Допускається до захисту

Міністерство освіти і науки України

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Кафедра нафтогазового технологічного транспорту і теплотехніки

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни Термодинаміка, теплопередача і ТСУ

Тема: Розрахунок циклу газотурбінної установки (ГТУ)

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

КР. ПС – 258.00.000 ПЗ

Студент групи ПС-10-2 /А.С. Протоковило /

(підпис)

Допускається до захисту

Керівник курсової роботи

/ І. Б. Прунько/

(посада) (підпис) (дата)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КР. ПС – 218.00.000 ПЗ

Розроб.

Протоковило А.С.

Перевір.

Прунько І.Б.

Реценз.

Н. Контр.

Затверд.

Розрахунок циклу газотурбінної установки

Літ.

Акрушів

КР. ПС – 258.00.000 ПЗ   Арк. Дата Підпис № докум. Арк. Змн. Змн.

Зміст

Вступ……………………………………………………………………...4

1. Принципова схема ГТУ, її робота……………………………….....5

2. Параметри стану робочого тіла в характерних точках циклу…..9

3. Визначення теплоємності робочого тіла……………………….....11

4. Побудова робочої і теплової діаграм циклів………………….....13

5. Енергетичні і економічні характеристики циклів ГТУ.

Визначення площі теплообмінника……………………………….....15

6. Паливо і продукти його згорання.

Енергетичні характеристики ГТУ………………………………........20

7. Вибір обладнання………………………………………………..…23

Висновки…………………………………………………………….....25

Перелік посилань на джерела……………………………………......28

Додаток А………………………………………………………….......29

Додаток Б…………………………………………………………..…..30

Додаток В…………………………………………………………….....31

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КР. ПС – 258.00.000 ПЗ

Вступ

Проблеми ефективного використання палива, енергії і матеріалів останні роки все більше і більше тривожать людство. Занадто високими темпами почало витрачатись те, що накопичувалось у надрах землі мільйони років.

На даному етапі технологічного прогресу енергоресурси займають важливе місце. Сучасні технологічні процеси характеризуються значними затратами енергії. Нажаль, сучасний рівень енергетики не забезпечує потреби народного господарства за рахунок альтернативних видів енергії (енергії сонця, вітру, припливів та відпливів, внутрішньої енергії землі і т.д.). Ці всі види енергії становлять незначну частку, в порівнянні з іншими більш поширеними видами енергоносіїв.

На даний момент в Україні для отримання енергії найбільше використовуються ТЕС, АЕС і т.д. На цих електростанціях використовується паливо різних видів, з різними технологічними показниками та властивостями. Зараз раціональне використання палива є актуальним питанням, оскільки, бо Україна повністю не забезпечує себе енергоресурсами. Задоволення потреб народного господарства нашої країни у паливі і енергії пов’язано з рядом труднощів, частково з тим, що більшість його необхідно імпортувати з-за кордону за світовими цінами. Тому раціональне ефективне використання палива є одною з основних проблем економіки України.

Одним з найважливіших шляхів економії палива є вибір раціональних типів енергетичних установок і раціональна комплектація їх оптимальним обладнанням, утилізації вторинних енергоресурсів, забезпечення необхідних умов для спалювання важких палив – високов’язких мазутів та ін. Зараз більшість великих підприємств України, які були досить потужними за радянських часів, працюють на застарілому обладнанні і не використовують всю свою потужність. Тобто, попит на продукт їхнього виробництва набагато менший, ніж це було заплановано при його комплектації. Отже, цю проблему також треба враховувати, треба раціонально використовувати всю потужність підприємства.

Дана курсова робота допоможе розглянути основні шляхи економії енергії і палива у різних галузях, порівняти характеристики теплових установок, використовувати термодинамічні залежності для визначення параметрів стану робочого тіла (РТ), визначати техніко-економічні показники ТСУ, виконувати розрахунок необхідної кількості повітря для спалювання палива, кількості продуктів згорання і т.д.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КР. ПС – 258.00.000 ПЗ

1. Принципова схема ГТУ, її робота

Під газотурбінною установкою (ГТУ) розуміють тепловий двигун, в якому робочим тілом є продукти згорання палива, а двигуном служить турбіна. ГТУ є двигунами безперервної дії. Порівняно з поршневими двигунами швидкість руху робочого тіла в ГТУ набагато вища (у 50-100 разів), що дає змогу конструювати відносно малогабаритні ГТУ великої енергетичної потужності.

Розрізняють ГТУ відкритого і закритого типу. В установках відкритого типу робочим тілом служать продукти згорання рідкого чи газоподібного палива, які після спрацювання в циклі направляються в атмосферу. В установках закритого типу робоче тіло здійснює коловий процес. Потік великої швидкості створюється шляхом витікання робочого тіла із сопел (направляючих лопаток) турбіни. Протікаючи потім по криволінійних каналах, утворених насадженими на ротор лопатками, газ приводить в обертання ротор турбіни, а через нього – електрогенератор чи інший пристрій.

Принципова схема ГТУ закритого типу з регенерацією теплоти показана на рисунку 1.1. В даній установці продукти згорання палива служать для нагріву безперервно циркулюючого в ГТУ робочого тіла. Така установка відноситься до двигунів зовнішнього згорання.

Вентилятор 1 подає атмосферне повітря у камеру згорання 3, де проходить згорання палива. Продукти згорання з досить високою температурою поступають у підігрівач робочого тіла 4, з якого направляються у підігрівач 2 для підвищення температури атмосферного повітря перед його поступленням у камеру згорання. З підігрівача продукти згорання палива відсмоктуються димососом 9.

Робоче тіло стискається у компресорі 8 і подається для підігріву спочатку у регенератор 6, а потім – у підігрівач 4, звідки воно поступає у турбіну 5, на лопатках якої розміщується, виконуючи роботу. Охолодження робочого тіла після турбіни здійснюється послідовно у регенераторі 6, охолоджувача 7.

Не дивлячись на велику складність у порівнянні з ГТУ відкритого типу ГТУ закритого типу мають ряд переваг. По-перше, продукти згорання палива не

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КР. ПС – 258.00.000 ПЗ

проходять через турбіну, а їх дії підлягає тільки теплообмінник 4 (див. рисунок 1.1.). Звідси випливає, що діапазон застосування палива у таких установках більш широкий. У них можна спалювати тверде паливо, так як тверді частинки, що містяться у продуктах згорання цих палив, викликають ерозію елементів проточної частини турбіни, що омивається газами з великими швидкостями. У теплообміннику швидкість руху газів менша, відповідно і менша швидкість його ерозії.

По-друге, в установці закритого типу тиск робочого тіла перед компресором може бути значно вище атмосферного. Це дозволяє суттєво зменшити розміри компресора, турбіни і теплообмінника при незмінній потужності установки.

По-третє, спалювання палива у камері згорання ГТУ закритого типу можна організувати таким чином, щоб звести до мінімуму забруднення навколишнього середовища.

ГТУ, в яких електричний генератор знаходиться на одному валу з компресором, володіють можливістю саморегулювання: зміни навантаження електрогенератора і частоти викликають протилежні по знаку зміни потужності, що споживається компрессором.

ГТУ, виконані по простих схемах, надійніші, простіші в експлуатації і мають нижчу вартість порівняно з ГТУ закритого типу. Такі установки можуть виконуватись одновальними (ГТ-700-4) чи з розрізним валом (ГТ-700-5, ГТН-9-750). В одновальній установці вал нагнітача механічно з’єднаний з валом повітряного компресора турбіни; таким чином, швидкість обертання останнього напряму залежить від числа обертів нагнітача. В установці з розрізним валом компресор і привідна турбіна незалежні від нагнітача і можуть мати будь-яку швидкість обертання, забезпечуючи необхідну подачу повітря в камеру згорання установки. ГТУ з розрізним валом більш гнучка при регулюванні роботи газопроводу у випадку зміни його навантаження.

ГТУ монтується на арочному залізобетонному фундаменті острівного типу. Фундамент має необхідні пройоми для трубопровідних комунікацій. На цьому рівні

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КР. ПС – 258.00.000 ПЗ

1 – вентилятор;

2 – підігрівач повітря;

3 – камера згорання;

4 – підігрівач робочого тіла;

5 – турбіна;

6 – регенератор;

7 – охолоджувач;

8 – компресор;

9 – димосос.

Рисунок 1.1 – Принципова схема ГТУ закритого типу з

регенерацією теплоти.

монтується турбокомпресорна установка, редуктор, приводи до скидних клапанів, вузли регулювання і місцеві щити керування агрегатом.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

КР. ПС – 258.00.000 ПЗ

ГТУ має бути негайно зупинена при погашенні факела у камері згорання, відмовіу роботі автомата безпеки при підвищенні частоти обертання роторів до критичної, на яку налаштовані автомати безпеки, при пониженні тиску паливного газу нижче мінімально допустимого, підвищенні температури продуктів згорання вище максимально допустимої чи інших неполадках, що можуть призвести до аварії.

Газотурбінні установки, являючись відносно молодим типом двигунів, знаходять все більше і більше застосування у народному господарстві. Вони використовуються в авіації, для приводу в дію електричних генераторів теплових електростанцій, для приводу насосів і компресорів на магістральних нафтопроводах і газопроводах, на водному і залізничному транспорті. Мала питома вартість ГТУ і можливість швидкого налаштування необхідного режиму роботи дозволяють також застосовувати їх в якості пікових і аварійно-резервних агрегатів енергетичних систем. Таким чином, ГТУ є досить перспективними тепловими двигунами, широке впровадження яких у народне господарство стримує неможливість застосування у них твердого палива.