3.6. Показатели высокотемпературной гту

Закрытое воздушное охлаждение (см. рис. 3,3, б) позволяет с высокой эффективностью использовать теплоту охлаждения . Показатели ГТУ в этом случае:

(3.31)

(3.32)

Здесь — общая работа компрессора; и — работа части компрессора до ввода и после ввода . Выражения (3.31) и (3.32) определяют установки.

Если ввести относительную потерю давления в системе охлаждения , можно получить:

где — температура воздуха в компрессоре после ввода , и — к.п.д. компрессора до и после ввода §₀хл-Температура воздуха в соответствующих сечениях (см. рис. 3.3,6) определяется следующими формулами:

Закрытое воздушное охлаждение понижает полезную работу установки, причем тем больше, чем больше коэффициент , определяющий потери давления в системе охлаждения. Потеря полезной работы в этом случае составляет

К.п.д. ГТУ при закрытом охлаждении падает в меньшей сте­пени, чем Я_в, так как затраты топлива в камере сгорания из-за повышения Т₂ сокращаются.

Показатели ГТУ при закрытом охлаждении и при = 0,15 представлены на рис. 3.10,а. При температуре газа Т₃ = 1500К удельная работа ГТУ понижается за счет охлаждения почти на 7%, а к.п.д. — лишь на один процент (абсолютный). Каждый процент воздуха, отобранного на охлаждение турбины, понижает в диапазоне температур газа 1200—1600 К полезную работу ГТУ на 0,5—0,7% и повышает расход топлива на 0,2—0,3%. Относительно небольшое влияние отбираемого воздуха при закрытом охлаждении на пока­затели установки объясняются высокой эффективностью использования в цикле ГТУ охлаждающего воздуха и теплоты системы охлаждения.

Открытое воздушное охлаждение (см. рис. 3.3,а) харак­теризуется большими потерями энергии. Показатели ГТУ в этом случае:

(3.33)

(3.34)

Здесь -работа охладителя в проточной части турбины; , где – температура охладителя при входе в проточную часть турбины;

– степень расширения охладителя в турбине;

– к.п.д. процесса расширения охладителя.

а)

б)

Рис 3.10. Показатели ГТУ закрытого (а) и открытого (б)

в оздушного охлаждения турбины - с охлаждением и

−−−−−− - без него

Для определения воспользуемся средней температу­рой ввода охладителя . Тогда можно получить, что

(3.35)

Среднюю температуру можно найти по формуле

Достаточную для расчетов точность дает формула

Относительную потерю работы ГТУ простой тепловой схемы из-за отбора воздуха на охлаждение турбины можно оценить по формуле

(3.36)

где и — внутренняя работа ГТУ с охлаждением и без него; — коэффициент полезной работы ГТУ без охлаждения; С — коэффициент, учитывающий неучастие охлаждающего воздуха в выработке полезной работы,

Коэффициент С изменяется мало и для температуры газа 1300—1600 К составляет: при отборе всего охлаждающего воздуха за компрессором , а при отборе воздуха из промежуточных ступеней . Очевидно, что отбор каждого процента воздуха после компрессора на охлаждение турбины понижает полезную работу ГТУ от 1,0 до 1,5%.

К.п.Д. установки при воздушном охлаждении можно оценить по приближенному уравнению

(3.37)

При этом повышение расхода топлива составляет

(3.38)

Видно, что отбор каждого процента воздуха после компрес­сора при открытом охлаждении турбины на 0,4—0,6% повышает расход топлива. Уже при начальной температуре газа 1500—1600 К, когда отбор охлаждающего воздуха состав­ляет 12—14%. повышение расхода топлива из-за охлаждения достигает почти 10%. Открытое воздушное охлаждение оказывает большое влияние на основные характеристики ГТУ простой тепловой схемы (рис. 3.10, б).