Циклы газотурбинных установок (ГТУ)

Основными недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания явяляются ограниченность их мощности и невозможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления, котрые отсутствуют в газотурбиннных установках. ГТУ рабочим телом являются продукты сгорания жидкого или газообразного топлива.

На рис.7.6 дана схема простейшей газотурбинной установки со сгоранием топлива при постоянном давлении. Топливным насосом 5 и компрессором 4 топливо и воздух через форсунки 6 и 7 поступают в камеру сгорания 1. Из камеры продукты сгорания направляются в комбинированные сопла 2, где они расширяются, и поступают на лопатки газовой турбины 3.

На рис.7.7 и рис7.8 представлены идеальный цикл ГТУ на PV и TS диаграммах.

1-2 - адиабатное сжатие до давления Р₂; 2-3 – подвод теплоты q₁ при постоянном давлении Р₂ (сгорание топлива); 3-4 – адиабатное расширение до первоначального давления Р₁; 4-1 – охлаждение рабочего тела при постоянном давлении Р₁ (отвод теплоты q₂);

Характеристиками цикла являются:

степень повышения давления - l = Р₂/ Р₁;

степень изобарного расширения - r = n₃ /n₂.

Работа турбины:

l_т = h₃ – h₄. (7.10)

Работа компрессора:

l_н = h₂ – h₁. (7.11)

Полезная работа ГТУ равна разности работ турбины и компрессора:

L_ГТУ = l_т – l_к. (7.12)

Термический к.п.д. цикла ГТУ имеет вид:

h_t = 1 – 1/ l ^(g-1)/g. (7.13)

Теоретическая мощность газовой турбины, компрессора и установки (ГТУ):

N_т = l_т·D/3600 = (h₃ – h₄)·D/3600, (7.14)

N_к = l_к·D/3600 = (h₂ – h₁)·D/3600, (7.15)

N_ГТУ = l_ГТУ·D/3600 = [(h₃ – h₄) (h₂ – h₁) ]·D/3600. (7.16)

Действительный цикл ГТУ отличается от теоретического наличием потерь на трение и вихреообразование в турбине и компрессоре. Эффективными методами повышения экономичности газотурбинных установок являются: регенерация теплоты, ступенчатое сжатие и расширение рабочего тела и пр.