Пример расчета тепловой схемы двухвальной ГТУ
С регенерацией теплоты уходящих газов, оснащенной РСА СТ, на режим
; 
; 
| № п/п | Величина | Обозна-чения | Расчетная формула | Размер-ность | Режимы | |||||
| Степень расширения продуктов сгорания в турбинах | 
| Задаем | - | 6,7 | 6,37 | 6,2 | 5,8 | 5,6 | ||
| Степень повышения давления в компрессоре | 
| 
| - | 7,36 | 7,00 | 6,81 | 6,59 | 6,37 | 6,15 | |
| Температура продуктов сгорания перед турбиной | 
| 
| К | 1186,4 | 1173,3 | 1166,3 | 1157,9 | 1149,2 | 1140,4 | |
| Относительная температура газа перед турбиной | 
| 
| - | 1,011 | 1,000 | 0,994 | 0,987 | 0,980 | 0,972 | |
| Относительный расход воздуха через компрессор | 
| 
| - | 1,047 | 1,000 | 0,976 | 0,947 | 0,918 | 0,888 | |
| Относительная удельная эффективная работа ГТУ | 
| 
| - | 0,95 | 1,00 | 1,03 | 1,06 | 1,09 | 1,13 | |
| Удельная работа расширения свободной силовой турбины | 
| 
| кДж/кг | 175,7 | 184,0 | 188,6 | 194,4 | 200,5 | 207,1 |
Окончание табл. 4.6
| Удельная работа расширения турбин ГТУ | 
| 
| кДж/кг | 462,7 | 448,0 | 440,2 | 430,8 | 421,1 | 411,2 | |
| Удельная работа расширения первой турбины | 
| 
| кДж/кг | 287,0 | 264,0 | 251,6 | 236,4 | 220,6 | 204,1 | |
| Удельная работа сжатия воздуха в компрессоре | 
| 
| кДж/кг | 271,4 | 249,7 | 237,9 | 223,6 | 208,6 | 193,0 | |
| Температура воздуха на входе в компрессор | 
| 
| К | 303,6 | 288,8 | 280,3 | 269,3 | 257,3 | 244,0 | |
| Температура воздуха за компрессором | 
| 
| К | 572,3 | 536,0 | 515,8 | 490,7 | 463,9 | 435,1 | |
| Температура воздуха за регенератором | 
| 
| К | 721,5 | 711,8 | 705,7 | 698,6 | 691,1 | 683,1 | |
| Количество теплоты, подведенное к воздуху в регенераторе | 
| 
| кДж/кг | 719,7 | 710,0 | 703,9 | 696,9 | 689,4 | 681,3 | |
| Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС | 
| 
| кДж/кг | 539,7 | 535,4 | 534,1 | 532,2 | 530,5 | 529,1 | |
| Эффективный КПД ГТУ | 
| 
| - | 0,317 | 0,334 | 0,344 | 0,355 | 0,368 | 0,381 | |
| Относительный эффективный КПД ГТУ | 
| 
| - | 0,95 | 1,00 | 1,03 | 1,06 | 1,10 | 1,14 |
Рис. 4.6. Климатические характеристики двухвальной ГТУ
с регенерацией теплоты уходящих газов, оснащенная РСА СТ
(программа регулирования 
, 
, )
Определяющие величины констант 
и 
должны быть вычислены с точностью до пятой значащей цифры. Дальнейшие расчеты сводятся в табл. 4.6 и 4.7. После выполнения расчетов строятся зависимости 
и 
рис. 4.7-4.8 по данным табл.4.6 и зависимости 
и 
рис. 4.9 по данным табл. 4.7. При проведении ответственных расчетов следует уточнять теплофизические свойства воздуха и продуктов сгорания по средней температуре термодинамического процесса, то есть проводить расчет методом последовательных приближений.
Определяются линии рабочих режимов ГТУ после нанесения рассчитанных точек на известную универсальную характеристику компрессоров, оценивается запас по устойчивой работе компрессоров на основных рабочих режимах ГТУ. Следует помнить, что в трехвальных ГТУ КНД приближается к границе устойчивости при снижении нагрузки, а КВД при увеличении нагрузки.
Параметры номинального режима работы:
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
;
; 
.
Значения КПД турбомашин, теплофизических параметров рабочих тел, вспомогательных коэффициентов принимаем из уточненного расчета схемы ГТУ на номинальный режим работы (п.3.2.2).
Таблица 4.6
Пример расчета трехвальной ГТУ на режим 
, 
| № п/п | Величина | Обозна-чения | Расчетная формула | Размер-ность | Режимы | |||||
| Степень расширения продуктов сгорания в турбинах |
| Задаем | - | 16,32 | ||||||
| Комплекс | 
| 
| - | 1,103 | 1,000 | 0,919 | 0,857 | 0,796 | 0,734 |
Продолжение табл.4.6
| Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора высокого давления | 
| 
| - | 2,84 | 2,83 | 2,82 | 2,82 | 2,81 | 2,80 | |
| Степень расширения продуктов сгорания в свободной силовой турбине | 
| 
| - | 2,40 | 2,37 | 2,34 | 2,31 | 2,28 | 2,24 | |
| Степень повышения давления в компрессоре |
| 
| - | 18,75 | 17,00 | 15,63 | 14,58 | 13,54 | 12,50 | |
| Удельная работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре |
| 
| кДж/кг | 450,0 | 429,8 | 413,8 | 398,9 | 383,3 | 366,8 | |
| Комплекс | 
| кДж/(кг×К) | 0,394 | 0,392 | 0,389 | 0,387 | 0,384 | 0,381 | ||
| Температура продуктов сгорания перед турбиной |
| 
| К | |||||||
| Удельная работа расширения турбины компрессора высокого давления |
| 
| кДж/кг | 296,2 | 284,0 | 274,6 | 265,8 | 256,6 | 246,9 | |
| Температура продуктов сгорания перед турбиной компрессора низкого давления | 
| 
| К | 972,7 | 935,2 | 906,5 | 879,5 | 851,6 | 822,6 |
Продолжение табл.4.6
| Удельная работа расширения продуктов сгорания в турбине компрессора низкого давления |
| 
| кДж/кг | 193,9 | 184,0 | 176,0 | 168,7 | 160,9 | 152,6 | |
| Температура продуктов сгорания перед свободной силовой турбиной | 
| 
| К | 802,0 | 773,3 | 751,6 | 731,0 | 709,9 | 688,3 | |
| Степень расширения продуктов сгорания в свободной силовой турбине | 
| 
| - | 2,64 | 2,43 | 2,27 | 2,15 | 2,03 | 1,91 | |
| Удельная работа расширения продуктов сгорания в свободной силовой турбине | 
| 
| кДж/кг | 176,5 | 157,2 | 142,1 | 129,7 | 117,3 | 104,9 | |
| Температура воздуха за компрессором |
|
| К | 726,8 | 707,2 | 691,7 | 677,3 | 662,2 | 646,1 | |
| Относительный расход воздуха в цикле |
| 
| - | 1,08 | 1,00 | 0,93 | 0,88 | 0,83 | 0,78 | |
| Удельная эффективная работа ГТУ | 
| 
| кДж/кг | 168,7 | 150,3 | 135,8 | 124,0 | 112,2 | 100,3 | |
| Относительная удельная эффективная работа ГТУ | 
| 
| - | 1,12 | 1,00 | 0,90 | 0,82 | 0,74 | 0,67 | |
| Относительная эффективная мощность ГТУ | 
| 
| - | 1,21 | 1,00 | 0,84 | 0,73 | 0,62 | 0,52 |
Окончание табл.4.6
| Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС |
| 
| кДж/кг | 585,3 | 553,3 | 529,1 | 506,2 | 482,6 | 458,5 | |
| Эффективный КПД ГТУ |
|
| - | 0,288 | 0,272 | 0,257 | 0,245 | 0,232 | 0,219 | |
| Относительный эффективный КПД ГТУ |
|
| - | 1,06 | 1,0 | 0,94 | 0,90 | 0,85 | 0,80 | |
| Удельная работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в КНД | 
| 
| кДж/кг | 181,5 | 172,2 | 164,8 | 157,9 | 150,6 | 142,8 | |
| Степень повышения давления КНД | 
| 
| - | 4,60 | 4,32 | 4,11 | 3,92 | 3,72 | 3,52 | |
| Степень повышения давления КВД | 
| 
| - | 4,07 | 3,93 | 3,80 | 3,72 | 3,64 | 3,55 |
Параметры номинального режима работы:
; ; ; ; ; ; ; ;
; .
Значения КПД турбомашин, теплофизических параметров рабочих тел, вспомогательных коэффициентов принимаем из уточненного расчета схемы ГТУ на номинальный режим работы (п.3.2.2).
Таблица 4.7
Пример расчета трехвальной ГТУ на режим 
,
| № п/п | Величина | Обозна-чения | Расчетная формула | Размер-ность | Режимы | |||||
| Степень расширения продуктов сгорания в турбинах |
| Задаем | - | 16,32 | ||||||
| Комплекс |
|
| - | 1,103 | 1,000 | 0,919 | 0,857 | 0,796 | 0,734 | |
| Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора |
|
| - | 2,84 | 2,83 | 2,82 | 2,82 | 2,81 | 2,80 |
Продолжение табл.4.7
| Удельная работа расширения турбины компрессора высокого давления |
| 
| кДж/кг | 284,0 | 283,4 | 282,8 | 282,3 | 281,6 | 280,8 | |
| Температура продуктов сгорания перед турбиной компрессора низкого давления |
| 
| К | 932,7 | 933,2 | 933,7 | 934,2 | 934,7 | 935,5 | |
| Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора низкого давления |
|
| - | 2,40 | 2,37 | 2,34 | 2,31 | 2,28 | 2,24 | |
| Удельная работа расширения турбины компрессора низкого давления |
| 
| кДж/кг | 187,7 | 185,4 | 183,1 | 180,9 | 178,4 | 175,2 | |
| Удельная работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в цикле |
| 
| кДж/кг | 440,7 | 438,0 | 435,3 | 432,8 | 429,7 | 426,0 | |
| Степень повышения давления в цикле |
|
| - | 18,8 | 17,0 | 15,6 | 14,6 | 13,5 | 12,5 | |
| Температура воздуха на входе в компрессор |
| 
| К | 277,9 | 290,0 | 300,8 | 309,9 | 320,0 | 331,1 | |
| Температура продуктов сгорания перед свободной силовой турбиной | 
|
| К | 767,4 | 770,0 | 772,5 | 774,9 | 777,7 | 781,2 | |
| Степень расширения продуктов сгорания в свободной силовой турбине |
| 
| - | 2,64 | 2,43 | 2,27 | 2,15 | 2,03 | 1,91 |
Продолжение табл.4.7
| Удельная работа расширения продуктов сгорания в свободной силовой турбине |
| 
| кДж/кг | 169,3 | 156,9 | 146,4 | 137,9 | 128,9 | 119,4 | |
| Удельная эффективная работа ГТУ |
|
| кДж/кг | 161,8 | 149,9 | 139,8 | 131,7 | 123,1 | 114,1 | |
| Температура воздуха за компрессором высокого давления | 
|
| К | 705,8 | 715,3 | 723,5 | 730,1 | 737,2 | 744,7 | |
| Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС |
| 
| кДж/кг | 552,0 | 542,0 | 533,3 | 526,3 | 518,8 | 510,9 | |
| Эффективный КПД ГТУ |
|
| - | 0,293 | 0,274 | 0,262 | 0,250 | 0,237 | 0,223 | |
| Относительный КПД ГТУ |
| 
| - | 1,07 | 1,0 | 0,96 | 0,92 | 0,87 | 0,82 | |
| Относительная удельная эффективная работа ГТУ | 
|
| - | 1,07 | 1,00 | 0,93 | 0,87 | 0,82 | 0,76 | |
| Относительная эффективная мощность ГТУ |
|
| - | 1,19 | 1,00 | 0,85 | 0,75 | 0,65 | 0,56 | |
| Удельная работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в КНД |
|
| кДж/кг | 175,8 | 173,6 | 171,4 | 169,4 | 167,0 | 164,1 | |
| Степень повышения давления КНД |
|
| - | 4,66 | 4,36 | 4,12 | 3,93 | 3,74 | 3,54 | |
| Степень повышения давления КВД |
|
| - | 4,02 | 3,90 | 3,79 | 3,71 | 3,62 | 3,53 |
Рис. 4.7 Зависимость определяющих параметров трехвальной ГТУ простого открытого цикла от относительной эффективной мощности
(режим 
)
Рис.4.8 Зависимость степени расширения на первую, вторую и третью турбины от общей степени расширения в турбинах ГТУ
Рис. 4.9. Климатические характеристики трехвальной ГТУ
простого открытого цикла
По данным рис. 4.7 - 4.9 и известным характеристикам компрессоров КНД и КВД определяются линии рабочих режимов ГТУ. Отдельно по рис. 4.9 делается вывод о изменении мощности и топливной экономичности ГТУ в зависимости от температуры наружного воздуха.