ГТУ со ступенчатым сжатием воздуха и промежуточным охлаждением

Основная идея – уменьшение затрачиваемой работы на сжатие воздуха в компрессоре и увеличение работы, получаемой при расширении рабочего газа в турбине.

Из термодинамики известно, что затрачиваемая работа на сжатие газа при прочих равных условиях будут наименьшей, если процесс осуществляется изотермически. Но для этого необходимо интенсивно и непрерывно подводить теплоту q от воздуха на протяжении всего процесса сжатия, что конструктивно, т.е. практически, невозможно осуществить.

 

53. ГТУ со ступенчатым расширением продуктов сгорания и промежуточным подводом теплоты.

Повышение экономичности, снижение удельного расхода воздуха и газа, а следовательно, увеличение единичной мощности могут быть достигнуты также при помощи ступенчатого расширения с промежуточным подводом теплоты в камерах сгорания, расположенных последовательно по ходу газа между турбинами. В этом случае процесс расширения приближается к изотермическому, а это приводит к увеличению располагаемой работы турбины

Воздух из компрессора К поступает в камеру сгорания высокого давления КСВ, после которой рабочий газ с температурой Т₃ направляется в турбину высокого давления ТВД, где происходит частичное расширение рабочего газа. После ТВД рабочий газ отводится в камеру сгорания низкого давления КСН, в которой за счет дополнительного сжигания топлива его температура повышается с Т_4в до Т_3н. Ввиду достаточного коэффициента избытка воздуха после КСВ сжигание топлива в КСН происходит без дополнительной подачи воздуха. Из КСН рабочий газ поступает в турбину низкого давления ТНД и далее на выхлоп.

1

2

qКС1

qКС2

3

lК

lТ1

lT2

4B

3H

4

q2

P

v

 

Рис. 3.21. Цикл ГТУ с промежуточным расширением и промежуточным подводом теплоты

 

 

Рис. 3.22. Принципиальная схема ГТУ при промежуточном подогреве рабочего тела

Промежуточное охлаждение и подогрев рабочего тела наиболее эффективно реализуется в двухкомпрессорных ГТУ, работающих по схеме с выделенным валом высокого давления

 54. ГТУ, работающие по замкнутой схеме.

Замкнутыми ГТУ называют такие установки, в которых рабочее тело непрерывно циркулирует по замкнутому контуру, не обновляясь. Схема простейшей ГТУ замкнутого цикла изображена на рис. 78:

Р абочим телом в установке, работающей по замкнутому циклу, служит чистый воздух или иной газ. В поверхностный нагреватель газа поступают топливо и воздух. Выделяющееся при сжигании топлива тепло передается рабочему телу через поверхность нагрева, обычно образуемую пучками труб. Продукты сгорания, отдав часть тепла нагреваемому рабочему телу, выбрасываются в атмосферу с температурой Т_УХ.

Рис. 78. Схема простейшей ГТУ замкнутого (закрытого) цикла.

ПНГ – поверхностный нагреватель газа;

ПОГ – поверхностный охладитель газа;

К – компрессор; ГТ – газовая турбина;

Т_УХ – выброс продуктов сгорания в атмосферу.

В установке, работающей по замкнутому циклу, отработавшее в турбине рабочее тело не выбрасывается в атмосферу, а затем в охлажденном виде направляется на всасывание в компрессор. Сжатое в компрессоре рабочее тело поступает в поверхностный нагреватель газа, получает в нем теплоту, образовавшуюся при сжигании топлива, и в нагретом виде направляется в газовую турбину, где совершает полезную работу.

Таким образом рабочий газ, циркулирующий в установке, нигде не соприкасается ни с атмосферным воздухом, ни с продуктами сгорания топлива. Давление газа, поступающего в компрессор, может иметь любое значение, отличное от атмосферного, что позволяет существенно повысить мощность установки только за счет повышения давления циркулирующего в контуре газа без изменения размеров самих турбомашин.