Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении

10.2. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении

Газовые турбины состоят из следующих основных частей: вращающегося диска 3, называемого ротором, с радиальными лопатками 4 и корпуса 2, называемого статором (рис. 10.2.1). Общий вал / соединяет ротор 3, компрессор 8 и потребитель энергии. Воздух, сжимаемый компрессором 8, поступает в камеру сгорания 6. Через форсунку 7 в камеру сгорания впрыскивается топливо, подаваемое насосом 9, находящимся на валу турбины. Продукты сгорания расширяются в сопловом аппарате 5 и воздействуют на рабочие лопатки 4 турбины, вращая ротор 3, и выводятся в атмосферу. Процесс сжатия воздуха в компрессоре происходит адиабатно (линия 1-2 на рис. 10.2.2, рис. 10.2.3). Процесс горения топлива в камере сгорания происходит при постоянном давлении (изобара 2-3 на рис. 10.2.2 и рис. 10.2.3). При этом к рабочему телу подводится теплота Q/.

Рис. 10.2.1

Адиабатное расширение продуктов сгорания (линия 3-4) в сопловом аппарате сопровождается совершением механической работы вращения турбины. В сопловом аппарате давление продуктов сгорания уменьшается до значения атмосферного давления. Процесс 4-1 передачи теплоты холодильнику происходит при постоянном давлении, равном атмосферному.

Рис. 10.2.2

Рис. 10.2.3

Параметры характерных точек цикла газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты можно определить заданием следующих исходных параметров:

  • 1) параметров рабочего тела Pi, Vh Т/ в исходной точке 1 цикла;
  • 2) степени повышения давления воздуха

Л

  • (Ю.2.1)
  • 3) степени предварительного расширения

V.

Р = ~Г- (Ю.2.2)

*2

Тогда температуры характерных точек цикла связаны с температурой Т/ исходной точки цикла следующими соотношениями:

*-1

точка 2:

Т2 = Тх-71 к ;

(10.2.3)

точка 3:

у Е!

Т.=Т2-^ = Т-р • 71 к?

*2

(10.2.4)

точка 4:

f р V

= Т].р_ к Е)

(10.2.5)

Термический КПД цикла с подводом теплоты при постоянном давлении

Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении

Подстановка выражений, характеризующих теплоту, подводимую к рабочему телу

и теплоту

q2=cp(t4-tx),

передаваемую холодильнику, в формулу термического КПД реального цикла, позволяет связать термический КПД цикла газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты с параметрами цикла

Г4-Т] Т-Р~Т , 1

Г}р = х~Т~Р = Х--~——ЕГ = 1—Ег (Ю.з.1)

3 2 1 • р • 71 к - Т ? 71 к 71 к

Работа цикла выражается уравнением

Ьц — Qt •?/, Р — ср- 7] -я -(р

(10.3.2)

Из уравнения (10.3.2) следует, что термический КПД цикла газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты для данного рабочего тела, то есть при постоянном значении показателя к возрастает при увеличении степени повышения давления л- (рис. 10.3.1).

Сравнение Т-S диаграмм (рис. 10.3.2) циклов газотурбинной установки при различных степенях повышения давления и одинаковом количестве подводимой теплоты О/ пока

зывает, что увеличение параметра я сопровождается уменьшением количества теплоты, отдаваемой газом холодильнику, а это приводит к увеличению термического КПД цикла.

tp

Рис. 10.3.2

Рис. 10.3.1 Рис. 10.3.2

Таким образом, увеличение я благоприятно сказывается на экономичности газотурбинной установки, однако рост этой величины приводит к повышению температуры газа, поступающего к рабочим лопаткам турбины (температура Т$ формулы (10.2.4)). Величина этой температуры ограничена жаропрочностью сплавов, из которых изготовлены лопатки. В настоящее время максимальная допустимая температура газа Ту не может превышать 800+1000°С.

§ 10.4. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном объёме

Газотурбинная установка с подводом теплоты при постоянном объёме отличается от аналогичной установки с изобарным подводом теплоты конструкцией камеры

сгорания (рис. 10.4.1).

Здесь ротор турбины 3, компрессор 8 и топливный насос 9 располагаются на общем валу 1. Компрессор, приводимый в действие ротором турбины, подаёт сжатый воздух в камеру сгорания 6 через управляемый клапан 11. В конце камеры сгорания находится клапан 12, предназначенный для вывода продуктов сгорания в сопловый аппарат 5. Топливо в камеру сгорания подаётся насосом 9 через форсунку 7. Подача топлива осуществляется периодически топливным клапаном 10. В камере сгорания при закрытых клапанах 11 и 12 происходит процесс горения топлива при постоянном объёме. Зажигание топлива осуществля-

7 10 6 12

Рис. 10.4.1

ется электрической свечой. Таким образом, рабочее тело получает теплоту Qt при постоянном объёме. По завершении процесса горения открывается клапан 12 и продукты сгорания поступают в сопловый аппарат 5. Попадая на лопатки 4 турбины, газ совершает механическую работу и выводится в окружающую среду при постоянном давлении. Следовательно, отвод теплоты Q? осуществляется изобарно.

Таким образом, цикл газотурбинной установки с изохорным подводом теплоты содержит следующие процессы:

  • - адиабатное сжатие воздуха в компрессоре (линия 1-2 на P-V и Т-S диаграмме, рис. 10.4.2 и рис. 10.4.3);
  • - подвод теплоты Q/ при постоянном объёме (линия 2-3);
  • - адиабатное расширение газа в турбине (линия 3-4), сопровождающееся совершением механической работы;
  • - изобарный вывод продуктов сгорания в окружающую среду (линия 4-1), сопровождающийся выводом теплоты Q> в окружающую среду.

Рис. 10.4.3

Основными параметрами цикла являются: 1) степень повышения давления

  • (10.4.1)
  • 2) степень изохорного повышения давления

Z = V (Ю.4.2)

Температуры характерных точек цикла связаны с параметрами исходной точки 1(7^, К], 7) следующими соотношениями:

точка 2:

точка 3:

г3=г2-5-=т2л=т;Ля *

•*2

точка 4:

  • (10.4.3)
  • (10.4.4)
  • (10.4.5)
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >