t2 = f(i2) = 262,88 °С.

Расчет камеры сгорания

Топливо — природный газ Шуртанского месторождения.

Объемный состав газа:

СН4 – 90,6 %,

С2Н6 – 3,45 %,

С3Н8 – 0,9 %,

С4Н10 – 0,38 %,

С5Н12 – 0,3 %,

Н2S – 0,08 %,

СО2 – 2,69 %,

О2 – 1,6 %.

Низшая теплота сгорания Q = 48340 кДж/кг.

Физической теплотой вносимой в камеру сгорания пренебрегаем. Примем КПД камеры сгорания hкс = 0,98. Тогда относительное количество воздуха, содержащееся в продуктах сгорания при температуре t3 = 750 °C за камерой сгорания составит:

gв = [Q∙hкс + L0∙i2 – (L0 + 1)∙i3(a=1)]/(i3в – i2) =

= [48340∙0,98 + 16,43∙266,79 – (16,43 + 1)∙905,916]/(799,10 – 266,79) =

= 67,63 кг/кг.

Здесь L0 = 16,43 кг/кг — теоретическая масса воздуха, необходимая для сгорания 1 кг топлива; i3(a=1) = f(t3) — энтальпия продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха a = 1; i3в = f(t3) — энтальпия воздуха при температуре на выходе из камеры сгорания.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из камеры сгорания составит:

a = (L0 + gв)/L0 = (16,43 + 67,63)/16,43 = 5,116.

Удельный расход рабочего тела в камере сгорания увеличился на величину

gв = 1/(a∙L0) = 1/(5,116∙16,43) = 0,0119 кг/кг.

Расчет газовой турбины

Адиабатный КПД турбины принят равным hт = 0,88; коэффициент потерь давления в турбине x = 0,03.

Тогда степень понижения давления в турбине составит

pт = (1 – x)∙pк = (1 – 0,03)∙7,2 = 6,984.

Теоретическая температура продуктов сгорания на выходе из турбины t4t определяется с помощью уравнения

S(T4t) = S(T3) – R∙lnpт = 1,4221 – 0,2896∙ln6,984 = 0,8592 .

Тогда

t4t = f [S(T4t), a] = 348,9 °C.

Затем найдем работу расширения газов в турбине из следующего выражения

На = (i3 – i4t)∙hт = (820,91 –365,75)∙0,88 = 400,54 кДж/кг.

Следовательно, действительная энтальпия газов на выходе из турбины может быть найдена из выражения

i4а = i3 – На = 820,91 – 400,54 = 420,37 кДж/кг.

Тогда действительная температура газов на выходе из турбины составит

t4а = f(i4а, a) = 398,98 °С.

Примем среднюю температуру стенки лопаток tст = 600 °С; число охлаждаемых венцов z = 1. Так как , то

a = (z + 1)/(2∙z) = (1 + 1)/(2∙1) = 1;

b = (z – 1)/(3∙z) = (1 – 1)/(3∙1) = 0.

Найдем среднюю температуру рабочего тела, при которой отводится теплота охлаждения из выражения

Tq = T3∙[1 – b∙(T3 – Tст)/T3] = 1023∙[1 – 0∙(1023 – 873)/1023] =

= 1023 К = 750 °С.

Принимая коэффициент эффективности охладителя a* = 0,02, находим количество теплоты, отводимой от охлаждаемых элементов проточной части из следующего выражения

0,02∙1,1817∙1∙1∙(1023 – 873) =

= 3,55 кДж/кг,