🗊 8.5. ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК. Газотурбинные установки (ГТУ) имеют многие важные преимущества по сравнению с поршневыми д

8.5. ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК. Газотурбинные установки (ГТУ) имеют многие важные преимущества по сравнению с поршневыми двигателями. Газовые турбины имеют относительно небольшие габариты и малую массу, в них нет деталей с возвратно-поступательным движением, они могут выполняться с достаточно большими единичными мощностями. В газовых турбинах отсутствует основной недостаток поршневых двигателей – невозможность расширения рабочего тела в цилиндре двигателя до атмосферного давления. Практическое применение нашли ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении и постоянном объеме. Им соответствуют идеальные циклы с подводом теплоты в процессе при постоянном давлении и постоянном объеме.

8.6. ЦИКЛЫ ГТУ С ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ Принципиальная схема ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении приведена на рис. 9.1. Рассмотрим принцип действия установки. В камеру сгорания (КС) через форсунки поступают воздух из осевого компрессора (ОК) и топливо из топливного насоса (ТН). Из камеры сгорания горячие газы через комбинированные сопла направляются на лопатки газовой турбины (ГТ), а затем выбрасываются в атмосферу. ЭГ – электрогенератор. Идеальный цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме в pv– и Ts – диаграммах представлен на рис. 9.2 и 9.3. В адиабатном процессе 1–2 происходит сжатие рабочего тела от параметров точки 1 до параметров точки 2. В изобарном процессе 2–3 к рабочему телу подводится некоторое количество теплоты q1 от верхнего источника теплоты По адиабате 3–4 рабочее тело расширяется до первоначального давления p4=pl и по изобаре 4–1 приводится к параметрам точки 1 с отводом теплоты q2 к нижнему источнику теплоты.

Характеристики цикла: Характеристики цикла: - степень повышения давления в компрессоре ; - степень изобарного расширения . Количества подводимой и отводимой теплоты определяются по формулам Рис. 9.1. Рис. 9.2. Рис. 9.3.

С учетом последних соотношений формула для термического кпд будет . С учетом последних соотношений формула для термического кпд будет . Найдем выражения температур Т2, T3, Т4 через начальную температуру Т1 рабочего тела. Для адиабатного процесса 1–2 справедливо следующее соотношение . В изобарном процессе 2–3 . В адиабатном процессе 3–4 . Подставляя найденные значения температур в формулу для кпд, получим .

Отсюда следует, что с увеличением степени повышения давления bи показателя адиабаты k, кпд ГТУ с подводом теплоты в процессе при постоянном давлении возрастает. Однако термический кпд еще не может служить мерой экономичности установки. Эту роль выполняет эффективный кпд ГТУ , где le– эффективная работа (полезная работа на валу двигателя с учетом внутренних и механических потерь в установке). Эффективная работа определяется как разность действительных работ расширения и сжатия , где hт = 0,8–0,9 – внутренний относительный кпд газовой турбины; = 0,8–0,85 – адиабатный кпд турбокомпрессора; hм – механический кпд.

Рис. 9.4. Рис. 9.4. Кривые зависимости ht и he от имеют следующий вид (рис. 9.4). Как видно, по мере увеличения b he сначала растет, а потом уменьшается и может упасть до нуля. Поэтому стараются так выбирать b, чтобы b ≤ b*.

8.7. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО КПД ГТУ 8.7. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО КПД ГТУ Для повышения кпд ГТУ применяют следующие методы: Регенерация теплоты. Многоступенчатое сжатие воздуха с промежуточным охлаждением. Многоступенчатое сгорание топлива. Все эти мероприятия приближают цикл ГТУ к обобщенному термодинамическому циклу Карно, состоящему из двух изотерм и двух эквидистант, который имеет наивысший кпд в заданном интервале температур, равный кпд обычного цикла Карно. В частности, применение многоступенчатого сжатия и многоступенчатого сгорания позволяет приблизить эти процессы к изотермическим (вместо адиабатных). Причем, степень приближения процессов сжатия и сгорания к изотермическим будет тем выше, чем большее число ступеней будет применено (см. рис. 9.5, 9.6). Рис. 9.5. Рис. 9.6.