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StudIP - ILIAS - Übung 4: Berechnung einer Gasturbine

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Übung 4: Berechnung einer Gasturbine Dieses Modul sollte nach der Vorlesung/Übung 11 bearbeitet werden. In dieser Übung soll der Joule Prozess am Beispiel einer Gasturbine vertieft werden.

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Übung 4: Berechnung einer Gasturbine Frage 1 von 1 (19 Punkte) Nicht beantwortet

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Wichtige Hinweise: Die Bearbeitung der Aufgaben ist für jeden, der das Modul Kraftwerkstechnik I anerkannt haben möchte, Pflicht! Lesen Sie aufmerksam die Aufgabenstellung durch! Die Aufgaben können innerhalb des Ihnen mitgeteilten Zeitrahmens ohne Zeitlimit bearbeitet werden! Lösen Sie die Übungsaufgaben selbstständig! Sie dienen als Vorbereitung für Ihre Prüfung! Bevor Sie die Ergebnisse abschicken haben Sie nochmal die Möglichkeit diese zu kontrollieren Durch Drücken des Button "Rückmeldung anfordern" wird Ihnenganz unten am Ende der Aufgabe Feedback gegeben, wie viele Punkte der maximalen Punktzahl Sie erreicht haben. Sie brauchen keine anderen als die gegebenen Parameter! Verwenden Sie als Dezimaltrennzeichen unbedingt anstelle des Kommas "," einen Punkt "."!

Abbildung 1: Offene Gasturbine

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Sie wollen für Ihre Firma eine alte Gasturbine eines Gaskraftwerks kaufen. Um den Zustand der Turbine beurteilen zu können, wurden Messwerte aufgenommen, anhand derer der Wirkungsgrad der einzelnen Teilkomponenten bestimmt werden kann. Für die in Abb. 1 vermerkten Messpunkte gilt folgendes: Die Gasturbine saugt im betrachteten Lastpunkt m ˙ L = 8.33 kg / s Luft aus der Umgebung (ϑ 0 = 15.2°C, p 0 = p u = 1.01288 bar) an. Die spezifische isobare Wärmekapazität der Luft kann dabei zu c p,L = 1.0138 kJ / (kgK) angenommen werden (gilt vereinfacht von Zustand 0-1). Im Verdichter wird der Druck aufp 1 = 3.226 bar erhöht, während die Temperatur aufϑ 1 = 180.2°C ansteigt. In der anschließend folgenden Brennkammer wird ein ˙ B = 0.0847 kg /s eingespritzt. Brennstoffmassenstrom von m Durch die Verbrennung entsteht Rauchgas mit der spezifischen isobaren Wärmekapazität cp,RG = 1.037 kJ / (kgK) (gilt vereinfacht von Zustand 2-3). Weiterhin entsteht in der Brennkammer ein Druckverlust von Δp BK = 0.072 bar . Direkt vor dem ersten Leitgitter der Turbine weist das Rauchgas eine Temperatur vonϑ 2 = 525.0°C auf. In der Turbine wird das Arbeitsmedium auf Umgebungsdruck sowie die Temperatur vonϑ 3 = 312.2°C entspannt. Als Isentropenexponent kann vereinfachend für Luft und Rauchgas der Wert κ = 1.4 verwendet werden.

1. Bestimmen Sie nun anhand der gemessenen Werte den isentropen Wirkungsgrad des Verdichters ηis,V =

−,

den isentropen Wirkungsgrad der Turbine

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ηis,T =

−

und unter Berücksichtigung des mechanischen Wirkungsgradsη m = 0.98 die Nutzleistung der Anlage PN =

kW.

2. Berechnen Sie weiterhin unter Berücksichtigung des Heizwerts H u = 42.705 MJ / kg den Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage −,

ηOGT =

sowie den Wirkungsgrad des idealen Joule-Prozesses η′ =

−.

3. Wie groß ist die maximale NutzleistungPN,max der Anlage, die sich unter den gegebenen Voraussetzungen einstellt? Berechnen Sie dazu das dafür notwendige p

optimale Druckverhältnisp (der Druckverlust in der BrennkammerΔ pBK soll für 0

die Berechnungen vernachlässigt werden). Gehen Sie bei den Berechnungen davon aus, dass die Turbineneintrittstemperaturϑ 2 gleich bleibt. p

=

−

p0

P N,max =

kW...