4) Необходимость повышения эффективного КПД компрессора, т.к. примерно 75% мощности газовой турбины расходуется на привод компрессора и поэтому общий эффективный КПД определяется совершенством работы компрессора.
ГТУ могут работать со сгоранием топлива при постоянном давлении и постоянном объеме.
3.2 Цикл ГТУ с подводом теплоты в процессе 
На рис. 3.1 дана схема простейшей ГТУ со сгоранием топлива при .
Рисунок 3.1 Схема простейшей ГТУ со сгоранием топлива при
В камеру сгорания 1 через форсунки 6 и 7 непрерывно поступает воздух из турбокомпрессора 4 и топливо из топливного насоса 5. Из камеры 1 продукты сгорания направляются в комбинированные сопла 2, где рабочее тело расширяется до давления, близкого к атмосферному.
Затем продукты сгорания поступают на лопатки газовой турбины 3.
На рис 3.2 приведен идеальный цикл ГТУ на pv- Ts-диаграммах с подводом теплоты при .
|
|
|
Рисунок 3.2 Идеальный цикл ГТУ на pv- Ts-диаграммах с подводом теплоты при
В этом цикле отвод теплоты от рабочего тела производится не по изохоре как в ДВС, а по изобаре.
В поршневых двигателях объем газов при расширении ограничен объемом двигателя, а в ГТУ такого ограничения нет и газы могут расширяться до атмосферного давления.
Основными характеристиками этого цикла ГТУ являются следующие безразмерные величины:
С т е п е н ь п о в ы ш е н и я д а в л е н и я в компрессоре:
(3.1)
С т е п е н ь и з о б а р н о г о р а с ш и р е н и я:
(3.2)
Количество подведенной теплоты:
, (3.3)
Количество отведенной теплоты:
(3.4)
Тогда термический КПД цикла:
(3.5)
Выразим температуры 
, 
и 
через начальную температуру рабочего тела 
.
Для адиабаты 1-2:
;
Для изобары 2-3:
;
Для адиабаты 3-4:
;
Откуда:
.
Подставляя полученные значения температур в уравнение (3.5):
(3.6)
Или:
(3.7)
Термический КПД ГТУ с подводом теплоты при зависит от степени повышения давления 
и показателя адиабаты 
, возрастая с их увеличением.
Отработавший газ после газовой турбины целесообразно использовать либо в ТА для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания, либо для получения горячей воды для отопления или ГВС.
Термический КПД ГТУ с подводом теплоты при на Ts-диаграмме:
.
При рассмотрении работы реальных ГТУ следует учитывать потери на необратимость процессов в турбокомпрессоре и в газовой турбине.
Работа трения в компрессоре превращается в теплоту, что приводит к увеличению температуры рабочего тела и, как следствие, к увеличению работы, затраченной на сжатие воздуха (потери в окр. среду не учитываем).
На рис. 3.3 показано, что реальный цикл ГТУ с подводом теплоты при на Ts-диаграмме изображается не пл. 12341, а пл. 12′34′1.
Линия 1-2′ - условная необратимая адиабата сжатия в компрессоре.
Линия 3-4′ - условная необратимая адиабата расширения в турбине.
Рис. 3.3 Реальный цикл ГТУ
Теоретическая работа сжатия в компрессоре равна:
(3.8)
Действительная работа сжатия:
(3.9)
Адиабатный КПД турбокомпрессора:
(3.10)
достигает 0,8 – 0,85.
Расширение газа в турбине также сопровождается потерями на трение о стенки сопл и лопаток и на завихрения потока. Поэтому часть кинетической энергии рабочего тела превращается в теплоту – энтальпия газа на выходе из турбины будет больше энтальпии обратимого процесса расширения.
Теоретическая работа расширения в турбине равна:
(3.11)
Действительная работа расширения:
(3.12)
Отношение действительной работы расширения реальной турбины к теоретической работе идеальной турбины наз. внутренним относительным КПД газовой турбины:
. (3.13)
Чем меньше потери от трения газа и завихрений, тем выше 
.
У современных турбин: 
.
Действительная полезная работа 
, которая может быть получена в ГТУ, равна разности действительных работ расширения и сжатия:
(3.14)
– механический КПД.
Отношение полезной работы ГТУ к количеству затраченной теплоты наз Эффективным КПД газотурбинной установки:
(3.15)
3.3 Цикл ГТУ с подводом теплоты в процессе 
На рис. 3.4 приведена схема Гту со сгоранием топлива при постоянном объеме.
Рис.3.4
Сжатый в турбокомпрессоре 6 воздух поступает из ресивера (сосуда большой емкости для выравнивания давления) 7 через воздушный клапан 8 в камеру сгорания 1.
Сюда же топливным насосом 6 через топливный клапан 9 подается жидкое топливо. Продукты сгорания, пройдя через сопловой клапан 2, расширяются в сопле 3 и приводят во вращение ротор газовой турбины 4.
Для осуществления периодического процесса горения необходимо подавать воздух и топливо через управляемые клапаны 8 и 9 в определенные периоды времени. Процесс горения проходит при закрытых клапанах 2 и 8.
Воспламенение топлива происходит от электрической искры. После сгорания топлива давление в камере 1 повышается, открывается сопловой клапан 2 и продукты сгорания направляются в сопло 3, где и расширяются до конечного давления.
На рис 3.5 приведен идеальный цикл ГТУ на pv- Ts-диаграммах с подводом теплоты при .
Рис. 3.5
Рабочее тело с начальными параметрами 
, 
, 
сжимается по адиабате 1-2 до давления 
, которое определяется степенью повышения давления 
.
Далее по изохоре 2-3, к рабочему телу подводится теплота 
, затем рабочее тело расширяется по адиабате 3-4 до начального давления и возвращается в первоначальное состояние по изобаре 4-1 – при этом отводится теплота 
.
Основными характеристиками этого цикла ГТУ являются следующие безразмерные величины:
С т е п е н ь п о в ы ш е н и я д а в л е н и я в компрессоре:
(3.16)
С т е п е нь д о б а в о ч н о г о п о в ы ш е н и я д а в л е н и я:
(3.17)
Количество подведенной теплоты:
, (3.18)
Количество отведенной теплоты:
(3.19)
Тогда термический КПД цикла:
(3.20)
Выразим температуры , и через начальную температуру рабочего тела .
Для адиабаты 1-2:
;
Для изохоры 2-3:
Для адиабаты 3-4:
;
Откуда:
.
Подставляя полученные значения температур в уравнение (3.20):
(3.21)
Термический КПД ГТУ с подводом теплоты при зависит от , , 
возрастая с их увеличением.
Термический КПД ГТУ с подводом теплоты при на Ts-диаграмме:
.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 216.
