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 Т4в до Т3н. 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 ТУХ.
|
|
Рис. 78. Схема простейшей ГТУ замкнутого (закрытого) цикла.
ПНГ – поверхностный нагреватель газа;
ПОГ – поверхностный охладитель газа;
К – компрессор; ГТ – газовая турбина;
ТУХ – выброс продуктов сгорания в атмосферу.
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.