Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 61
Текст из файла (страница 61)
В газотурбинных установках первого типа сгорание рабочей смеси (подвод теплоты к рабочему телу) происходит прн постоянном давлении (р = = сопя() (рис. 105, а), а в установках второго типа (рис. !05, б)— при постоянном объеме (о = сопз!). Рабочая смесь (топливо с воздухом) воспламеняется с помощью электрической свечи зажигания 14 (рис. !05, б), а газ из камеры сгорания периодически выпускается кла' паном 13.
На рис. !06, а, б изображен термодинамический цикл газотурбниной установки, показанной на рис. !05, а на ор-'и зТ-диаграммах. Рабочее тело вначале сжимается в компрессоре по адиабате 1'-2, затем к нему подводится теплота д, при постоянном давлении (изобара 3 — 4), после чего рабочее тело расширяется без теплообмена с внешней средой (адиабата 4-5) до давления окружающей среды. Изобарный процесс 6-1 является процессом отдачи теплоты холодному источнику теплоты (о кружающей среде). Сравнение циклов, изображенных на рис.
94 и (06, показывает, что в рассматриваемом цикле Лр = Х = !. Формула (683) в этом случае ф в к,ш !! !г Рис. ! 06. Схема газотурбинных устаиоиою а — со сгораннем тоолнаа арн постоянном аааленан; б — со сгоранаем аемлмаа мра настоянном объеме; е — разрез но Л и 1 аа — ! аолучает вид т)г=1 — —,, —. Но параметр аа о,lп, в,lва может быть преобразован.
лаействительио, Так как Ра !Рз=й 11 Рз!Ра Ря!Рз = гтот!оз)ь = е"; па!и р; о !и 1уа то в р,. Таким образом, для рассматриваемого цикла термический КГЙ определяется Формулой (б89). При рассмотрении термодинамических циклов газовых турбин часто вместо степени сжатия а пользуются параметром о1 Р,!Р„ 1Ое показывающим улелнчение давление воздуха при сжатии в компрес-' 1 соре.
Так как ы = то т12 — — ! — — „,. Следовательно, термн- еч и ческий КПД цикла газотурбинкой установки с изобарным подводом теплоты при равных значениях и и .'. чпвпадает с термическим КПД цикла двйгателей внутреннего сгорания е и:охорным подводоМ теплоты. Формула (689) показывает, что термичеа ей КПД рассматриваемого цикла зависит ог работы компрессора, сжнмме Гого воздуха и прн- л) ',,' ., ~.
1, ф 'Р ';:,; 1 1' Г цл три Ъ)г 51, 55 Рнс. 10б. Термодинамический иикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном дапленни; а — 22 ар диаграмме; б — иа ат.анатремме роды рабочего тела (показателя аднабаты й). Чем выше показатель адиабаты и и чем больше сжимается воздух компрессором, чем выше а (или от), тем выше 21, (см. рнс. 99). Термический КПД цикла можно также определить на зТ-диаграмме в виде отношения пл. 1л46 к площади под процессом д-4 (рис.
!06, б). При изменении нагрузки газотурбинной установки, т. е. прн изменении количества подведенной теплоты к рабочему телу (например, при уменьшении количества подведенной теплоты), процесс расширения нового цикла показан пунктирными кривыми (на рис. 106, а, б), степень сжатия и показатель адиабаты не изменяются, что свидетельствует о том, что при изменении нагрузки термический КПД цикла не изменяется.
В соответствии с формулой (686) при Л = Л 1 и и, = р, удельная работа рассматриваемого цикла может быть подсчитана по формуле Ре 2 (, !)йт! (691) где т1, определяется формулой (689). Газ, прошедший через рабочие органы турбины н отведенный в окружающую среду, имеет более высокую температуру, чем воздух, поступающий в камеру сгорания после сжатия в компрессоре. Это дает возможность усовершенствовать работу установки путем использования теплоты уходя лих газов для предварительного подогрева воздуха перед подачей его в камеру сгорания.
Процесс этот пазы- !О 7! вается р е г е н е р а ц и е й. В схеме газотурбннной установки о регенерацией (рис. Ы 107) воздух, сжатый в компрессоре Т, подается в теплообменник 70, где подогревается газами, отработавшими на лопатках турбины 9 и уходящими через патрубок (!. Подогретый в теплообменнике воздух по трубопроводу 1 по- Т: ступает в камеру сгорания !). В эту же камеру через фор. с нк б насосом 4 подается Рис.
107. Сиена ГТУ с Регенерацие», имеюсуику насосом подаЕтся щс» цикл с подполом теплоты прн и~~тони топливо по трубопроводу Б ном давлении из топливного бака 2. Выработанная установкой энергия используется потребителем 8. Цикл газотурбииной установки а регенерацией и с изобарным подводом теплоты (рис. 108) состоит из следующих термодииамических иу тг 57 пу 'Чг ' Рис. 108.
Термодинамически» цикл ГТУ с регенерацие» н с иаобарнмм подводом теплоты процессов: в компрессоре воздух сжимается адиабатно (процесв 2-2), после чего поступает в теплообменник, где подогревается уходящими газами при постоянном давлении (изобара 2-8). Подогретый воздух подается в камеру сгорания; подогрев рабочего тела продолжается при постоянном давлении за счет теплоты о„ поступившей от горячего источника теплоты, т. е. аа счет теплоты, выделившейся при сгорании 293 топлива (изобара 8-4).
Затем газ расширяется яднабатно в газовой турбнне (процесс 4-5), попадает в теплообменник н отдает теплоту воздуху при постоянном давлении в изобариом процессе 8 — 7. Дальнейшее изобарное охлаждение 7-1 происходит вие установки за счет передачи теплоты окружающей среде (рис. 108, а). При полной регенерации теплоты Т, Т, и Т, = Т, (пунктирными линиями на рис.
108 показаны изотермы), поэтому Т, — Т, = ҄— — Т,. Удельная теплота, подведенная при наличии регенерации к рабочему телу в камере сгорания, равна д, вр (Т,— Т,), отданная холодному источнику теплоты, д, = с (Т, — ~Д, поэтому термический КПД цикла с полной регенерацией П~ = ! — (Т, — Т,УЦТ, — Т„) = ! — (Т, — Тт)~(Тц — Т,). (692) Так как Тз = Тгзх ', Т4 = Т1р,е" ', Т, = Т, р„тоформула (692) получает вид тп =- ! — 11р,. В рассматриваемом цикле р, = (Т,/Т,), поэтому т1, = 1 — Т,!Т,. Следовательно, чем выше Т, и чем ниже Т„тем выше термический КПД цикла с изобарным подводом теплоты и с полной регенерацией. Однако действительные теплообменникн имеют конечные размеры.
Поэтому теплообмеи с полной регенерацией теплоты осуществляться не может: воздух в теплообменнике нагревается лишь до температуры Т„'а газ в том же теплообмениике охлаждается до температуры Т;'- Т,. Это свидетельствует о том, что в действительности регенерация не может быть полной. Ее степень приближения к полной регенерации оценивается степенью регенерации (693) о„= (Т„' — Т,У(Т, — Тх) При полной регенерации ор = 1.
Степень регенерации может быть учтена при выводе формулы термического КПД цикла и регенерацией. Действительно, при наличии неполной регенерации д, = ср (Т,— Т,'), или д, = с„(Т, — Т, + Тх— — Т,'). С учетом формулй (693) д, = с„(Т, — Т, — ор (Т, — Т,)1. Аналогично, д, = с„(Т, — Т, — ор (Тз — Т,)).
Следовательно, т1, = 1 — (Т, — Т, — ор (Тз — Тх)ИТ4 — Тз— — о (Т, — Т,)). 1!олученная формула показывает, Что при понижении температуры (в конце адиабатного сжатия) эффективность применения регенерации увеличивается. Об этом свидетельствует и сам цикл, изображенный на !зТ:диаграмме (рис. 108, б). Действительно, чем ниже Т„тем больше ;участок изобары 2-8, нз котором может осуществляться процесс регеяврации. Термический КПД газотурбинной установки можно также повыянть, введя ступенчатый подогрев рабцчего тела и ступенчатое сжатие °оздуха в компрессоре е охлаждением его между ступенями. Схема ) ч(!кой гавотурбинной установки, имеющей также регенерацию, показа'яа карис. 109.
Как видно нз скв!йы, установка имеет один промежутвч- Рнс. 109. Схема ГТУ со ступенчвтым сгоранием, ступенчнтым сжзтнем в компрессоре н с регснернцней (подвод геплогы прн постоянном дзнленнн) ный подогрев рабсчего тела и одно пРомежуточное охлаждение сжимаемого воздуха. Термодинамическнй цикл уетановки показан на рио.
!1О, а, б. Воздух, всасываемый из атмопферы, сжимаетоя ддиабатно (1- !') в первой ступени компрессора 8 (см. рио. 109). Затем он подаетпя в теплообменник-холодильник 9, где охлаждается при поатоянном давлении (!' -1") до первоначальной температуры. После теплообмеиинна 9 сжатие воздуха продолжается по адиабате !"-2 во второй ступени компрессора 7. Сжатый таким образом воздух по воздухопроводу 6 пгм ступает в теплообменник-регенератор 5, где подогревается по изобаре 2-8. Подогретый в регенераторе воздух через воздухопровод 4 попаднст а! 9 Т Гтг О бг Зг Рне.
110. Термодннвмнческнй цикл ГТУ с регенервцней, промежу« точным охлзжденнем сжнмвемого воздуха, промежуточным подогревом рабочего тела, с подводом теплоты прн постоянном лзвлв. ннн: а — не рр.диаграмме; б — яа ет.днаграние в камеру сгорания 3, в которон подогревается дополнительно за счет подвода теплоты о', (по изобаре 8-4) от горячего источника теплоты (за счет сгорания топлива, поданного насосом !4 по трубопроводу 2). Рабочее тело с параметрами точки 4 подается в первую ступень газовой турбины 13, где цроисходит адиабатный процесс расширения 4-4'. Отработавшее в первой ступени рабочее тело вновь подается в камеру сгорания 12 и по изобаре 4'-4" подогревается до температуры в точке 4 за счет подвода теплоты г!,". Подогретое таким образом рабочее тело поступает во вторую ступень газовой турбины 11, где расширяет- ся по адиабате 4"-б. Отработавшее 4 в турбнне рабочее тело по выхлопному трубопроводу 10 поступает в теплообменник-регенератор 5, там оно отдает теплоту проходящему по змеевику воздуху по изобарному процессу 5-7.
После этого рабочее тело выпускается в атмосферу н охлаждается по изобаре 7-1. Выработанная установкой энергия используется потребителем 1. Чем больше промежуточных ступеней подогрева и охлаждения, ГТУ с большим количеством проме тем выше термический КПД цикла. Рис. 111. Термодикамический цикл жуточиык ступеней подогрева и ок. Действительно, если предстааить, лажлеиия рабочего тела и с подволом что в цикле, показанном на теплоты при постоянном давлении рнс ! ! ! в процессе 2-3 теплота подводится к рабочему телу только за счет охлаждения рабочего тела в процессе 4-1, то в силу эквидистантности этих процессов эти теплоты не должны учитываться при определении термического КПД цикла. Если приближенно оценить теплоту, подведенную к рабочему телу в совокупном процессе 3-4, в виде произведения д, = Таба„и теплоту, отданную холодному источнику теплоты в процессе 1-2, в виде произведения д = Т,Ьзаа, то Ч, ! — пвуг1, = 1 — Т, 1азаауТабааа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
