—1)

Реального (1—2_p—3—4_p—1)

Идеальный
цикл Брайтона состоит из процессов

• 1—2
  Изоэнтропическое сжатие.

• 2—3
  Изобарический
  подвод теплоты.

• 3—4
  Изоэнтропическое расширение.

• 4—1
  Изобарический
  отвод теплоты.

С учётом
отличий реальных адиабатических
процессов расширения и сжатия от
изоэнтропических, строится реальный
цикл Брайтона (1—2_p—3—4_p—1
на T-S диаграмме)

Термический
КПД
идеального цикла Брайтона принято
выражать формулой:

где

 —
степень повышения давления в процессе
изоэнтропийного сжатия (1—2);

 —
показатель
адиабаты (для воздуха равный
1,4)

Следует
особо отметить, что этот общепринятый
способ вычисления КПД цикла затемняет
суть происходящего процесса. Предельный
КПД термодинамического цикла вычисляется
через отношение температур по формуле
Карно:

.

где

—
температура холодильника;

—
температура нагревателя.

Ровно это
же отношение температур можно выразить
через величину применяемых в цикле
отношений давлений и показатель адиабаты:

.

Таким
образом, КПД цикла Брайтона зависит от
начальной (
)
и конечной температур (
)
процесса сжатия ровно так же, как и КПД
цикла Карно. При бесконечно малой
величине нагрева рабочего тела по линии
(2-3) процесс можно считать изотермическим
и полностью эквивалентным циклу Карно.
Величина нагрева рабочего тела

при
изобарическом процессе определяет
величину работы отнесённую к количеству
использованного в цикле рабочего тела
и не влияет на рассчитанный по вышеуказанной
формуле термический КПД цикла.

Однако при
реализации цикла нагрев стремятся
производить до возможно больших величин,
ограниченных жаростойкостью применяемых
материалов — с целью минимизировать
размеры механизмов, осуществляющих
сжатие и расширение рабочего тела.
Поэтому верхней температурой цикла
практически является температура

.
Соответственно, КПД цикла Брайтона
меньше КПД цикла Карно, реализованного
в диапазоне температур

—

.

На
рис. 15.1 показана схема простейшей
газотурбинной установки

(ГТУ)
со сгоранием при р = сonst. ГТУ такого типа
наиболее

распространены.

Воздушный
компрессор (К), приводимый в действие
от

газовой
турбины (ГТ), нагнетает воздух в камеру
сгорания (КС). Туда же

подается
в распыленном виде топливо от топливного
насоса (ТН). Из КС

продукты
сгорания направляются в газовую турбину,
где их энергия

превращается
в работу для вращения электрогенератора
(ЭГ),

компрессора,
топливного насоса и других агрегатов.
При запуске

установки
турбина вращается пусковым электродвигателем
(ПД).

Идеальный
цикл ГТУ в диаграммах p,υ и T,s приведен
на рис. 15.2а (11.13) и

15.2б
(11.14).

Рис. 11.13. Цикл ГТУ в диаграмме p,υ

Рис. 11.14. Цикл ГТУ в диаграмме T,s

В
этом цикле: 1-2 – адиабатный процесс
сжатия в ВК от начального

давления
Р1
до
давления Р2,
2-3 – изобарный (Р2
=
соnst) подвод теплоты в

количестве
q1,
3-4 – адиабатное расширение рабочего
тела в ГТ от

давления
Р2
до
давления Р1
и,
наконец, 4-1 – изобарный процесс

возвращения
рабочего тела в исходное состояние, при
этом отводится

теплота
q2.
На диаграмме p,υ (рис. 11.13) площадь 1-2-6-5-1

соответствует
технической работе компрессора

,
а площадь 3-4-5-6-3 –

технической
работе газовой турбины

.
Работа цикла равна

.

На
диаграмме T,s (рис. 11.14) подведенная теплота
q₁
соответствует

площади
2-3-6-5-2, а отведенная теплота q₂
–
площади 4-1-5-6-4.

Полезно
использованная теплота в цикле равна

.

Характеристиками
цикла являются: степень повышения
давления в компрессоре

π_к
=
р2/р1
и
степень изобарного расширения ρ
=
υ3/υ2.

Количество
подводимой и отводимой теплоты
определяется по формулам

(ср
–
постоянная изобарная теплоемкость
рабочего тела):

Тогда
термический КПД цикла равен

.

Выражение
(11.22) после преобразования принимает
вид

.
(11.23)

В
реальной ГТУ из-за потерь на трение,
вихреобразование и т.п.

процессы
сжатия в компрессоре и расширения в
турбине не являются

адиабатными.
Действительный цикл ГТУ показан на рис.
15.3 и 11.15 в

диаграмме
T,s.

Рис.
11.15. Действительный цикл ГТУ

Потери
в компрессоре оцениваются адиабатным
КПД

где

–
теоретическая (адиабатная) работа в
компрессоре, равная

;

– действительная
работа в компрессоре, равная

.

Величина
адиабатного КПД компрессора η_кад

достигает
0,8 – 0,85.

Потери
в турбине оцениваются относительным
КПД, который равен

где

–
действительная работа расширения в
турбине, равная

′

–
адиабатная
работа расширения в турбине, равная

.

У
современных газовых турбин


=
0,8 – 0,9. Для того, чтобы построить
действительный цикл ГТУ или определить
параметры в точках

2′
и
4′,
нужно задаться значениями


и

(из
справочной литературы).

Работа
действительного
цикла
ГТУ равна

Теплота,
подведенная в КС реальной
ГТУ,
подсчитывается по

формуле

.

Внутренний
КПД ГТУ,
учитывающий указанные выше потери в
компрессоре и турбине, равен

Эффективный
КПД,
учитывающий
все составляющие преобразования теплоты
в электроэнергию, включая тепловые
потери в камере сгорания, механические
потери на трение в подшипниках и потери
в электрическом генераторе,

равен

где
η_м
–
механический КПД, равный обычно 0,95 –
0,99;

– КПД
камеры сгорания, равный 0,98;

– КПД
электрического генератора

Задание
№ 2.

Расчет
эффективного КПД ГТУ (pic)
http://twt.mpei.ac.ru/MCS/Worksheets/PTU/GTU.xmcd

ГТУ.
Определить
эффективный КПД

газотурбинной
установки (ГТУ) без регенерации теплоты
(рис. 11.12), если

дано:
степень повышения давления в компрессоре
π_к
=
p₁/р₂
и
температура

газов
перед турбиной t₃
–
приведены по вариантам в таблице 11.2;

температура
воздуха на входе в компрессор t₁
=
30^оC;

адиабатный
КПД компрессора
(внутренний
относительный КПД компрессора)

=η_кад
=
0,82;

относительный
внутренний КПД турбины

=0,87;

механический
КПД η_м
=
0,98;

КПД
камеры сгорания

0.98

КПД
электрического генератора

Таблица
11.2

Исходные
данные к задаче ГТУ по вариантам

Указания:
а) для воздуха и продуктов сгорания
принять k
= Ср/Сv
=
1,4;

Ср
=
1,05
кДж/(кг·К)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

В статье рассказывается о том, как вычисляется КПД простейшей ГТУ, даны таблицы разных ГТУ и ПГУ для сравнения их КПД и других характеристик.

В области промышленного использования газотурбинных и парогазовых технологий Россия значительно отстала от пере­довых стран мира.

Мировые лидеры в производстве газовых и парогазовых энергоустановок большой мощности: GE, Siemens Wistinghouse, ABB — достигли значений единичной мощности газотурбинных установок 280—320 МВт и КПД свыше 40 %, с утилизационной паросиловой надстройкой в парогазовом цикле (называемом также бинарным) — мощности 430—480 МВт при КПД до 60 %. Если есть вопросы по надежности ПГУ — то читайте эту статью.

Эти впечатляющие цифры служат в качестве ори­ентиров при определении путей развития энергомашиностро­ения России.

Как определяется КПД ГТУ

Приведем пару простых формул, чтобы показать, что такое КПД газотурбинной установки:

Внутренняя мощность турбины:

• Nт = Gух * Lт, где Lт – работа турбины, Gух – расход уходящих газов;

Внутренняя мощность ГТУ:

• Ni гту = Nт – Nк, где Nк – внутренняя мощность воздушного компрессора;

Эффективная мощность ГТУ:

• Nэф = Ni гту * КПД мех, КПД мех – КПД связанный с механическими потерями в подшипниках, можно принимать 0,99

Электрическая мощность:

• Nэл = Ne * КПД эг, где КПД эг – КПД связанный с потерями в электрическом генераторе, можно принять 0,985

Располагаемая теплота топлива:

• Q расп = Gтоп * Qрн, где Gтоп – расход топлива, Qрн – низшая рабочая теплота сгорания топлива

Абсолютный электрический КПД газотурбинной установки:

• КПДэ = Nэл/Q расп

КПД ПГУ выше, чем КПД ГТУ так как в Парогазовой установке используется тепло уходящих газов ГТУ. За газовой турбиной устанавливается котел-утилизатор в котором тепло от уходящих газов ГТУ передается рабочему телу (питательной воде) , сгенерированный пар отправляется в паровую турбину для генерации электроэнергии и тепла.

КПД ПГУ обычно представляют соотношением:

• КПД пгу = КПД гту*B+(1-КПД гту*B)*КПД псу

B – степень бинарности цикла

КПД псу – КПД паросиловой установки

• B = Qкс/(Qкс+Qку)

Qкс – теплота топлива, сжигаемого в камере сгорания газовой турбины

Qку – теплота дополнительного топлива сжигаемого в котле-утилизаторе

При этом отмечают, что если Qку = 0, то B = 1, т. е. установка является полностью бинар­ной.

Влияние степени бинарности на КПД ПГУ

B	КПД гту	КПД псу	КПД пгу
1	0,32	0,3	0,524
1	0,36	0,32	0,565
1	0,36	0,36	0,590
1	0,38	0,38	0,612
0,3	0,32	0,41	0,47
0,4	0,32	0,41	0,486
0,3	0,36	0,41	0,474
0,4	0,36	0,41	0,495
0,3	0,36	0,45	0,51
0,4	0,36	0,45	0,529

Давайте приведем последовательно таблицы с характеристиками эффективности ГТУ и вслед за ними показатели ПГУ с этими газовыми машинами, и сравним КПД отдельной ГТУ и КПД ПГУ.

Характеристики современных мощных ГТУ

Газовые турбины фирмы ABB

Характеристика	Модель ГТУ
GT26ГТУ с промперегревом	GT24ГТУ с промперегревом
Мощность ISO МВт	265	183
КПД %	38,5	38,3
Степень повышения давления компрессора	30	30
Расход рабочего тела на выхлопе ГТУ кг/с	562	391
Начальная температура, перед рабочими лопатками 1 ст. С	1260	1260
Температура рабочего тела на выхлопе С	610	610
Частота вращения генератора 1/с	50	50

Парогазовые установки с газовыми турбинами ABB

Характеристика	Модель ГТУ
GT26ГТУ с промперегревом	GT24ГТУ с промперегревом
Состав газотурбинной части ПГУ	1х GT26	1х GT24
Модель ПГУ	КА26-1	КА24-1
Мощность ПГУ МВт	387.0	267.3
КПД ПГУ %	58.5	57.3

Газовые турбины фирмы GE

Характеристика	Модель ГТУ
MS7001FA	MS9001FA	MS7001G	MS9001G
Мощность ISO МВт	159	226,5	240	282
КПД %	35,9	35,7	39,5	39,5
Степень повышения давления компрессора	14,7	14,7	23,2	23,2
Расход рабочего тела на выхлопе ГТУ кг/с	418	602	558	685
Начальная температура, перед рабочими лопатками 1 ст. С	1288	1288	1427	1427
Температура рабочего тела на выхлопе С	589	589	572	583
Частота вращения генератора 1/с	60	50	60	50

Парогазовые установки с газовыми турбинами GE

Характеристика	Модель ГТУ
MS7001FA	MS9001FA	MS7001G	MS9001G
Состав газотурбинной части ПГУ	1хMS7001FA	1хMS9001FA	1хMS9001G	1хMS9001H
Модель ПГУ	S107FA	S109FA	S109G	S109H
Мощность ПГУ МВт	259.7	376.2	420.0	480.0
КПД ПГУ %	55.9	56.3	58.0	60.0

Газовые турбины фирмы Siemens

Характеристика	Модель ГТУ
V64.3A	V84.3A	V94.3A
Мощность ISO МВт	70	170	240
КПД %	36,8	38	38
Степень повышения давления компрессора	16,6	16,6	16,6
Расход рабочего тела на выхлопе ГТУ кг/с	194	454	640
Начальная температура, перед рабочими лопатками 1 ст. С	1325	1325	1325
Температура рабочего тела на выхлопе С	565	562	562
Частота вращения генератора 1/с	50/60	60	50

Парогазовые установки с газовыми турбинами Siemens

Характеристика	Модель ГТУ
V64.3A	V84.3A	V94.3A
Состав газотурбинной части ПГУ	2хV64.3A	2хV84.3A	2хV94.3A
Модель ПГУ	GUD2.64.3A	GUD2.84.3A	GUD2.94.3A
Мощность ПГУ МВт	205.0	499.0	705.0
КПД ПГУ %	54.4	56.9	57.2

Газовые турбины Westinghouse-Mitsubishi-Fiat

Характеристика	Модель ГТУ
501F	501G	701F	701G1	701G2
Мощность ISO МВт	167	235,2	251,1	271	308
КПД %	36,1	39	37	38,7	39
Степень повышения давления компрессора	14	19,2	16,2	19	21
Расход рабочего тела на выхлопе ГТУ кг/с	449,4	553,4	658,9	645	741
Начальная температура, перед рабочими лопатками 1 ст. С	1260	1427	1260	1427	1427
Температура рабочего тела на выхлопе С	596	590	569	588	574
Частота вращения генератора 1/с	60	60	50	50	50

Парогазовые установки с газовыми турбинами Westinghouse-Mitsubishi-Fiat

Характеристика	Модель ГТУ
501F	501G	701F	701G1	701G2
Состав газотурбинной части ПГУ	1x501F	1x501G	1x701F	1x701G1	1x701G2
Модель ПГУ	1x1501F	1x1501G	1x1701F	1x1701G1	1x1701G2
Мощность ПГУ МВт	256.4	349.1	356.1	400	454
КПД ПГУ %	56.2	58.3	55.1	58	58

Газовые турбины АО ЛМЗ и СПБ «Машпроект»

Характеристика	Модель ГТУ
ГТЭ-150	ГТГ-110
Мощность ISO МВт	160	110
КПД %	32,1	36
Степень повышения давления компрессора	12,6	14,7
Расход рабочего тела на выхлопе ГТУ кг/с	630	367
Начальная температура, перед рабочими лопатками 1 ст. С	1068	1163
Температура рабочего тела на выхлопе С	525	517
Частота вращения генератора 1/с	50	50

Парогазовые установки с газовыми турбинами АО ЛМЗ и СПБ «Машпроект»

Характеристика	Модель ГТУ
ГТЭ-150	ГТГ-110
Состав газотурбинной части ПГУ	2хГТЭ-150	2хГТГ-110
Модель ПГУ	ПГУ-480	ПГУ-325
Мощность ПГУ МВт	482	315
КПД ПГУ %	50	51,5

(Visited 8 298 times, 1 visits today)

Предложите, как улучшить StudyLib

(Для жалоб на нарушения авторских прав, используйте

другую форму
)