2015-05-05
15600
Газотурбинные установки относятся к числу двигателей внутреннего сгорания. Газ, получившийся в результате сгорания топлива в камере сгорания, направляется на турбину. Продукты сгорания, расширяясь в сопловом аппарате и на рабочих лопатках турбины, производят на колесе турбины механическую работу.
ГТУ по сравнению с поршневыми двигателями обладают целым рядом преимуществ:
1) простота силовой установки;
2) отсутствие поступательно движущихся частей, что позволяет повысить механический к.п.д.;
3) получение больших чисел оборотов, что позволяет существенно снизить вес и габариты установки;
4) осуществление цикла с полным расширением и тем самым большим термическим к.п.д.
Эти преимущества ГТУ способствовали ее распространению во многих отраслях техники и особенно в авиации.
В основе работы ГТУ лежат идеальные циклы, состоящие из простейших термодинамических процессов. Термодинамическое изучение этих циклов базируется на предположениях аналогичных тем, которые были сделаны в предыдущем разделе (циклы ДВС), а именно: циклы обратимы, подвод теплоты происходит без изменения химического состава рабочего тела цикла, отвод теплоты предполагается обратимым, гидравлические и тепловые потери отсутствуют, рабочее тело представляет собой идеальный газ с постоянной теплоемкостью.
|
|
|
К числе возможных идеальных циклов ГТУ относят:
а) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (р = const) - цикл Брайтона;
б) цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (v = const);
в) цикл с регенерацией теплоты.
Во всех циклах ГТУ отвод теплоты при наличии полного расширения в турбине происходит при постоянном давлении.
Из-за сложной конструкции камеры сгорания цикл ГТУ с изохорным подводом теплоты применяется крайне редко даже несмотря на то, что имеет повышенный КПД по сравнению с циклом Брайтона. Из перечисленных циклов наибольшее применение получил цикл с подводом теплоты при р = const, поэтому далее подробно его рассмотрим.
Схема и цикл ГТУ с подводом теплоты при p= const
(цикл Брайтона)
Обратимый цикл ГТУ при p =const называется циклом Брайтона. Схема ГТУ представлена на рис. 10. Компрессор (ВК), приводимый в движение газовой турбиной (ГТ), подает сжатый воздух в камеру сгорания (КС), в которую впрыскивается жидкое топливо, подаваемое насосом (ТН), находящимся на валу турбины. Продукты сгорания расширяются на рабочих лопатках турбины и выбрасываются в атмосферу.
Рис. 10. Схема ГТУ (ВК – воздушный компрессор,
ТН – топливный насос, КС – камера сгорания,
ГТ – газовая турбина, ЭГ – электрогенератор)
Изобразим цикл на рабочей и тепловой диаграмме (рис.11).
|
|
|
Характеристиками этого цикла являются:
степень повышения давления воздуха 
(или степень сжатия 
)
степень предварительного расширения 
.
При расчете цикла определяют параметры в характерных точках. Как правило, исходными данными являются параметры в точке 1: 
.
Рис. 11. Цикл Брайтона. Рабочая (p - v) и тепловая (T - s) диаграммы.
(1-2 – адиабатное сжатие в компрессоре,
2-3 – изобарный подвод теплоты в камере сгорания,
3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания на лопатках газовой турбины,
4-1 – изобарный отвод теплоты от продуктов сгорания в атмосферу)
