Газотурбинные установки (гту).

ГТУ представляет собой ротационный двигатель, в котором используется кинетическая энергия газа.

Преимущество ГТУ:

1. В ГТУ нет возвратно движущихся частей, т.е. нет больших инерционных нагрузок.

2. Большая единичная мощность.

3. Простейшая ГТУ конструкционно проще ДВС, за счет меньшего количества деталей.

Недостатки:

ГТУ и ПСУ (паросиловая установка):

1. ГТУ конструкционно проще.

2. ГТУ легко запускается и быстро набирает необходимую мощность.

Недостатки:

1. ГТУ работает преимущественно на жидком и газообразном топливе.

2. 

ГТУ классифицируется по способу подвода теплоты:

1. ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении P=const.

2. ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме V=const.

1-2 – адиабатное сжатие воздуха компрессором;

2-3 – подвод теплоты q₁, при P=const;

3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания на газовой турбине;

4-1 – отвод теплоты q₂ при P=cost.

l=l_2.1.–l_к=пл.6345–пл.6215=пл.1234.

Площадь 6215 – работа, затраченная на получение 1 кг сжатого воздуха.

Способы повышения термического кпд гту(ηt)

1. Регенерация теплоты.

2. Применение ступенчатого подвода теплоты.

3. Применение ступенчатого сжатия воздуха с промышленным охлаждением

1. Средняя температура подвода теплоты 2-3– ;

Средняя температура отвода теплоты в процессе 4-1– ;

Средняя температура подвода теплоты с регенерацией ;

Средняя температура отвода теплоты с регенерацией ;

Т.к. > и > ,

2. Применение ступенчатого подвода теплоты:

1-2 – адиабатное сжатие в компрессоре;

2-3 – подвод теплоты при P=const в I ступени;

3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в I ступени турбины;

4-3^/ – подвод теплоты при постоянной давлении во II ступени;

3^/-4^/ – адиабатное расширение во II ступени турбины;

4^/-1 – отвод теплоты при P=const.

– средняя температура со ступенчатым подводом теплоты;

> – средняя температура подвода теплоты при одноступенчатом подводе.

4. Применение ступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением

1-2 – адиабатное сжатие в I ступени компрессора;

2-3 – охлаждение сжатого воздуха при постоянном давлении;

3-4 – адиабатное сжатие во II ступени компрессора;

4-5 – подвод теплоты в I ступени;

5-6 – адиабатное расширение в I ступени газовой турбины;

6-7 – подвод теплоты во II ступени;

7-8 – адиабатное расширние во II ступени;

8-1 – отвод теплоты.

Политропный процесс.

Процессы, протекающие при постоянной теплоемкости и вызываемые подводом теплоты к рабочему телу или отводом теплоты от него, называются политропными. Для вывода уравнений политропы записываем I закон термодинамики:

q=C_VdT+PdV или CdT=C_VdT+PdV. (1).

(C_V – C)dT+PdV=0. Используем характеристическое уравнение состояния газа – PV=RT PdV+VdP=RdT  .

Решая совместно (1) и (2) и учитывая, что С_Р=С_V+R получим:

Проинтегрировав последнее уравнение , где n – показатель политропы.

– уравнение политропного процесса в TV-координатах.

Работа в политропном процессе:

Изменение внутреннй энергии в политропном процессе:

.

Изменение энтальпии в политропном процессе:

.

Изохорный процесс.

Для него C=C_v, ,

Изобарный процесс.

Для него C=C_P, ,

Изотермический процесс.

Для него

dU=C_VdT=0; dq=dl; q=l;

Адиабатный процесс.

Адиабатным называется процесс изменения состояния газа, проходящий без теплообмена с окружающей средой.

dq=0  dU+PdV=0, U+l=0  U= –l – работа расширения в адиабатном процессе совершается только за счет расходования, следовательно при сжатии вся работа внешних сил идет на увеличение внутренней энергии газа.

С_ад – теплоемкость при адиабатном процессе, dq= С_адdT=0  С_ад=0.

т.е.

U=C_V(T₂–T₁); h=C_P(T₂–T₁);