Курсовая с практикой на тему Термодинамический расчёт главной газопаровой судовой энергетической установки

Содержание:

Введение. 3

1. Исходные данные. 4

2. Общая схема и действительный цикл комбинированной СЭУ в
T-S координатах. 5

2.1 Определение параметров всех точек цикла. 6

2.1.1 Нахождение удельного объёма в точке 1. 6

2.1.2 Нахождение удельного объёма, давления и температуры
в точке 2. 6

2.1.3 Нахождение удельного объёма в точке 3. 6

2.1.4 Нахождение удельного объёма и температуры в точке 4. 6

2.2 Определение подводимого и отводимого тепла в цикле. 7

2.3 Определение термического КПД цикла. 7

2.4 Определение удельной работы сжатия и расширения в
компрессоре и турбине. 7

2.5 Определение мощности турбины, компрессора и всей ГТУ.. 8

2.6 Определение изменения внутренней энергии, тепла,
работы, энтальпии и энтропии на каждом участке процесса. 8

2.6.1 Процесс на участке 1-2. Адиабатное сжатие в компрессоре 8

2.6.2 Процесс на участке 2-3. Изобарное расширение . 9

2.6.3 Процесс на участке 3-4. Адиабатное расширение в
компрессоре .. 9

2.6.4 Процесс на участке 4-1. Изобарное сжатие . 10

3. Действительный цикл ГТУ.. 12

3.1 Параметры всех точек цикла без регенерации. 12

3.1.1 Определение подводимого и отводимого тепла в цикле. 13

3.1.2 Определение термического КПД цикла. 13

3.1.3 Определение удельной работы сжатия и расширения в
компрессоре и турбине  13

3.2 Параметры всех точек цикла с регенерацией σ=1. 14

3.2.1 Определение подводимого и отводимого тепла в цикле. 15

3.2.2 Определение термического КПД цикла. 15

3.3 Параметры всех точек цикла с заданной регенерацией
σ=0,59. 16

3.3.1 Определение подводимого и отводимого тепла в цикле. 17

3.3.2 Определение термического КПД цикла. 18

3.4 Определение действительной мощности турбины,
компрессора и всей ГТУ.. 18

4. Определение часового и удельного расходов жидкого
топлива в действительном цикле ГТУ   19

4.1Для цикла без регенерации. 19

4.2 Для цикла с заданной регенерацией. 19

5. Действительный и теоретический цикл ПСУ в P–V, T–S и h–S
координатах. 20

5.1 Определение параметров всех точек цикла. 21

5.2 Определение подводимого и отводимого тепла. 23

5.2 Определение термического КПД.. 23

5.3 Определение удельной работы сжатия в питательном
насосе. 24

5.4 Определение удельной работы расширения в ПТ. 24

5.5 Определение при заданных параметрах, расхода пара,
мощности с учётом работы питательного насоса, действительной ПСУ. 24

5.6 Определение термического КПД цикла Карно для ПСУ в
заданном интервале температур. 25

6. Определение мощности привода питательного насоса и
кратности циркуляции охлаждающей воды в конденсаторе. 26

7. Определение часового и удельного расходов топлива, для
установки с утилизацией тепла, и определение годовой экономии топлива от её
использования. 27

8. Определение общей действительной мощности всей
комбинированной газопаровой энергетической установки, и её общий КПД. 28

Заключение. 29

Список источников. 30

Введение:

Судовая энергетическая
установка (СЭУ) – сложный комплекс технических средств, предназначенный для
приведения судна в движение, снабжения экипажа судна, различных механизмов,
устройств электроэнергией, паром, горячей водой, сжатым воздухом и т.д. СЭУ
делится на главную и вспомогательную энергетическую установку. В данной работе
будет рассматриваться главная энергетическая установка судна (ГЭУ),
предназначенная для приведения судна в движение.

Существует несколько
основных типов главных двигателей, которые предназначены для приведения судна в
движение. Это дизельные двигатели, паротурбинные установки, газотурбинные
установки. Каждый из этих двигателей обладает преимуществами и недостатками.
Комбинированные СЭУ состоят из нескольких типов главных двигателей. Чаще всего,
комбинированные СЭУ используются для решения следующих задач. Во первых:
достижение экономичного маршевого хода (в этом случае чаще всего используется
дизель) и возможность недолговременного повышения мощности за счёт подключения
форсажного двигателя (как правило, газовой турбины) и достижения высокой
скорости. Во вторых: повышение КПД СЭУ за счёт связки двух двигателей одним термодинамическим
циклом.

В данной работе будет
рассмотрен именно второй вариант применения комбинированных СЭУ, когда тепло
отработанных газов, выходящих из газовой турбины будет приводить в действие
паровой котёл, предназначенный для работы на паровую турбину.

Цель данной работы –
рассчитать КПД для газовой турбины и для комбинированной СЭУ, после чего
сделать вывод об эффективности комбинированных СЭУ.

Заключение:

1. Исходные данные Судно
имеет главную комбинированную газопаровую энергетическую установку, состоящую из
газотурбинного и паротурбинного двигателей. Основным главным двигателем
является газотурбинная установка, отработавшие газы которой, пройдя через
регенратор, поступают в утилизационый парогенераторр, пар из которого поступает
на паровую турбину. Оба двигателя, через общий редуктор, передают суммарную
мощность на гребной вал. Конденсат отработавшего в паровой турбине пара,
питательным насосом, возвращается в утилизационный парогенератор.

Газотурбинная
установка (ГТУ) работает по циклу с подводом тепла при P = const. Адиабатный КПД компрессора , адиабатный КПД газовой турбины . Параметры воздуха на всасывании в компрессор P1 и t1, степень повышения
давления . Температура газов перед соплами газовой турбины t3. Расход воздуха через
компрессор задан на всасывании или на нагнетании . Рабочее тело является идеальным газом и обладает
свойствами воздуха. Применяется регенрация уходящих газов со степенью
регенрации . Теоретический цикл ГТУ обозначается 1-2-3-4, а действительный 1-5-3-6.

Паросиловая
установка (ПСУ) работает по циклу Ренкина a-b-c-d-e-f.  Сжатие в питательном насосе считается
обратимым адиабатным, адиабаный КПД паровой турбины . Параметры пара перед турбиной – давление Pa, температура пара ta на 20 °С меньше температуры газов на выходе
из регенератора ГТУ, давление в конденсаторе Pb. Температура уходящих газов на выходе из
утилизационного парогенератора tух. Нагрев охлаждающей
воды в конденсаторе . 2. Общая схема и действительный цикл
комбинированной СЭУ в T-S координатах Рис.1 Принципиальная
схема главной комбинированной газопаровой СЭУ.

1 –
топливный бак; 2 –топливный насос; 3 –камера сгорания; 4 –воздушный компрессор;
5 –газовая турбина; 6 –регенератор; 7 –утилизационный парогенератор; 8 –паровая
турбина; 9 –конденсатор; 10 –питательный насос; 11 –циркуляционный насос; 12
–редуктор; 13 –гребной винт. Рис.2
Теоретический цикл ГТУ без регенерации.

а) В P-Vкоординатах; б) В T-Sкоординатах.

2.1 Определение параметров всех точек
цикла

Так
как в каждой точке представлен разный изопроцесс, то необходимо использовать
заданные коэффициенты и величины, для нахождения данных.

Для
точки 1 необходимо знать газовую постоянную, для точки 2 потребуется показатель
адиабаты (k=1,4 —
показатель адиабаты для воздуха). Так же можно определить, что процессы 2-3,
4-1 изобарные, так как Параметры
всех точек цикла занесены в таблицу 1. 2.1.1 Нахождение удельного объёма в
точке 1 (2.1.1)

где R- удельная газовая постоянная (для воздуха R=287 Дж/кг·К). 2.1.2 Нахождение удельного объёма,
давления и температуры в точке 2 (2.1.2) 2.1.3 Нахождение удельного объёма в
точке 3 2.1.4 Нахождение удельного объёма и
температуры в точке 4 (2.1.6)

Фрагмент текста работы:

1. Исходные данные Судно
имеет главную комбинированную газопаровую энергетическую установку, состоящую из
газотурбинного и паротурбинного двигателей. Основным главным двигателем
является газотурбинная установка, отработавшие газы которой, пройдя через
регенратор, поступают в утилизационый парогенераторр, пар из которого поступает
на паровую турбину. Оба двигателя, через общий редуктор, передают суммарную
мощность на гребной вал. Конденсат отработавшего в паровой турбине пара,
питательным насосом, возвращается в утилизационный парогенератор.

Газотурбинная
установка (ГТУ) работает по циклу с подводом тепла при P = const. Адиабатный КПД компрессора , адиабатный КПД газовой турбины . Параметры воздуха на всасывании в компрессор P1 и t1, степень повышения
давления . Температура газов перед соплами газовой турбины t3. Расход воздуха через
компрессор задан на всасывании или на нагнетании . Рабочее тело является идеальным газом и обладает
свойствами воздуха. Применяется регенрация уходящих газов со степенью
регенрации . Теоретический цикл ГТУ обозначается 1-2-3-4, а действительный 1-5-3-6.

Паросиловая
установка (ПСУ) работает по циклу Ренкина a-b-c-d-e-f.  Сжатие в питательном насосе считается
обратимым адиабатным, адиабаный КПД паровой турбины . Параметры пара перед турбиной – давление Pa, температура пара ta на 20 °С меньше температуры газов на выходе
из регенератора ГТУ, давление в конденсаторе Pb. Температура уходящих газов на выходе из
утилизационного парогенератора tух. Нагрев охлаждающей
воды в конденсаторе . 2. Общая схема и действительный цикл
комбинированной СЭУ в T-S координатах Рис.1 Принципиальная
схема главной комбинированной газопаровой СЭУ.

1 –
топливный бак; 2 –топливный насос; 3 –камера сгорания; 4 –воздушный компрессор;
5 –газовая турбина; 6 –регенератор; 7 –утилизационный парогенератор; 8 –паровая
турбина; 9 –конденсатор; 10 –питательный насос; 11 –циркуляционный насос; 12
–редуктор; 13 –гребной винт. Рис.2
Теоретический цикл ГТУ без регенерации.

а) В P-Vкоординатах; б) В T-Sкоординатах.

2.1 Определение параметров всех точек
цикла

Так
как в каждой точке представлен разный изопроцесс, то необходимо использовать
заданные коэффициенты и величины, для нахождения данных.

Для
точки 1 необходимо знать газовую постоянную, для точки 2 потребуется показатель
адиабаты (k=1,4 —
показатель адиабаты для воздуха). Так же можно определить, что процессы 2-3,
4-1 изобарные, так как Параметры
всех точек цикла занесены в таблицу 1. 2.1.1 Нахождение удельного объёма в
точке 1 (2.1.1)

где R- удельная газовая постоянная (для воздуха R=287 Дж/кг·К). 2.1.2 Нахождение удельного объёма,
давления и температуры в точке 2 (2.1.2) 2.1.3 Нахождение удельного объёма в
точке 3 2.1.4 Нахождение удельного объёма и
температуры в точке 4 (2.1.6)