Лекци@21-Циклы_газотурбинных_установок_и_реактивных_двигателей [Режим совместимости] (1062645)
Текст из файла
Лекции по термодинамикедоцент каф. Э6, ктн Рыжков С.В.Э6нергомашиностроение.Лекция №21Циклы газотурбинных установок иреактивных двигателей•Схема рабочего процесса газовой турбины. Газотурбинная установка.•Идеальные циклы газотурбинной установки.•Пути повышения экономичности идеальных циклов газотурбинныхустановок.•Циклы воздушно-реактивных двигателей.•Циклы жидкостных реактивных двигателей.Схема рабочего процесса газовой турбины. Газотурбинная установкаГазовая турбина относится к классутак называемых лопаточных машин.В ней рабочее тело - газ, имеющийвысокую температуру и давление,расширяется в специальных каналах3 (рис. 1), называемых соплами. Врезультате расширения газ приобретаетбольшую скорость.Газотурбинная установка, работающаяпо циклу со сгоранием топлива припостоянном давлении (рис 1).1-2 – компрессор3 – сопло4 – вывод в атмосферу5 – рабочие лопатки6 – диск7 – вал1-2 – адиабатное сжатие в компрессоре2-3 – сгорание топливо при P=const, газрасширяется в специальных каналах 3(сопла)3-4 – адиабатное расширение; в т.4удаляется из установки в атмосферуРис.
1. Схема газотурбинной установки (ГТУ)со сгоранием при p=const и её рабочий циклКС – камера сгорания, Т - турбина2Газотурбинная установка, работающая по циклу со сгоранием топлива при постоянномобъеме.Рис. 2. Схема газотурбинной установки со сгоранием при υ = const и её циклК – компрессор, КС – камера сгорания, Т - турбина3Газотурбинная установка, работающая по замкнутой схеме.Рис. 3. Схема газотурбинной установки, работающей по замкнутому циклуК – компрессор, КС – камера сгорания, ГК – газовый котелХ – холодильник, Т – турбина4Идеальные циклы газотурбинной установкиЦикл с подводом теплоты при р = const.Рис.
4. Идеальный цикл газотурбиннойустановки с подводом теплоты приp=constРис. 5. Изображение циклагазотурбиной установки с подводомтеплоты при p=const5q1 = cp (T3 −T2 )(1)q2 = cp (T4 −T1)(2)l = q1 − q2 = cp (T3 −T2 ) − cp (T4 −T1)l = cp[(T3 −T2 ) − (T4 −T1)](3)q2η t= 1 −q1T4T1 ( −1)c p (T4 − T1 )T1ηt = 1 −= 1−T3cp (T3 − T2 )T2 ( −1)T2T2p2=( )T1p1(4)k −1k6T3p3=( )T4p4k −1kp2 p3=p1 p4T2 T3=T1 T4T4 T3=T1 T2T1ηt = 1 −T2Степень повышения давленияp2=βp1(5)7T2p2=( )T1p1k −1k=βk −1kT11= k −1T2k(6)(7)βηt = 1 −1β(8)k −1kυ1Степень сжатия=ευ2T2υ1 k −1= ( ) = ε k −1υ2T1ηt = 1 −Рис. 6. Зависимость к.п.д. цикла с подводомтеплоты при p=const от степениповышения давления β1ε k −1(9)8Цикл с подводом теплоты при υ = const.Рис.
7. Идеальный цикл газотурбиннойустановки с подводом теплоты припостоянном объёмеРис. 8. Изображение цикла газотурбинойустановки с подводом теплоты припостоянном объёме9q1 = cυ (T3 − T2 )q2 = c p (T4 − T1 )l = q1 − q2 = cυ (T3 − T2 ) − c p (T4 − T1 )ηt = 1 −c p (T4 − T1 )cυ (T3 − T2 )cpcυ=kT4T1 ( − 1)T4 − T1T1ηt = 1 − k () = 1− kT3T3 − T2T2 ( − 1)T210T3=τT2Степень повышения температуры(10)k −1T2υ1 k −1=( ) =ευ2T1T2 = T1εk −1(11)k −1T3 = T2τ = T1ε τT4p1=( )p2T3p4T4 = T3 ( )p3k −1k(12)k −1kk −1= T1ε τp2 p2==βp4 p11p2( )p11k −1kp3( )p2p3 T3= =τp2 T2k −1k11T4 = T1ε k −1τ11k −1kk −1kβε k −1 = βτ(13)(14)k −1kT4 = T1τ1k(15)1kηt = 1 − kT1 (T1ε k −1 (ηt = 1 − kT1τ− 1)T11k −1 kT1ε τ− 1)k −1T1ε1kτ −1ε k −1 (τ − 1)T3 p3=T2 p2(16)12Степень дополнительного повышения давления — отношение давления в конце подводатеплоты при υ= const к давлению в конце сжатия:p3λ=p2ηt = 1 − kРис.
9. Зависимость к.п.д. цикла от степениповышения давления и λ1kλ −1βk −1k(17)(λ − 1)13Пути повышения экономичности идеальныхциклов газотурбинных установок1) Увеличение степени сжатия или степени повышения давления.Рис. 10. Изменение цикла газотурбинойустановки с подводом теплоты при постоянномдавлении и изменении степени сжатия142) Осуществление в цикле регенерации.Рис. 11. Схема газотурбиной установки с концевым регенератором и идеальный циклс простейшей регенерациейК – компрессор, КС – камера сгорания, Т – турбинаДля цикла без регенерацииДля цикла с регенерациейq1 = ï ë. ñ23bq1 = пл .
a 3 '3bq2 = ï ë. b 41cq 2 = пл . d 4 '1с153) Применение в цикле ступенчатого подвода теплотыРис. 12. Схема газотурбинной установки с промежуточной камерой сгорания иеё идеальный цикл. К – компрессор, КС – камера сгорания, Т – турбина,ПКС – промежуточная камера сгорания164) Применение ступенчатого сжатия рабочего тела с промежуточным охлаждением.Рис. 13. Схема газотурбинной установки, имеющей компрессор с промежуточнымхолодильником и её идеальный цикл17К – компрессор, ПХ – промежуточный холодильник, Т – турбинаРис. 14. Предельный случай цикла газотурбиной установки с применениеммногоступенчатого сжатия и камер промежуточного сгорания18Циклы воздушновоздушно-реактивных двигателейНа основании законов механикиизвестно, что при истечении газовиз сопла появляется реактивнаясила R, действующая на сопло внаправлении, обратном движениюгазовой струи.
Эта сила создаеттягу, вызывающую движениесопла и тех устройств, с которымионо скреплено. В этом и состоитпринцип работы реактивныхдвигателей.ηt = 1 −ηt = 1 −1βk −1k1ε k −1ФормулаКПД приР=constРис. 15. Схема устройства турбокомпрессорноговоздушно-реактивного двигателяи его рабочий цикл. К – компрессор,КС – камера сгорания, Д – диффузор, Т – турбина,С – сопло, R – реактивная сила19При рассмотрении схемы работы воздушно-реактивного двигателя было сказано, что сжатиевоздуха по адиабате 1—2 (рис. 15) происходит как в диффузоре, так и в компрессоре.
Однако можнопредставить себе следующий предельный случай: все сжатие от давления р1 до р2 происходит тольков диффузоре. Компрессор, а с ним и турбина отсутствуют. В этом случае мы получаем так называемыйпрямоточный воздушно - реактивный двигатель. Схема такого двигателя показана на рис. 16. Этидвигатели также применяют в авиации. Следует иметь в виду, что прямоточные двигатели сосгоранием топлива при р = const могут эффективно работать только при весьма больших скоростях ихдвижения.Рис. 16. Схема устройства воздушно-реактивного двигателяКС – камера сгорания, Д – диффузор20Рис.
17. Схема воздушно-реактивного двигателя со сгоранием топливапри постоянном объеме КС – камера сгорания, Д – диффузор,С – сопло, R – реактивная сила21Особенностью рассматриваемой системы воздушно-реактивного двигателя является прерывистостьего рабочего процесса. На этом основании такой двигатель называют пульсирующим.ηt = 1 − k1kλ −1βk −1k(λ − 1)Циклы жидкостных реактивных двигателейВоздушно-реактивные двигатели работают только в воздушной среде, откуда они получаютокислитель (кислород воздуха), необходимый для горения топлива.
Однако от современной техникитребуется создание таких реактивных двигателей, которые могли бы работать в безвоздушномпространстве. Особенно большое значение приобретают эти требования в настоящее время, в эпохукосмических полетов. Таким требованиям могут отвечать только двигатели, получающие топливои окислитель из специальных хранилищ, являющихся неотъемлемой частью тех систем, которыеони обслуживают (например, летательные аппараты).h1 − h2ηt =h1 − hbh1–h2 - работа за цикл, h1–hb – теплота, подводимая к рабочему телу в идеальном цикле22Рис. 18. Схема жидкостного реактивного двигателя и его рабочий цикл.КС – камера сгорания, ТБ – топливный бак, ОБ – бак окислителя, ТН – топливный насос,ОН – насос окислителя, С – сопло, R – реактивная сила23Контрольные вопросы•••••••Схема рабочего процесса газовой турбины. Газотурбинная установкаСхема газотурбинной установки, работающей по замкнутому циклуИдеальные циклы газотурбинной установкиСтепень дополнительного повышения давленияПути повышения экономичности идеальных циклов газотурбинных установокЦиклы воздушно-реактивных двигателейЦиклы жидкостных реактивных двигателей24.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
