Схема ГТУ с изохорным подводом тепловой энергии

В ГТУ, работающей по этому циклу, процесс сгорания идет в замкнутом объеме камеры сгорания при u = const. Схема ГТУ со сгоранием при u = const изображена на рис. 14.5. Компрессор 1, приводимый во вращение турбиной 9, подает сжатый воздух через ресивер 2 в камеру сгорания 5 через управляемый клапан 7. Второй клапан 8 предназначен для выхода продуктов сгорания в турбину. Топливо в камеру сгорания подается насосом 4 из топливного бака 3 через форсунку 6. Впрыск топлива через форсунку осуществляется периодически. В камере сгорания при закрытых клапанах 7 и 8 происходит процесс горения топлива в постоянном объеме. При повышении давления клапан 8 открывается и продукты сгорания поступают через сопловой аппарат на лопатки турбины, где совершают работу, которая преобразуется в электроэнергию генератором 10, затем газы выводятся в атмосферу.

После выхода газов из камеры сгорания через клапан 8 он закрывается. Через клапан 7 и форсунку 6 вводятся новые порции воздуха и топлива и процесс сгорания повторяется. Ресивер 2 в этой схеме нужен для сбора сжатого воздуха в периоды, когда воздушный клапан 7 закрыт. Таким образом, работа такой ГТУ осуществляется периодически. Для равномерного вращения ротора турбины обычно одну турбину обслуживают несколько камер сгорания со сдвинутыми одна относительно другой фазами процесса сгорания. Поэтому газ на лопатки турбины поступает непрерывно.

 40. Идеализированный цикл газотурбинной установки с подводом тепловой энергии при постоянном объеме рабочего тела.

В отличие от ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении, где процесс горения осуществляется непрерывно, в ГТУ со сгоранием топлива при постоянном объеме процесс горения является периодическим (пульсирующим). Через воздушный клапан 7 в камеру сгорания 1 поступает воздух, сжатый в компрессоре 6 (рис. 10.5). Сюда же топливным насосом 5 через топливный клапан 8 подается жидкое топливо. Процесс горения произ­водится при закрытых воздушном клапане 7 и сопловом клапане 2. Воспла­менение происходит от электрической искры. После сгорания топлива в ре­зультате повышения давления в камере 1 открывается сопловой клапан 2. Продукты сгорания, проходя через сопловые аппараты 3, поступают на ло­патки газовой турбины 4.

Идеальный цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при по­стоянном объеме в pν - и Ts - диаграммах представлен на рис. 10.6.

В адиабатном процессе 1-2 рабочее тело с параметрами р ₁, ν₁, T ₁ в точке 1 сжимается до параметров р ₂, ν₂, T ₂в точке 2.

 

 

 41. Сравнение циклов ГТУ.

На рисунке 18-8 представлены циклы ГТУ при одинаковых степенях повышения давления и одинаковых максимальных температурах. Из рисунка видно, что цикл ГТУ c изохорным подводом теплоты имеет больший КПД.

Действительно, из рисунка 18-8 видно, что в цикле с подводом теплоты при v=const среднеинтегральная температура подвода теплоты Т’_v будет выше, а среднеинтегральная температура отвода теплоты Т”_v ниже, чем в цикле с подводом теплоты при p=const:

Сравнение циклов ГТУ при разных степенях повышения давлений и одинаковых максимальных температурах подтверждают вывод, что цикл с подводом теплоты при p=const будет иметь больший КПД, чем цикл с подводом теплоты v=const, т.е. КПД определяемый по среднеинтегральным температурам, даёт большее значение для цикла ГТУ с подводом теплоты при p=const (рис. 18-9):

(1)

 42. Реальный цикл ГТУ в P-v координатах.

В реальных условиях все процессы в ГТУ являются необратимыми, что оказывает большое влияние на характеристики установки. Необратимость реальных процессов вызвана:

           а) потерей располагаемой работы в турбине и компрессоре, которые оцениваются внутренними (адиабатическими) КПД турбомашин;

           б) потерями давления рабочего тела в тракте ГТУ, которые определяются коэффициентом гидравлических потерь.

На рис. 3.10 Действительный процесс расширения изображен линией 3-4, а действительный процесс сжатия – линией 1-2. Точками 2_t и 4_t отмечено состояние газа соответственно в конце изоэнтропийного расширения и сжатия, точкой н – параметры окружающей среды

На рис. 3.10 Действительный процесс расширения изображен линией 3-4, а действительный процесс сжатия – линией 1-2. Точками 2_t и 4_t отмечено состояние газа соответственно в конце изоэнтропийного расширения и сжатия, точкой н – параметры окружающей среды

Отличие реального цикла ГТУ от идеального;

1)  сжатие воздуха в компрессоре происходит не по адиабате 1-2_t, а по некоторой политропе 1-2 и затрачиваемая в компрессоре работа идет не только на повышение внутренней энергии воздуха, а частично расходуется на компенсацию потерь. Работа компрессора в действительном цикле больше, чем в идеальном.

Адиабатный КПД компрессора - это отношение количество работы, расходуемой в идеальном компрессоре к количеству работы в реальном компрессоре, где происходит политропное сжатие:

                                                         

             

 

Рис. 3.10. Реальный цикл ГТУ в Ts и pv -диаграммах

 

2)  расширение рабочего тела в газовой турбине происходит не по адиабате 3-4_t, а по некоторой политропе 3-4.

При этом внутренняя энергия рабочего тела расходуется не только на совершение полезной работы, на и частично на преодоление всяких сопротивлений.

Полезная работа реальной турбины меньше полезной работы идеальной турбины.

                         

Адиабатический КПД турбины - это отношение количества полезной работы, получаемой в реальной турбине к количеству полезной работы, получаемой в идеальной турбине:

      

3)  вследствие потерь давления в тракте ГТУ степень повышения давления в компрессоре p_к=р₂/р₁ больше, чем степень понижения давления в турбине p_Т=р₃/р₄. Можно записать p_Т = n·p_К, коэффициент, характеризующий общие потери давления. Для ГТУ, выполненной по простой схеме

n = (1-x_вх)·(1-x_к-т)/(1+x_вых),

где в соответствии с обозначениями на рис. 3.10

x_вх = Δр_вх/р_н; x_к-т = Δр_к-т/р₂; x_вых = Δр_вых/р_н.