Материал: 1150

t 1 q2 , q1

где

Параметры газа в узловых точках цикла находятся по формулам, связывающим параметры газа в адиабатном и изобарном процессах:

Анализ выражения (1.3) показывает, что термический КПД ГТУ при данном рабочем веществе (данном k) зависит от степени повышения давления в компрессоре, причем с ростом термический КПД увеличивается. С другой стороны, повышение приводит к увеличению температуры газов перед рабочими лопатками турбины. Значение этой температуры лимитируется жаропрочностью сплавов, из которых изготовлены лопатки. В настоящее время максимально допустимая температура газов перед турбиной составляет 800 1000 ОС и дальнейшее повышение температуры может быть достигнуто только при применении новых жаропрочных материалов и внедрении конструкций турбин с охлаждаемыми лопатками.

1.4.2.Цикл с подводом теплоты при = const

Вгазотурбинной установке, работающей с подводом теплоты при

= const (рис. 1.18), процесс сгорания идет в замкнутом объеме камеры. Компрессор К, приводимой во вращение газовой турбиной ГТ, подает сжатый воздух в камеру сгорания КС через управляемый кла-

30

пан Кл1. Второй клапан Кл2 находится в конце камеры сгорания и предназначен для выхода продуктов сгорания на турбину. Подача топлива осуществляется периодически через топливный клапан Кл3.

В камере сгорания при закрытых клапанах Кл1 и Кл2 происходит процесс горения топлива в постоянном объеме. При увеличении давления клапан Кл2 открывается и продукты сгорания поступают в сопловой аппарат и на лопатки турбины. Далее газ выбрасывается в окружающую среду.

На р и Т s-диаграммах процессы 1-2 – адиабатное сжатие в компрессоре; 2-3 – подвод теплоты при = const; 3-4 – адиабатное расширение газа в турбине; 4-1 – изобарная отдача газом теплоты окружающему воздуху.

Основными параметрами цикла являются: степень повышения давления воздуха и степень изохорного повышения давления :

Термический КПД цикла определяется по формуле

Температуры газа в узловых точках цикла находятся по формулам:

Термический КПД цикла

Анализ формулы (1.4) показывает, что термический КПД цикла зависит от степени повышения давления и величины , характеризующей количество подведенной теплоты.

р = const и = const на р - и Т s-диаграммах (рис. 1.19) видно, что при одной и той же величине степени повышения давления и одинаковом количестве отведенной теплоты цикл при = const выгоднее цикла при р = const.

Это объясняется большей степенью расширения, которая будет в цикле = const, а следовательно, и большими значениями термического КПД. Несмотря на это преимущество, цикл с подводом теплоты при = const широкого применения в практике не нашел в связи с усложнением конструкции камеры сгорания и ухудшением работы турбины в пульсирующем потоке газа.

32

1.4.3. Цикл с регенерацией теплоты

Одной из мер повышения совершенства перехода теплоты в работу в газотурбинной установке является применение регенерации теплоты. Регенерация теплоты заключается в использовании теплоты отработавших газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания (рис. 1.20). Экономичность ГТУ при применении регенерации повышается.

Воздух из компрессора К направляется в регенеративный теплообменник Р, где он получает теплоту от газов, вышедших из турбины. После подогрева воздух направляется в камеру сгорания КС, в которую подается топливо. Воздух, получивший теплоту от отработавших газов, должен получить в камере сгорания меньше теплоты для достижения определенной температуры газа перед турбиной.

Рис. 1.20. Схема ГТУ с регенерацией (а) и цикл в диаграммах р- (б) и Т-s (в): К компрессор; Р регенератор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; ЭГ электрогенератор

Цикл ГТУ с регенерацией теплоты показан на рис. 1.20. На диаграммах: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-5 изобарный подогрев воздуха в регенераторе; 5-3 – подвод теплоты при р = const в камере сгорания; 3-4 – адиабатное расширение газа в турбине; 4-6 – отдача теплоты при р = const в регенераторе; 6-1 – отдача теплоты при р = const в окружающую среду.

Если предположить, что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры воздуха, поступающего в него, Т6 = Т2, то регенерация будет полной.

Термический КПД цикла при полной регенерации, когда Т4 – Т6 = = Т5 – T2, рассчитывается по формуле

33

t 1 q2 /q1,

где

q1 cP T3 T5 cP T3 T4 ;

q2 cP T6 T1 cP T2 T1 .

Тогда

t 1 T2 T1 .

T3 T4

При принятых параметрах цикла ГТУ с подводом теплоты при р = const температуры в точках 2, 3 и 4 соответственно равны:

k 1 k 1

Термический КПД цикла

t 1 T1 1 1 .

T4

Анализ последней формулы показывает, что термический КПД цикла при полной регенерации зависит от начальной температуры и от температуры в конце адиабатного расширения. Обычно двигатели работают не при полной регенерации, поэтому Т6 > Т2. При этом термический КПД цикла должен учитывать степень регенерации, определяемую как отношение количества теплоты, переданной воздуху, к тому количеству теплоты, которое могло бы быть передано при охлаждении газов до температуры воздуха.

Степень регенерации

Т5 Т2 .

Т4 Т6

Величина степени регенерации определяется качеством и величиной рабочих поверхностей теплообменника (регенератора).

В настоящее время регенерация теплоты находит практическое применение в основном в стационарных установках и реже в транспортных установках из-за большой массы и габаритов регенератора.

34