Газовые турбины проблемы и перспективы. Манушин Э.А. (1014151), страница 3
Текст из файла (страница 3)
лические потери в камере сгорания и за турбиной отсутствуют, т.е. р„- р„и р, = р„то получим л = в„= ят = р„,'ра = ргссрт. Обозначим я = Х и Тг(Те = д. Тогда ()с — 1) !)с ! е = Рсй. Те [д (1 1!Х) т)т (Х 1) lс)к[ ! (Р 1) ° Полезная работа действительного цикла ! е = с)с — с)г = ! т — ! к эквивалентна разности площадей 1' кг5 и 1 атб на Т,г-диаграмме. Эта разность значительно меньше площади акгг, которая ограничена действительными процессами цикла (в идеальном цикле работа 1, „д, пропорциональная площади ак'гг', ограничена идеальными процессами) . КЛД цикла с)е = ! с!с с)с, где, как Указано выше, с)с = Ятовс!а. ПРи пРиблнженном анализе можно принять с)с = с', — с„= ср(Тг Тк) ° Воспользуемся (1.4) для Т„, тогда 0, = тТ,[д - 1- (Х -1)!цк[l(Р -1).
Если и для процесса подвода теплоты принять те же А и !с, что и для процессов сжатия и расширения, то КПД цикла т)е = [д(1 !1Х)т)т (Х 1)!с)к[)[д 1 (Х 1))с)к[. Значение в выбирают в зависимости от типа установки и с учетом того, какой параметр более важен — удельная работа (при этом получают установку с наименьшей массой) илв КПд установки.
КПД цикла с)е, как и удельная работа 1„„растет с повышением д и КПД турбины н компрессора. Зависимости с)е н 1, от вк при т)к в т)т, определяемых по (1.6) и (1.10), без учета потерь на охлаждение турбины представлены на рнс. 1.2. Из графиков следует, что для реализации преимуществ, связанных с повышением Т, необходимо вместе с повышением д увеличивать в„. Именно такая тенденция наблюдается при практическом осуществлении ГТу простейшего цикла. Для улучшения экономичности ГТУ применяют не только повышение 1г но н другие способы, сводящиеся в принципе к уменьшению количества теплоты, отводимой к холодному источнику: введение регенерации теплоты и применение промежуточного охлаждения воздуха в процессе сжатия и подогрева газа в процессе расширения.
рис. ! .3. Схема (е) н цикл (а) ГТУ с регенерышей теплоты; 1 — подвод воздуха из атмосферы; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания; 4— система топпнвоподачн; 5 — газовая турбина; б — регеператор нпи рекуператор; 7 — выпуск отработавших газов; 8 — нагрузка Рассмотрим цикл регенеративной ГТУ (рис. 1.3), в которой воздух после сжатия в компрессоре с расходом 6юв, температурой Тк и давлением р„поступает в теплообменник, где подогревается выходящими из турбины газами (расход которых составляет б„,г) до температуры Тр, .при этом температура газов понижается до Т..
Йз-за гидравлических потерь р, = рр = рк — Ьрк и ру = р,— г!чот (или р, = ра + 4Ъ). Если пренебречь вследствие малости тепловыми потерями в теплообменнике, то удельная теплота, отданная газами, определится какг/ сргТт — срг Т,; она равна удельной теплоте, полученной воздухом, !/р,в = срвТр — срвТк т.е. г/р г = г/р, в. Заметим, что Тр < < Тт и Ту > Т» из-за ограниченных размеров теллообменников.
Полноту регенерации в действительном цикле определяют степенью ре генерации а„которая представляет собой отношение действительного подогрева воздуха к максимально возможному, т.е. а = (Т вЂ” Т )/(Т вЂ” Тк). Работа турбины в регенеративной ГТУ, как и Ранее, (1.12) /т = /т,идт)т = й/1Тг [1 — пт [%/Ж вЂ” 1) (! — 1) /й срТг [1 — (Рг/рг) ( 1)/" [г)г .
(Здесь и далее для упрощения записи опущены черточки над ср и /г, обозначающие усредненные значения этих параметров). Гидравлические потери в теплообменнике можно учесть коэффициентом е = (Бра/рв + Ьрк/рк) (/г — 1) (1 — ар)/(/гар) = [(/с — 1)Е(/хр/р) (1 — ар)/ар[//г. Тогда работа турбины /т = срТеб [1 — (1 + еар/(1 — ар))/Х[т)т ° (1.13) 12 Работа сжатия в регенеративном цикле определяется так же, как в простейшем: /» = срТа(Х вЂ” 1)/з)к, поэтому эффективная удельная работа регенеративного цикла 1 еар /е = /т /к = ср Та а 1 (1 + т)т (Х 1)/!Ук Х 1 — ар/ (1.14) ыз сравнения (1.11) и (1.14) следует, что удельная работа регенеративного цикла при прочих одинаковых условиях меньше, чем удельцая работа простейшего цикла.
Поэтому зацанная мощность Р, в ГГУ г с теплообменником получается при больших расходах рабочего тела, чем в простейшей ГТУ, поскольку Ре — /е(гав /ебтг. Теплота, подводнмая с топливом в ГТУ с регенерацией, г/щ=срТг— Р Р' — с Тр. Температуру Тр за регенератором можно получить из (1.12) в виде Тр = арТ, — (1 — ар)Тк. Выразим температуру Тт за турбиной в зависимости от работы!т: Т, = Тг — /,/ср.
Тогда с учетом (1.4) и (1,13) Тр Тз ба 1 [1 1 + з)т + Х вЂ” 1 г + Т,(1 — ар) 1 + 1. лк Следовательно, 1 / еар г/за = ср Тад — ср Табор 1 [1 1 + 1 г)т Х [, 1 — ар/ Х вЂ” 1 сТа(1 — а)1+(. Р Р г)к Если для упрощения, как и ранее, принять ср = сопа1, то 1 г г/!а/(сд Та) = б — бар 1 — [1 — — ~ 1 + Х (1.15) + — цт — (1 — ар) 1 + КПД регенеративной ГТУ с учетом гидравлических потерь в теплооб. П меннике Леа = /е/г/!а, где /е определяется по (1.14), а !)га — по (1.15). Ри относительно большом сопротивлении (например, при е ) 0,02) применение регенерации в ГТу не имеет смысла, так как ее КПд может быть даже ниже КПД простейшей ГТУ с увеличенной степенью повышения давления. Достоинством схем с применением регенерации является возможность поддержания топливной экономичности практически постоян- 13 г) декад отрадошадшкх Роддод догддха параметры межуточуточным (о, В1, аму цнкжденнем„ м, Ееэ ре- ногоагрсиной на женно му камеры цлнаоно агр узка; — реге.
— числа р ут ж камер сгараннн; г' à — числа промежуточных ааэдухаохладнтеней; штриховой контур на рнс. 1.4, г — ндеаньный цикл Карно а пределах указанных температур д, 14 ной и равной экономичности на номинальном режиме в широком диапазоне нагрузок на двигатель (от 50 — 70 до 100%) . Для повышения уцельной мощности ГТУ применяют усложнение цикла в виде охлажцения рабочего тела в процессе сжатия нли подогрева в процессе расширения.
Возможно применение обоих этих метоцов в одной установке в сочетании с регенерацией (рнс. 1.4, а,' б) . Число промежуточных агрегатов, их удельные параметры и температурные условия могут быть различными. На рис. 1.4, а показана схема с тремя компрессорами, тремя турбинами, двумя промежуточными воздухоохладителями, одной основной и двумя промежуточными камерами сгорания. Основное отличие такой ГТУ (будем называть ее многокамерной) от однокамерной— значительно большая степень повышения давления в цикле, которую необходимо применять лля получения высоких КПД и уцельной мощности ГТУ. Пики многокамерной ГТУ (рис. 1.4, б) можно рассматривать как соединение трех, а в общем случае г простейших циклов (г — число компрессоров).
При некоторых условиях (27] удельная работа такой ГТУ равна1, = Е1тг — В1»; = г1„, т.е. она в г раз больше уцельнойработы однокамерной ГТУ; соответственно при заданной мощности расход рабочего тела в ней в г раз меньше. Коэффициент тецлопередачн в регенераторе многокамерной ГТУ из-за повышенного давления среды болыпе, чем в оцнокамерной. Кроме того, расход воздуха в первой в г раз меньше. Поэтому площадь поверхности регенератора в многокамерной ГТУ более чем в г раз отличается от площади поверхности регенератора в одно- камерной ГГУ. КПД многокамерной ГТУ выше, чем однокамерной (27].
Уменьшение подвоцимой с топливом теплоты и тепло~ы, отводимой в окружающую среду, можно получить в ГТУ без регенератора при увеличении степени повышения давления н в компрессоре, приводящем к повышению температуры сжатого воздуха перец камерой сгорания, и соответствующем увеличении степени понижения давления в турбине, вызывающем понижение температуры отработавших продуктов сгорания. Такие процессы практически осуществляются в многоагрегатных ГТУ (рис. 1.4, в, г), подробно исследованных В.В. Уваровым (53].
Значения й в них получаются заметно большими, чем в регенеративной ГТУ (рис. 1.4, а, б), число компрессоров и турбин также возрастает, однако в них нет тяжелого и громоздкого регенератора и металлоемкость может быть ниже, чем у регенеративных ГТУ. КПД многоагрегатных ГТУ может быть очень высок, о чем можно судить по графикам на рис. 1.4, д (27]. На этом рисунке изображено изменение КПД цикла Пс лля двух значений температуры газа (Тг = 1123 К— штриховая кривая и Т„= 1473 К вЂ” сплошная кривая) при одинаковых значениях политропных КПД компрессоров и турбин о1к, н = т1т и = 0,90, при Т, = 288 К, одинаковых потерях давления в каждой камере сгорания 7с„= 0,98„такими же приняты потери давления в каждом промежуточном воздухоохладителе.
Кроме того, потери цавления при входе в ГТУ н выходе из нее приняты равными 1 %, температура воздуха за возцухоохладнтелЯми пРинЯта Равной Тх = 302 К. В каждой точке кРивых на Рнс, 1,4, д степени повышения цавления д приняты оптимальными по КЛД (ЯП) (27, 53]. Из расчетов следует. что при относительно невысокой 15 рис. 1.б. Схема (а) и цккл (б) ЗГГУ: 1 — компрессор; 2 — ремнератор (рекуператор); 3 — подогреватель; 4 — тур бина; 5 — газоохладителгя б — нагрузка Рис. 1.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
