yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->РОЗДІЛ 2       ГАЗОТУРБІННІ УСТАНОВКИ

Теплотехніка

РОЗДІЛ 2       ГАЗОТУРБІННІ УСТАНОВКИ

 

         2.1 Ідеальні цикли ГТУ

            Газотурбінною установкою називається теплосилова установка з газовою турбіною, що використовує як робоче тіло нагріті гази (наприклад, продукти згоряння палива), і повітряним компресором.

            Принципова схема найпростішої ГТУ зображена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1

Паливо згоряє в камері згоряння 1, куди надходить повітря після стиснення в компресорі 2. Продукти згоряння подаються у сопла газової турбіни 3, де розширюються, набуваючи порівняно високої швидкості течії. Далі гази йдуть на робочі лопатки турбіни, де виконують механічну роботу обертання ротора турбіни. Робота турбіни частково використовується для приводу повітряного компресора, а частково – для приводу якого-небудь робочого механізму, наприклад, електричного генератора, потужність якого становить корисну потужність ГТУ.

            Спалювання палива в камерах згоряння ГТУ практично здійснюється при сталому тиску або при незмінному об’ємі. Відповідно у зразкових циклах ГТУ розглядають підведення тепла до робочого тіла при р=const або при u=const.

            Процеси стиснення і розширення робочого тіла вважаються адіабатними, а процес відведення тепла до зовнішнього середовища розглядають як ізобарний.

28

            2.1.1 Цикл ГТУ з ізобарним підведенням тепла

 

Рисунок 2.2

 

            Зразковий цикл ГТУ з ізобарним підведенням тепла складається з таких процесів (див. рис. 2.2):

1-2 – адіабатне стиснення повітря в компресорі при ступені підвищення тиску ;

2-3 – ізобарне підведення тепла при ступені зміни температури ;

3-4 – адіабатне розширення в турбіні;

4-1 – ізобарне відведення тепла.

            Для адіабатного стиснення 1.2 маємо

 де

і далі для наступних процесів .

Кількість підведеного тепла в циклі

.

Кількість відведеного тепла

.

Термічний ККД циклу при цьому становить

.

 

29

            Підвищення ефективності ГТУ пов’язане з використанням принципу регенерації тепла, який полягає у підведенні тепла спрацьованих газів турбіни до стиснутого повітря, яке надходить у камеру згоряння. Принципова схема ГТУ з регенерацією тепла та ідеальний цикл цієї установки зображені на рис. 2.3 і 2.4.

Рисунок 2.3                                      Рисунок  2.4

            Термічний ККД регенеративного циклу

де  - ступінь регенерації.

При граничній регенерації

.

Рівняння енергобалансу ідеальної ГТУ

де  - корисна потужність ідеальної ГТУ, кВт;

 - масова витрата робочого тіла, кг/с;

 - питома кількість підведеного тепла, кДж/кг;

 - питома кількість відведеного тепла, кДж/кг;

 - питома корисна робота циклу, , кДж/кг;

 - витрата палива, кг/с;

30

 

 - теплота згоряння палива, кДж/кг.

            Питомі витрати тепла qt, кДж/(кВт·год), і палива вt, кг/(кВт·год), для ідеальної ГТУ

,

.

            2.1.2  Цикл ГТУ з ізохорним підведенням тепла

Цикл без регенерації. 

Схема такої установки показана на рис. 2.5.

Рисунок 2.5

Камера згоряння ГТУ має три керованих клапани: паливний а, повітряний в і сопловий с. Згоряння палива в КЗ відбувається періодично при закритих клапанах а, в і с, тобто при сталому об’ємі u2=const.

Рисунок 2.6

31

Найпростіший зразковий цикл такої ГТУ складається з таких процесів (див. рис. 2.6):

1-2 – адіабатне стиснення в компресорі;

2-3 – ізохорне підведення тепла;

3-4 – адіабатне розширення в турбіні;

4-1 – ізобарне відведення тепла.

            При ступені підвищення тиску в компресорі  і ступені зміни температури в циклі  маємо:

,

тоді кількість підведеного тепла в процесі 2-3 становить

а кількість відведеного в процесі 4-1 тепла

.

Отже, термічний ККД циклу

.

            Вплив регенерації. Зразковий цикл регенеративної ГТУ з ізохорним підведенням тепла зображено на рис. 2.7.

Рисунок 2.7

 

32

Процес регенеративного нагрівання повітря після його стиснення в компресорі проходить при сталому тиску Р2р (процес 2а), а вже потім відбувається ізохорне підведення тепла q1 (процес а-3). В цьому випадку при даних величинах b і t маємо  кількість підведеного тепла .

 

 

8