Газотурбинные установки

Цикл энергетической стационарной установки. В отличие от па­ротурбинного (паросилового цикла Ренкина для водяного пара) в циклах газотурбинных установок рабочим телом служат сжатые газы, нагретые до высокой температуры. В качестве таких газов чаще всего используют смесь воздуха и продуктов сгорания жид­кого (или газообразного) топлива.

Воздушный компрессор К сжимает атмо­сферный воздух, повышая его давление от р₀ до р₂, и непрерывно подает его в камеру сгорания КС. Туда же специальным насосом непрерывно подается необходимое количество жидкого топлива. Образующиеся в камере продукты сгорания выходят из нее с тем­пературой Тз и практически с тем же давлением р₂, что и на выходе из компрессора (р₂ = р₃). Следовательно, горение топлива (т. е. подвод теплоты) происхо­дит при постоянном давлении.

В газовой турбине (ГТ) продукты сгорания адиабатно расширя­ются, в результате чего их температура снижается до Т₄, а давление уменьшается до атмосферного р₀. Весь перепад давлений р₃ -р₀ ис­пользуется для получения технической работы в турбине l_тех. Боль­шая часть этой работы /_к расходуется на привод компрессора, раз­ность l_тех - l_к затрачивается на производство электроэнергии в элек­трическом генераторе (Г) или на другие цели. Эта разность и со­ставляет полезную работу цикла (расход энергии на привод топ­ливного насоса невелик и в первом приближении его можно не учитывать).

Заменив сгорание топлива изобарным подводом теплоты (линия 2—3 на рис. 2.11), а охлаждение выброшенных в атмосферу продуктов сгорания — изобарным отводом теп­лоты (линия 4—1), получим цикл га­зотурбинной установки 1—2—3—4.

Рис. 2.11. Цикл ГТУ

Полезная работа l_ц изображается в p,v- диаграмме площадью, заключен­ной внутри контура цикла (площадь 1-2—3—4). На рис. 2.11, а видно, что полезная работа равна

разности междутехнической работой, полученной в турбине (площадь цикла 6—3—4—5), и технической работой, затраченной на привод компрессора (площадь 6—2—1—5). Теплота, превращенная в работу, получается как разность между количеством подведенной q₁ и отведенной q₂ теплоты. Коэффициент полезного действия идеального цикла ГТУ

(2.3)

В формуле теплоемкость с_р для простоты расчетов принята постоянной.

Одной из основных характеристик цикла газотурбинной установки является степень повышения давления в компрессоре ,равная отношению давления воздуха после компрессора р₂ к давлению перед ним р₀. Выразим отношение температур в формуле (2.3) через степень повышения давления = р₂/р₀ из уравнения адиабаты:

;

поскольку р₄ = р₁ и р₃ = р₂, то T₄/T₁, = Т₃/Т₂. Из формулы (2.3) получим

(2.4)

При показателе адиабаты к = 1,33 формула (2.4) дает следующие значения для различных величин :

…..23456789 10

…..16 24 29 33 36 38,5 40,5 42 43,5

Коэффициент полезного действия идеального цикла непрерыв­но возрастает с увеличением п. Это связано с увеличением темпе­ратуры в конце процесса сжатия Т₂ и соответственно температуры газов перед турбиной Т_ъ.

К сожалению, максимальная температура газов перед тур­биной ограничивается жаропрочностью металла, из которого делают основные ее элементы (в авиационных двигателях 1100... 1200 °С, в стационарных 750... 800 °С). Поэтому приходит­ся сознательно идти на снижение температуры горения топлива (за счет подачи излишнего количества воздуха).

Дата добавления: 2015-07-25