62. Гту со ступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением.

Из термодинамики известно, что:

Затрачиваемая работа на сжатие в компрессоре минимальна, если сжатие осуществлять изотермично, Однако при этом необходимо непрерывно и интенсивно отводить теплоту от воздуха, что практически осуществить невозможно.

В реальных компрессорах процесс сжатия 1-2 приближается к адиабатному. Чтобы приблизить сжатие воздуха к изотермическому, применяют ступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением.

охлаждение

а) б)

Рис. 3.17. Процессы ступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением

а, б – соответственно двухступенчатое и трехступенчатое сжатия с промежуточным охлаждением после каждой ступени

Чем больше ступеней сжатия, тем ближе процесс сжатия подходит к изотермическому.

На рис. 3.17. заштрихованные площади соответствуют уменьшению работы сжатия при ступенчатом сжатии и промежуточным охлаждением по сравнению с процессом сжатия без охлаждения. Они соответствуют увеличению полезной работы ГТУ в целом.

Конструктивно ступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением можно осуществить в двухкомпрессорном двигателе (рис. 3.12.). Воздух после первой ступени сжатия в компрессоре низкого давления (КНД) (процесс 1-2) направляется в промежуточный холодильник и охлаждается там (процесс 2-1).

Затем воздух поступает в компрессор высокого давления (КВД) и происходит вторая ступень сжатия (процесс 1-2). Преимущества такого процесса снижаются из-за усложнения схемы, дополнительных гидравлических потерь и дополнительных затрат на охлаждения после каждой ступени.

Рис.3.20. Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением

Рис.3.19. Схема ГТУ с двухступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением

Внутренний КПД ГТУ с промежуточным охлаждением

где - внутренняя полезная работа ГТУ, равная разности между работой турбины Т и работой компрессоров КНД и КВД; - удельный расход теплоты в камере сгорания; и - работа изоэнтропного сжатия компрессоров КНД (1) и КВД (2); - работа изоэнтропного расширения турбины Т.

63. Гту со ступенчатым охлаждением и промежуточным подведением теплоты.

Схема ГТУ со ступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением не всегда приводит к существенному повышению КПД ГТУ. Целесообразность ее применения в будущем определяется тенденцией к повышению температуры Т₃. При достаточно высоких температурах продуктов сгорания на входе в турбину промежуточное охлаждение может оказаться необходимым для обеспечения значительных степеней повышения давления _к осевого компрессора.

Повышение экономичности, снижение удельного расхода воздуха и газа, а следовательно, увеличение единичной мощности могут быть достигнуты также при помощи ступенчатого расширения с промежуточным подводом теплоты в камерах сгорания, расположенных последовательно по ходу газа между турбинами. В этом случае процесс расширения приближается к изотермическому, а это приводит к увеличению располагаемой работы турбины (рис. 3.21).

Схема ГТУ с двухступенчатым расширением и промежуточным подогревом рабочего тела представлена на рис.3.22. (1.27)!!!!!!!!

Воздух из компрессора К поступает в камеру сгорания высокого давления КСВ, после которой рабочий газ с температурой Т₃ направляется в турбину высокого давления ТВД, где происходит частичное расширение рабочего газа. После ТВД рабочий газ отводится в камеру сгорания низкого давления КСН, в которой за счет дополнительного сжигания топлива его температура повышается с Т_4в до Т_3н. Ввиду достаточного коэффициента избытка воздуха после КСВ сжигание топлива в КСН происходит без дополнительной подачи воздуха. Из КСН рабочий газ поступает в турбину низкого давления ТНД и далее на выхлоп.

Рис. 3.21. Цикл ГТУ с промежуточным расширением и промежуточным подводом теплоты

Рис. 3.22. Принципиальная схема ГТУ при промежуточном подогреве рабочего тела

Ц икл ГТУ с двухступенчатым расширением и промежуточным подогревом изображен на рис. 3.23.

Рис.3.23. Цикл ГТУ с двухступенчатым расширением и промежуточным

подогревом рабочего тела

Внутренний КПД ГТУ с двухступенчатым расширением и промежуточным подогрева рабочего тела

Промежуточное охлаждение и подогрев рабочего тела наиболее эффективно реализуется в двухкомпрессорных ГТУ, работающих по схеме с выделенным валом высокого давления (рис. 3.24).

Рис.3.24. Принципиальная схема ГТУ при промежуточном подогреве и охлаждении рабочего тела со свободным валом высокого давления