Коэффициент полезного действия в газовой турбине
Совершенство газовой турбины оценивается ее к. п. д. В зависимости от полноты учета потерь различают адиабатический, окружной, внутренний, механический и эффективный к. п. д.
Адиабатический к. п. д. представляет собой отношение работы турбины L с учетом потерь в сопловом аппарате и рабочем колесе, но без учета выходной потери, к располагаемой работе
| (5.7) |
где – работа газа с учетом потерь в проточной части турбины; – располагаемая работа газа при адиабатном расширении; – располагаемый теплоперепад при адиабатном расширении газа; – действительный теплоперепад в проточной части турбины.
Адиабатический к. п. д. учитывает только гидравлические потери в проточной части турбины и характеризует степень ее совершенства, но не учитывает потерь с выходной скоростью. Адиабатический к. п. д. может быть выражен через отношение температур
| (5.8) |
где – понижение температуры при действительном расширении газа в турбине от до р2 (Г*-1’-2’на рис. 4.5); – понижение температуры при адиабатном расширении газа (Г*-1-2 на рис. 4/5), т. е. без потерь.
Окружным к. п. д. турбины называется отношение работы на окружности рабочего колеса Luк располагаемой работе
| (5.9) |
где
.
Окружной к.п.д. учитывает все потери, за исключением механических, потерь на утечки, на вентиляцию и на трение диска в; газе,
Если вычесть из работы на окружности колеса Luпотери на утечки газа, вентиляцию и трение диска, получится так называемая внутренняя работа турбины
| (5.10) |
где – потери на трение диска в газе и вентиляцию; – потери на утечки газа.
Внутренним к.п.д. называется отношение внутренней работы, к располагаемой
| (5.11) |
где теплоперепад ,соответствующий внутренней работе
;
– потерн тепла на трение дискам газе и вентиляцию; – потери тепла на утечки газа.
Относительные потери составляют 4÷5% от располагаемого тепла. К потерям на утечки относятся не только рассмотренные утечки газа через радиальный зазор (см. рис. 5.2а), но и утечки через лабиринтное уплотнение, схема устройства которого показана на рис. 5.2б. Выступы 1 на корпусе и 2на валу турбины образуют ряд лабиринтных камер, при перетекании через которые давление снижается от до . Внутренний к.п.д. учитывает все потери, за исключением механических.
К числу механических потерь относится трение в подшипниках турбины. Если из внутренней работы вычесть работу механических потерь , получится эффективная работа на валу турбины
Механическим к.п.д. турбины называется отношение эффективной работы к внутренней работе
| (5.12) |
Из (5.12) следует, что механический к.п.д. характеризует долю внутренней работа, которая полезно используется на валу турбины. Величина устанавливает ту часть внутренней работы, которая используется на преодоление трения в подшипниках турбины.
В наддувочных турбокомпрессорах учитывают суммарные механические потери всего агрегата, не относя их отдельно к турбине и к компрессору; .
Эффективным к.п.д. турбины называется отношение эффективной работы на валу турбины к располагаемой работе
| (5.13) |
Эффективный к.п.д. учитывает все потери, имеющиеся в турбине, и является основным к.п.д., характеризующим степень совершенства газовой турбины. Эффективный к.п.д. современных наддувочных газовых турбин составляет 0.74÷0.80; меньшие значения
к.п.д. относятся к малогабаритным быстроходным турбинам (пТдо 40 000 об/мин).
Рис. 5.3
На рис. 5.3 показано относительное расположение коэффициентов полезного действия и соответствующих потерь, а также характер изменения эффективного к.п.д. в зависимости от отношения . Из рисунка следует, что максимальное значение достигается при вполне определенном отношении (в приведенном случае = 0,6). Отклонение от оптимальной величины приводит к уменьшению к.п.д. Потери в сопловом аппарате не зависят от ; на потери в рабочем колесе величина влияет весьма умеренно. Зато потери с выходной скоростью резко изменяются при отклонении от оптимального соотношения и определяют собой характер изменения окружного и эффективного к.п.д. Формула (3.9) не учитывает потерь на трение в подшипниках. С учетом всех потерь эффективная мощность турбины
| (5.14) |
Работа адиабатного расширения газа в турбине от давления р до р2может быть определена по формуле
| . | (5.15) |
При использовании для расчетов диаграмм i—Sмощность турбины подсчитывается по формуле
| . | (5.16) |
6.
Из табл. 3 видно, что при увеличении коэффициента полезного действия газотурбинной установки вследствие регенерации тепла отработавших газов на 55% по габаритам
[c.26]
Коэффициент полезного действия газотурбинной установки
[c.118]
Коэффициент полезного действия газотурбинной установки на муфте двигателя
[c.513]
Эффективный коэффициент полезного действия газотурбинной установки
[c.693]
КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
[c.411]
Ступенчатое сжатие воздуха в компрессоре с промежуточным охлаждением является, как известно, одним из методов повышения внутреннего коэффициента полезного действия / газотурбинной установки (ГТУ). Эффективность промежуточного охлаждения повышается с увеличением АТ — величины охлаждения воздуха и уменьшением аэродинамического сопротивления Арх холодильника. Возникающая в связи с этим задача определения оптимальных геометрических размеров холодильников обычно решается путем сопоставления ряда вариантных расчетов. Такой способ решения громоздок и при ограниченном числе вариантов не всегда приводит к наилучшему решению. В данной работе предлагается простой и достаточно точный аналитический метод определения оптимальных геометрических параметров промежуточных холодильников транспортных ГТУ. Для получения такого метода необходимо предварительно установить условия сопоставления и найти аналитическую зависимость, отражающую влияние тепловых и аэродинамических параметров холодильника на т[е. Аналогичная задача решена автором применительно к воздухоподогревателям ГТУ [31.
[c.206]
Коэффициент полезного действия газотурбинной установки определяется как отношение эффективной работы 1 , представляющей собой разность работ турбины I т и компрессора к подведенному к топливу теплу Ql
[c.347]
Парогазовые установки (ПГУ) создаются путем объединения паросиловых (ПСУ) и газотурбинных установок (ГТУ). Коэффициент полезного действия объединенной установки получается более высоким, чем у ПСУ и
[c.129]
Но уже в 1940 году чехословацкий ученый Стодола опубликовал результаты испытаний газотурбинной установки постоянного горения мощностью в 4000 киловатт. Коэффициент полезного действия ее достигал 18 процентов.
[c.60]
Вспомним газотурбинную установку Ленинградского завода, о которой мы уже упоминали. Она имеет совсем не такой уж плохой коэффициент полезного действия — 28 процентов. Это не хуже, чем у паротурбинных установок такой же мощности, и не хуже, чем у многих стационарных двигателей внутреннего сгорания.
[c.66]
Коэффициент полезного действия ПГУ по рассматриваемой схеме примерно такой же, как в схеме с высоконапорным парогенератором при одинаковых газотурбинных и паротурбинных установках. Объясняется это тем, что удельный расход уходящих газов в обеих схемах практически одинаков, одинакова и их температура. Примерно одинакова степень вытеснения паровой регенерации. Некоторое различие к. п. д. вызывается тем, что в схеме с высоконапорным парогенератором массовый расход газа через турбину при одинаковой подаче воздуха компрессором ГТД на несколько процентов больше, чем в схеме с обычным парогенератором, за счет того, что в ВП сжигается все топливо, расходуемое ПГУ, а при ПГУ с обычным парогенератором только часть этого топлива. Большему расходу газа соответствует большая мощность газовой турбины (при про-
[c.134]
Кроме степени сжатия и рабочей температуры, мы будем постоянно пользоваться термином эффективный коэффициент полезного действия (к. п. д.) газотурбинной установки. Эффективный к. п. д. показывает, какая доля тепла, внесенного в двигатель топливом, превраш,ается в полезную работу. Иногда эффективный к. п. д. указывают в процентах, например, эффективный к.п.д. равен 0,3 или 30%. Это значит, что из всего тепла топлива, введенного в двигатель, 30 % перешло в полезную работу на валу двигателя. Вместо величины эффективного к. п. д. иногда приводят расход топлива на одну эффективную лошадиную силу в течение одного часа (л. с. ч.). Для обычных сортов жидкого топлива, получаемого из нефти, су-ш,ествует следуюш,ая связь между эффективным к. п. д. и расходом топлива на 1 л. с. ч. (табл. 1)
[c.134]
Как показывает теория, газотурбинная установка даже простейшей схемы может быть весьма экономичной и иметь коэффициент полезного действия 45-55% при несколько большей, чем для дизеля, свободе в выборе топлива. Кроме того, газотурбинная установка всегда может быть сделана во много раз легче, чем какой-либо другой двигатель.
[c.385]
Успехи применения газотурбинных двигателей в авиации создали возможность использования их в качестве стационарных и транспортных установок, которые в отличие от авиационных должны работать более длительное время. Правда, достижения в создании подобных газотурбинных установок еще достаточно скромны. Дело в том, что жаропрочные стали дороги, а обычные непригодны для изготовления лопаток турбины, работающих при температурах выше 900° С без охлаждения. Рабочие температуры стационарных газотурбинных установок достигают пока лишь 600-700° С, а для транспортных машин — не выше 800-850° С при сроке службы до 5000 ч. Регенераторы не нашли еще себе конструктивного решения. Поэтому на стационарных установках удается пока получать коэффициент полезного действия 32 33%, на мощных транспортных установках — 18-25% и маломощных (меньше 500 л. с.) — 10-18%. Кроме того, газотурбинная установка, работая на режимах переменной мощности, имеет характеристику расхода-топлива менее благоприятную, чем поршневой двигатель внутреннего сгорания.
[c.386]
Двигатель развивает полезную могцность в 6000 л. с. и имеет коэффициент полезного действия на режиме минимального удельного расхода топлива 22%. Канонерская лодка, для которой проектировался двигатель, ранее имела паровые турбины. Сейчас на ней установлены два газотурбинных двигателя (каждый работает на отдельный винт). Такая замена двигателей позволила при увеличении мощности в полтора раза уменьшить вес машины на 50% и освободить четвертую часть площади машинного отделения. В настоящее время судно находится в опытной эксплуатации. Строятся еще две такие же установки для эскортного корабля водоизмещением 1700 т.
[c.387]
Отношение доли тепла топлива, перешедшего в полезную работу на валу двигателя, ко всему теплу, внесенному в двигатель с топливом, называется эффективным коэффициентом полезного действия (эффективным к. п. д.) газотурбинной установки. Эффективный к. п. д. является показателем экономичности работы ГТУ и выражается обычно в процентах.
[c.13]
Задача 4.25. В камере сгорания газотурбинной установки сжигается топливо с низшей теплотой сгорания Qp =41 ООО кДж/кг. Определить расход топлива при работе газовой турбины, тепловую производительность и объемную теплонапряженность камеры сгорания, если известны количество поступающего в камеру сгорания воздуха Ов — ЗЗ кг/с, температура воздуха на входе в камеру сгорания в = 300° С, теплоемкость воздуха Ср.в = = 1,047 кДж/(кг-К), температура газа на выходе из камеры сгорания г=700°С, теплоемкость продуктов сгорания Ср.г=1,08 кДж/(кг-К), энтальпия топлива, поступающего в камеру сгорания 1т=183 кДж/кг, коэффициент полезного действия камеры сгорания т]к.с = 0,97 и объем камеры сгорания Ук.с = 0,55
[c.167]
Недостатком открытых систем охлаждения является большая затрата энергии на непрерывную подачу охладителя, потеря тепла, отбираемого при охлаждении лопаток для цикла газотурбинной установки, и ограниченные возможности по повышению начальной температуры газа, что, как известно, снижает коэффициент полезного действия двигателя.
[c.209]
Основным термодинамическим циклом газотурбинной установки является цикл, состоящий из адиабатического сжатия, подвода тепла при постоянном давлении и адиабатического расширения. Большое количество избыточного воздуха, необходимое для поддержания на сравнительно низком уровне максимальной температуры газа, поступающего на лопатки турбины, является причиной низкого отношения величины полезной работы газовой турбины к величине доли ее работы, затраченной на привод компрессора. В то же время благодаря высокой степени сжатия воздуха в компрессоре его температура на выходе из компрессора сравнительно высока, что ограничивает возможность введения большого количества тепла с подаваемым в камеру сгорания топливом, чтобы не превысить допустимое значение температуры газа перед турбиной. Так, при температуре газа на входе в турбину 815° С с увеличением степени сжатия компрессора от 2 до 4 (при коэффициенте полезного действия как турбины, так и компрессора равном 80%), значение условного коэффициента полезного действия на валу газотурбинного двигателя снижается с 51,1 до 42,3%.
[c.200]
В 1945 г. группа железных дорог восточной части страны и угледобывающих компаний учредила Комитет усовершенствования локомотивов. Образованный как часть Объединения по исследованию битуминозных углей этот комитет был предназначен для создания локомотивов, способных сжигать уголь с коэффициентом полезного действия более высоким, чем у каждого из 40 ООО паровозов, находившихся в то время в эксплуатации. Основные проблемы, поставленные Комитетом усовершенствования локомотивов в деле создания газотурбинной установки открытого цикла, работающей на угольном топливе, в основном сводились к следующему
[c.201]
Остановлюсь на основном виде оборудования, которым располагает Газпром , – газоперекачивающих агрегатах. Здесь к числу первоочередных задач, которые предстоит решить нам, используя диагностические методы, относятся следующие определение мощности газотурбинной установки, коэффициента полезного действия, поузловой анализ причин снижения термодинамических характеристик этого оборудования. Самое главное – раннее обнаружение различных дефектов в разных узлах, прогнозирование изменений технического состояния и оценка остаточного ресурса газоперекачивающего оборудования. Режим работы постоянно меняется в системах дальнего транспорта газа, и, всем специалистам хорошо известно в этих условиях важной проблемой является защита от помпажа. Параметрическая система контроля должна давать эксплуатационному персоналу свои объективные показатели того режима, в котором находится в реальном масштабе времени данный компрессор.
[c.13]
Таким образом, внедрение жаростойких покрытий в практику позволяет повыщать эффективность и экономичность различных промышленных и транспортных установок и устройств или их деталей, работающих в условиях высоких температур. Например, увеличение температуры газа на лопатках газовой турбины до 1200—1300° (вместо достигнутых сейчас 650—750°) позволило бы поднять коэффициент полезного действия газотурбинной установки до 50—55%, сократить ее вес и габариты в 2—2,5 раза.
[c.319]
Предназначены для использования тепла отработавших в газовой турбине продуктов сгорания в целях подогрева циклового воздуха. Воздухоподогреватели иногда называются регенераторами. В воздухоподогревателях газовых турбин с открытым циклом происходит теплообмен между продуктами сгорания и цикловым воздухом, причем давление продуктов сгорания близко к атмосферному, а давление воздуха определяется напором, создаваемым осевым компрессором. Подогрев циклового воздуха повышает коэффициент полезного действия газотурбинной установки. Для газотурбинных установок типа ГТ-700-5 и ГТ-700-4 применяются пластинчатые воздухоподогреватели, где в качестве поверхности теплообмена используются профильные листы из аустенитной стали. Выштамповка листов образует каналы для прохода продуктов сгорания и волнообразную щель для йрохода циклового воздуха.
[c.67]
Суммарная затрата топлива определяется выражением (2—20 ), причем работа и расход топлива относятся к О кг всасываемого воздуха. Для определения коэффициента полезного действия газотурбинной установки необходимо подсчитать работу всех компрессоров, Достаточно точно можно считать работу сжатия отсеков компрессоров для 2- -3 при с,, = 1,004 кдж кг, град и к = 1,4. Но для л,. > 3 следует учитывать изменение Ср от телтературы. Так, в расчетах ГТУ, имеющей л,. -= 7, ошибка при допущении
[c.80]
Газотурбинные установки замкнутого цикла (ЗГТУ) широко используются, особенно в ядерной энергетике зарубежных стран. Это вызвано не только технологической необходимостью, но и возможностью получения высокого КПД установки. Несмотря на большую в некоторых случаях первоначальную стоимость ЗГТУ, их экономическая эффективность определяется, в конечном итоге, коэффициентом полезного действия. Сообщается, что КПД электростанции мощностью 25 МВт в зависимости от наи-Бысшей температуры замкнутого цикла с воздухом в качестве рабочего тела составляет при 750 °С 37 %, при 800 С 45 %, при 1000 °С 53 % (рис. 5-15) [45].
[c.158]
Задача 4.26. Определить объем камеры сгорания газотурбинной установки, если количество поступающего в камеру сгорания воздуха Ов = 35 кг/с, температура воздуха на входе в камеру сгорания в = 250°С, теплоемкость воздуха Ср.в= 1,038 кДж/(кг-К), температура газа на выходе из камеры сгорания /г = 750°С, теплоемкость продуктов сгорания Ср.г=1,09 кДж/(кг-К), энтальпия поступающего в камеру сгоран1 я топлива г т = 182 кДж/кг, объемная теплонапряженность камеры сгорания у = = 34-103 кВт/м , коэффициент полезного действия камеры сгорания г]к.с = 0,98 и низшая теплота сгорания топлива рр =42 ООО кДж/кг.
[c.168]
Задача 4.28. В камере сгорания газотурбинной установки сжигается топливо с низшей теплотой сгорания Qp =41 500 кДж/кг. Определить количество воэдуха, поступающего в камеру сгорания, если объем камеры сгорания Кк.с==0,52 м объемная теплонапряженность камеры сгорания =3-10″ кВт/м коэффициент полезного действия камеры сгорания Т1к.с=0,98, коэффициент избытка воздуха ав=6 и теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива = 14,2 кг возд./кг топл.
[c.168]
Для газотурбинных установок ГТ-700-4 применяются шестисекционные воздухоподогреватели четырехходовые с перекрестным ходом. Общая поверхность теплообмена шести секций составляет 1380 м . Параметры работы воздухоподогревателей приведены на тепловой схеме газотурбинной установки ГТ-700-4. В отличие от обвязки воздухоподогревателей агрегата ГТ-700-5 обвязка воздухоподогревателей агрегата ГТ-700-4 допускает работу, минуя воздухоподогреватели. При этом газотурбинный двигатель развивает большую мощность за счет сокращения сопротивления воздухоподогревателей, но работает с меньшим коэффициентом полезного действия (увеличенные расходы топливного газа).
[c.69]
В течение 1 421 ч испытаний по сжиганию угольной пыли в газотурбинных установках, которые проводились в 1955 г. в лаборатории в Дюикерке (штат Нью-Йорк), общее количество энергии, выработанной установкой, составило 4 111 398 л. с.-ч. при максимальном коэффициенте полезного действия более 18% и среднем коэффициенте загрузки установки 81,7% (при испытаниях установки имитировался режим нагрузки по времени, свойственный различным железным дорогам США) (см. таблицу на стр. 202).
[c.203]
Одним из перспективных является также газоохлаждаемый реактор По мнению иностранных специалистов, атомные газотурбинные установки, выполненные по одноконтурной схеме, должны быть на 20—25% легче АЭУ с реакторами водо-водя-ного типа. Параметры (не более 50—75 кГ см и 700—800° С) обеспечивают повышенные коэффициенты полезного действия теплового цикла энергетических установок. После тщательной отработки можно будет успешно применять в подводном кораблестроении одноконтурные АЭУ с высокотемпературными реакторами и газовыми турбинами.
[c.211]
Смотреть страницы где упоминается термин Коэффициенты полезного действия газотурбинной установки
:
[c.194]