Энергетические машины и установки

газа и т.д.), например, воздуха подчиняется уравнению Клапейрона:

где p – давление; υ - удельный объем; Rв - газовая постоянная смеси, подсчитываемая по уравнению смешения:

где n - число компонентов в смеси, Ri - универсальная газовая постоянная i-ой компоненты с весовой долей ri, равной mi = mi /m (m - масса смеси, mi - масса i-ой компоненты).

Поскольку химический состав "стандартного" воздуха известен, то легко получить, что Rв = 0,28699 кДж/(кг·К).

постоянном давлении срв зависит от температуры и для каждой из них может быть рассчитана по уравнению смешения:

где сpi - истинная теплоемкость i-ой компоненты воздуха.

Тогда энтальпия воздуха, отсчитываемая от 0 ºС, при любой температуре

Среднее значение теплоемкости в интервале температур от 0 ºC до температуры t рассчитывается по соотношению:

воздуха (линии 1) и чистых продуктов сгорания стандартного углеводородного топлива (линии 2) от температуры

Зависимости энтальпий воздуха (линии 1)
и чистых продуктов сгорания стандартного углеводородного топлива (линии 2) от температуры

воздуха и продуктов сгорания углеводородного топлива (С – 85%, H – 15%)

ГТУ и их расчет

агрегатах ГТУ как воздух, так и продукты сгорания можно считать идеальным газом с постоянной теплоемкостью, осредненной в диапазоне температур процесса. Если, например, при сжатии воздуха в компрессоре происходит повышение его температуры от значения tа до tb, то осредненная теплоемкость воздуха составит:

Аналогично для процесса расширения в газовой турбине:

компрессора:

Работа, затраченная на сжатие 1 кг воздуха в компрессоре:

Относительный внутренний КПД воздушного компрессора:

газовой турбины:

Работа расширения 1 кг газа в турбине:

Относительный внутренний КПД газовой турбины:

стехиометрический расход (количество воздуха минимально необходимое для сжигание 1 кг топлива), кг/кг;
α – коэффициент избытка воздуха (отношение действительного (фактического) расхода воздуха, подаваемого в камеру сгорания для сжигания 1 кг топлива, к минимально необходимому его количеству).
В результате сжигания 1 кг топлива при расходе воздуха L0 кг образуется (1 + L0) кг ЧПС

Продукты сгорания – это смесь газов, образующихся в результате химических реакций окисления горючих компонент топлива (углерод, водород, метан и т.д.) кислородом воздуха.
Чистые продукты сгорания (ЧПС) – это продукты сгорания, в которых отсутствуют как несгоревшие вещества, так и избыточный кислород воздуха.

Продукты сгорания

Чистые продукты сгорания

Избыточный воздух

Воздух
(после компрессора)

Топливо

продуктов сгорания для любой температуры T определяются соотношениями:

Доля избыточного воздуха:

газов, образующихся в результате химических реакций окисления горючих компонент топлива (углерод, водород, метан и т.д.) кислородом воздуха.
Для полного сжигания единицы топлива необходимо использовать вполне определенное количество кислорода, а следовательно, и воздуха. Это количество воздуха называют стехиометрическим расходом L0, кг/кг.
В результате сжигания 1 кг топлива при расходе воздуха L0 кг образуется (1 + L0) кг чистых продуктов сгорания, в которых отсутствуют как несгоревшие вещества, так и избыточный кислород воздуха.
Для получения требуемой умеренной температуры газов перед газовой турбиной в камеру сгорания подается расход воздуха больший стехиометрического.
Отношение фактического и стехиометрического расходов называется коэффициентом избытка воздуха α. Таким образом, реальные рабочие газы за камерой сгорания представляют собой смесь чистых продуктов сгорания и избыточного воздуха.
При сгорании 1 кг топлива образуется (1 + L0) кг чистых продуктов сгорания и остается неиспользованным для сжигания (α - 1)·L0  кг атмосферного воздуха.

(«стандартного») углеводородного топлива (85% С и 15% Н) – L0 = 15 кг/кг и Qнр = 44 300 кДж/кг (при стандартной начальной температуре (обычно 25°С))

Bт – расход топлива, кг/с;
Gк – расход воздуха на входе в камеру сгорания (после компрессора), кг/с;
Gг – расход продуктов сгорания (газов), покидающих камеру сгорания, кг/с.

сгорания:

Откуда относительный расход топлива:

Коэффициент избытка воздуха:

Уравнение материального баланса (УМБ) камеры сгорания:

газа и т.д.), например, воздуха подчиняется уравнению Клапейрона:

где p – давление; υ - удельный объем; Rв - газовая постоянная смеси, подсчитываемая по уравнению смешения:

где n - число компонентов в смеси, Ri - универсальная газовая постоянная i-ой компоненты с весовой долей ri, равной ri = mi /m (m - масса смеси, mi - масса i-ой компоненты).

Поскольку химический состав «стандартного» воздуха известен, то легко получить, что Rв = 0,28699 кДж/(кг·К).

постоянном давлении срв зависит от температуры и для каждой из них может быть рассчитана по уравнению смешения:

где сpi - истинная теплоемкость i-ой компоненты воздуха.

Тогда энтальпия воздуха, отсчитываемая от 0 ºС, при любой температуре

Среднее значение теплоемкости в интервале температур от 0 ºC до температуры t рассчитывается по соотношению:

воздуха (линии 1) и чистых продуктов сгорания стандартного углеводородного топлива (линии 2) от температуры

Зависимости энтальпий воздуха (линии 1)
и чистых продуктов сгорания стандартного углеводородного топлива (линии 2) от температуры

воздуха и продуктов сгорания углеводородного топлива (С – 85%, H – 15%)

и их расчет

агрегатах ГТУ как воздух, так и продукты сгорания можно считать идеальным газом с постоянной теплоемкостью, осредненной в диапазоне температур процесса. Если, например, при сжатии воздуха в компрессоре происходит повышение его температуры от значения tа до tb, то осредненная теплоемкость воздуха составит:

Аналогично для процесса расширения в газовой турбине:

компрессора:

Работа, затраченная на сжатие 1 кг воздуха в компрессоре:

Относительный внутренний КПД воздушного компрессора:

газовой турбины:

Работа расширения 1 кг газа в турбине:

Относительный внутренний КПД газовой турбины:

стехиометрический расход (количество воздуха минимально необходимое для сжигание 1 кг топлива), кг/кг;
α – коэффициент избытка воздуха (отношение действительного (фактического) расхода воздуха, подаваемого в камеру сгорания для сжигания 1 кг топлива, к минимально необходимому его количеству).
В результате сжигания 1 кг топлива при расходе воздуха L0 кг образуется (1 + L0) кг ЧПС

Продукты сгорания – это смесь газов, образующихся в результате химических реакций окисления горючих компонент топлива (углерод, водород, метан и т.д.) кислородом воздуха.
Чистые продукты сгорания (ЧПС) – это продукты сгорания, в которых отсутствуют как несгоревшие вещества, так и избыточный кислород воздуха.

Продукты сгорания

Чистые продукты сгорания

Избыточный воздух

Воздух
(после компрессора)

Топливо

продуктов сгорания для любой температуры T определяются соотношениями:

Доля избыточного воздуха: