Газовые турбины проблемы и перспективы. Манушин Э.А. (1014151), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Вора- шилова ПО ХТЗ вЂ” Производственное объединение турбостроения "Харьковский турбинный завод" им. С.М. Кирова ЦНИИ МПС вЂ” Центральный научно.исследовательский институт Министерства путей сообщения Глава лераая. РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ И ДЕИСТВИТЕЛЬНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЪ| СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ УСТАНОВОК 1.1. Газотурбинные установки на органическом топливе Рассмотрим рабочие процессы и действительные циклы тех современных и перспективных ГТУ и КУ, которые анализируются в последующих главах. Те модинамические (идеальные) идействительныециклыГТУ и КУ рассмотрены во многих учебниках и монографиях.

Они приведены, в частности, в (55], Рассмотрим основные особенности некоторых циклов, зто поможет анализировать состояние и перспективы развития газотур. бинной техники. Более полные сведения о рабочих процессах и циклах ГТУ можно найти, например, в [27). Поскольку одни и те же процессы и циклы используются в ГТУ и КУ различных типов, различающихся лишь значениями параметров, кратко расс мотр им лишь общие особенности циклов, не относящихся к конкретным установкам.

Процесс подвода теплоты во всех современных ГТУ осуществляется при постоянном давлении рабочего тела в камере сгорания, поэтому такие ГТУ называются работающими по циклу р = сопи. Современные и перспективные ГТУ с р = сонат работают или могут работать по циклам, приведенным на рис. 1.1, 1.3, 1.4. Действительные схемы, как показано в гл. 3, могут отличаться от приведенных на этих рисунках принципиальных схем числом валов и агрегатов, в которых протекают процессы, составляющие термодинамнческий цикл. Эти отличия объясняются несколькими причинами, в частности стремлением обеспечить требуемые характеристики ГТУ и оптимальные параметры узлов, ~а ис. 1.1 в Т, з-координатах изображены идеальный со сжатием по а рис.

адиабате (ак' ег' а) и действительный (акгга) циклы простейшей ГТУ с р = сонат открытого цикла, принципиальная схема которой дана на рис. 1.1, а. При анализе циклов ГТУ расчеты ведутся ло параметрам торможения. Работа сжатия 1 кг рабочего тела в компрессоре 1к !к 1я = срТк ср Та ° Адиабатная работа сжатия 1к,ид зь' — 1я = срТА' — срТа.

Ряможно выразить в таком виде: 1к ид = ср Га(Я вЂ” 1) = )сНГа(н (1.2) ,) 5 7 2 7тчса 5 б 3 рис.!.1. Схема (а) и цикл (б) простейшей ГТУ; 1 — подвод воздуха из атмосферы; 2 — компрессор; 3 — камера сгорашя; 4— система топливолодачи; 5 — газовая турбина; б — выпуск отработавших газов; 7 — нагрузка где и„= р /р, — степень повышения давления воздуха в компрессоре (часто неточно называемая степенью сжатия; обычно под степенью сжатия понимается отношение удельных объемов) . В (1.1) и (1.2) величины ср — средние теплоемкости при постоянном давлении лля соответствующей температуры рабочего тела; в (1.3) ср и» вЂ” усредненные значения теплоемкости и показателя адиабаты для процесса сжатия. Действительная работа сжатия /„ пропорциональна площади 1'ка'2', адиабатная работа /„„д измеряется площадью 1 к'а'2' на Тз-диаграмме (рис. 1.1), Таким образом, 1к> 1„„д и 1„— /„„д пропорционзльна площади 1 к'к1'.

В качестве КПД действительного процесса сжатия обычно принимают адиабатный КПД ц„=! к ид/1„, где 1„= !„— !а = ~И (Тк— Та) /(» — 1) . Температура за компрессором Т„= Та + 1„„д/(срц„) = Та]1 + (л(» )!» — 1)/ц„]. (1.4) Действительный процесс сжатия происходит по политропе ак (рис. 1.1) с показателем и. Для такого процесса сжатия вводится понятие политропного КПД ц л как отношение политропной работы сжатия !к,л = ппуа]лк — 1]/(и — 1) = п/х(҄— Т)/(п — 1) к работе ! к (к га»п (Тк — Уа) /(»' — 1).

(1.5) Отсюда Цк л м и(/с — 1)/(п — 1)/с. С учетом этого температура за компрессором ук = у' лГ» )/» а к Тал Ц" и . Тогда из (1.4) действительная работа сжатия (" !)!»ц, и »ЯТа]л(» )!»цк и — 1]/(» — 1). Используя понятие об аднабатном КПД ц„и (1.3), получаем (!с — !)!» 1]/]. (» — !)1»ц» (1 хб) цк К Отметим, что цк < и„„. Значения цк „удобны при сравнении ГТУ определенного типа (например, стационарных энергетических) тем, что они мало изменяются в компрессорах таких ГТУ и позволяют нахо- дить значения адиабатных КПД ц„= цк(ц„„, л„, »). У осевыхком- п ессоров ГТУ большой мощности цк „= 89 —;92%, у центробежных пр =- 85 —: 87%.

При л„, характерных для компрессоров этих типов, т)к л к х получаются значения цк е 83 —; 90% и 75 —: 83%. Больпше значения ц„ относятся к компрессорам с малыми л„. Те!шота, подведенная к рабочему телу в камере сгорания ГТУ с р = сопят, длн идеального цикла может быть определена как разность ц, = ср҄— с Т„, пропорциональная площади 1к'г5, и рассчитана т, по УРавнению Ц! = сртгТг — срткТк = / срс/Т = ср(Тг — кхв где — в гк с ' и с к — средние тецлоемкости при температурах Тг и Тк со- ртг ртк гг ответственно; ср = ]!/(Т, — Т„)] / срг/Т вЂ” средняя теплоемкость Гк процесса подвода теплоты. Теплоту действительного цикла а, определяют по относительному РасходУ топлива »тол и низшей теплоте сгоРаниа Чи: Ч! = 8тол чн.

р Р Величина атал = С ол/Св — отношение расходов топлива и воздуха в единицу времени соответственно, или »тол = 1/(а/о), где а — коэффициент избытка воздуха; 1с — теоретически необходимая масса воздуха для сжигания 1 кг топлива. Достаточно точно значение «тол можно опРеДслить по фоРмУле атон = (!л.с, г — св,к)/(Ч„ол зл,с, г + + /в е о), где первый индекс у величины энтальпии относится к рабочему телу (п.с — продукты сгорания, в — воздух), а второй — к температуре определения энты!ьпии: г — к температуре копна процесса горения; о — к температуре, при которой в справочниках даются зна. чения теплоты сгорания цр; к — к температуре воздуха перед камерой сгорания.

Значения коэ!рфицнента полноты сгорания на расчетном режиме работы камеры ц = 0,95 —:0,98 и даже 0,99 — 0,995 в камерах сгорания стационарных ГТУ, работающих на газообразном топливе. Точки г и к в действительном цикле, строго говоря, не лежат на олной изобаре из-за потерь в камере сгорания. Эти потери характеризуются коэффициентом полного давления Л, = р" /р", указывающим относительное изменение полного давления в камере. Для ненапряженных низкотемпеРатУРных камеР сгоРаниЯ Лг = 0,9640,98; ЛлЯ высоконапряженных компактных камер высокотемпературных ГТД Лг 0,92-: 0,9б, Располагаемая (идеальная) работа расширения /т,ид = !г — (т' срТ, — ср Т,; ее можно выразить через степень понижения давле- 9 ния нт = р!'рт = рг!'рт. !т,вл = срТг[1 — нт [. (! - РЗ!Р' (Еу) (Здесь показатель аднабаты, удельная теплоемкость газа, а ннжегазовая постоянная и показатель политропы отмечены штрихами, в отличие от соответствующих величин для компрессора).

Действительная работа турбины !т = сг — ст = с),Тг — срТт [см. пояснение после (1.3) относительно значений ср[. Как и при анализе процесса сжатия, считаем скорость газа за турбйной ст - 0 и экономичность турбины с учетом потерь оцениваем адиабатным КПД т)т = 1т!'!т „д. Располагаемая работа расширения ! т „л пропорциональна площади 4'3'г5, дей- ствительнаЯ Работа тУРбины !т !т вдт)т измеРЯетсЯ площадью 4"3'г5 на Тыьднаграмме (рис. 1.1).

Поэтому !т ( !т вд и разность !т „д — !т пропорциональна площади 4'3'3"4". Температура за турбиной с учетом КПД т), 1'т = Тг — !тс)т(сер = Тг [1 (1 в ) т1т[ ° (1 — )с')1Р' Действительньсй процесс расширения происходит по полнтропе гт (рис. 1.1, б) с показателем л', для него определяется политропный КПД т)т,в как отношение работы расширения 1т = !г — ст = Р'~''(Тг — 7'т)((!с' — 1) (1.8) к располагаемому теплоперепаду Рт,вд = срТг ср)т' л)1 Тг[1 тст )/(л 1) л)с (Тг Тт)!(л [) ° (1.9) Из (1.8) и (1.9) имеем с)т,в = Р'(л' — 1)!л'(Р' — 1). С учетом зтого температура за турбиной Тт ; Тгя( " )!" = Тгв(! г т т Тогда из (1.8) ! = Рй'Т„[1 — я(! .Р)т)т и!Р [!()с' — 1).

Используя понятие об аднабатном КПД т)т н (1.7), получаем в(! Р )Чт, в!Р [![1 в(! — Р )!Р [ т т Отметим, что т)т ) с)т „. Значения т!т „для осевых турбин мощных стационарных ГТУ лежат в диапазоне 90 — 91%; для осевых турбин транспортных и авиационных ГТД т!т „- 88сь 90%. Удельная работа ГТУ Р' !е = !т !к !т, ввс)т !к, влlт)к = =, 11 1г(1 Р' — 1 Р— ! (! — )с') !Р) (1.10) !О Гйе 1,2. Зависимость КПД тЬ (сввошвые ввввв) в удельной рабаты !е (штриховые ввшш) действительного цикла простейшей ТТУ от стевенв повышениЯ довоевав тск(т) в= 89%; т)т и = 89%; Я = 287 Дж((кг ((); Те = 288 К): ! — Тг = 1000 К! 2 — Тг = ! !00 К; 3 - Тг= !200 К; 4 — Тг -" !300 К' 5 Тг = !500 К ')ес % еа ааа 7оа таа о е 17 7а га оак„ Если для упрощения примем А' — х, )1' ее Л н предположим, что гидрав.

Характеристики

Список файлов книги