Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Установки (ГТУ) с изобарным подводом теплоты




Газотурбинными установками называют тепловые двигатели, в которых кинетическая энергия струи продуктов сгорания превращается во вращательное движение рабочего колеса турбины.

В качестве топлива для ГТУ используют жидкое и газообразное топливо.

ГТУ обладает рядом преимуществ перед Д.В.С.

Работа Д.В.С. связана с возвратно - поступательным движением поршня, поэтому практически невозможно создать Д.В.С. большой мощности и малых размеров.

В газотурбинных установках энергия потока газовой струи превращается во вращательное движение колеса турбины, что связано со значительно меньшими потерями энергии на трение. Кроме того, в ГТУ возможно расширение продуктов сгорания до давления окружающей среды, что приводит к дополнительному выигрышу в работе.

На рис. 4. 10 представлена схема газотурбинной установки.

Рисунок 4.10. Схема газотурбинной установки.

В состав ГТУ входят:

1 – бак с топливом; 2 - топливный насос; 3 - компрессор; 4 – камера сгорания; 5 - сопло; 6 – рабочее колесо турбины; 7 – электрогенератор.

Различают ГТУ с подводом тепла при P=const и V=const.

Рассмотрим работу газотурбинной установки и её теоретический цикл при изобарном подводе тепла.

На рис. 4.11 представлены P-V и T-S диаграммы циклов ГТУ при P= const, где процесс 1-2 – процесс адиабатного сжатия воздуха в воздушном компрессоре 1 (рис. 4.11).

Процесс 2-3 - процесс изобарного подвода тепла.

В этом процессе с помощью топливного насоса 2 топливо подается в камеру сгорания 4. Здесь происходит распыление топлива и его горение при P = const.

Процесс 3,4 – процесс адиабатного расширения продуктов сгорания. В этом процессе продукты сгорания из камеры 4 поступают в сопловой аппарат 5, где происходит адиабатное расширение их. При прохождении соплового аппарата продукты сгорания приобретают большую скорость, возрастает кинетическая энергия струи, которая превращается в механическую энергию вращения рабочего

Рисунок 4.11. Диаграммы процессов ГТУ.

колеса турбины 6, используемая в дальнейшем для вращения электрогенератора 7, лопаточного компрессора 3 и топливного насоса 2. После адиабатного расширения продукты сгорания выбрасываются в атмосферу (процесс 4-1) или используются для подогрева компрессорного воздуха.

Основной характеристикой цикла ГТУ является степень повышения давления при адиабатном процессе.

;

Механическая работа ГТУ представляет собой площадь

1,2,3,4 на P-V диаграмме. Эта полезная работа определяется как разность общей работы ГТУ (площадь- точки Р1, Р2, 3,4) и работы привода компрессора (площадь – точки 2,1,Р21).

Определим к.п.д. ГТУ

где q2 – удельное количество отведенного тепла;

q1 – удельное количество подведенного тепла.

q2 = CP(T4 – T1); q1 = CP (T3 – T2).

из анализа адиабат 1,2 и 3,4 следует

так как

Таким образом, к.п.д. газотурбинной установки зависит только от степени повышения давления β и не зависит от температуры воздуха.

Для повышения к.п.д. необходимо повышать β.

Для ГТУ с изохорным подводом тепла к.п.д. определяется:

Сравним эти 2 цикла на T-S диаграмме.

Из диаграммы T-S следует, что при одинаковой степени повышения давления β и одинаковых параметрах отвода тепла полезная работа выше для ГТУ при V=const.

Однако, вследствие ограничения максимальной температуры t0 в процессе подвода тепла, наиболее экономичными являются реальные ГТУ с изобарным подводом

теплоты. Так как t0 продуктов сгорания после рабочего колеса турбины выше, чем температура компрессорного воздуха, то для повышения к.п.д. ГТУ используется регенерация тепла, сущность которой заключается в предварительном подогреве воздуха теплом продуктов сгорания.

Рисунок 4.12. Диаграмма T-S цикла ГТУ с V=const.

Пример 4.2 Для идеального цикла газовой турбины с подводом теплоты при p = const (см. рисунок 4. 11.) найти параметры в характерных точках, полезную работу,

термический к.п.д., количество подведенной и отведенной теплоты, если дано

р1 =100 кПа; t1 = 270 C; t3 = 7000

β = ; k = 1,4

Рабочее тело – воздух. Теплоемкость принять постоянной.

Р е ш е н и е

Точка 1.

м3/кг.

Точка 2.

; 21 = T1β ;

T2 = 300 ·100,4/1,4 = 300· 1,93 = 597 K;

β = ; p2=p1·β =100·10 = 1000 кПа = 1 МПа.

.

Точка 3.

Т3 = 700 +273 = 973 К; р3 = р2 = 1 МПа;

V3 = V2·(Т3/T2 ) = 0,166·(973/579) = 0,279 м3/кг.

Точка 4.

; ; ;

t4 = 229 0C; p4 = p1 = 0,1 МПа;

м3/кг.

Количество теплоты

q1 =q2-3 = cP(T3 – T2) = 29,31/28,96 · (973 – 579) = 399 кДж/кг;

q2 = q4-1=CP (T4 – T1)= 29,31/28,96 · (500 – 300) = 202 кДж/кг.

Работа цикла

0 = q1- q2 = 399 – 202 = 197 кДж /кг.

Термический к.п.д. цикла

ηt = 1 – q2/q1 = 1 – 202/399 = 0,494.

Контрольные вопросы.

1. Почему термодинамические циклы ДВС называются идеальными?

2. Как доказать, что с увеличением степени сжатия в ДВС повышается температура в конце сжатия?

3. Как изменяется температура TZ в цикле со смешанным подводом теплоты при увеличении степени предварительного расширения?

4. Как влияет уменьшение степени сжатия на термический к.п.д. ДВС?

5. Как влияет уменьшение степени предварительного расширения на термический к.п.д. ДВС?

6. Как влияет степень повышения давления в ГТУ с изобарным подводом теплоты на термический к.п.д.?

Лекция № 5

Раздел 5

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...