Пример решения задачи.

На рис. 8.4 изображен цикл Тринклера, для которого приняты обозначения:

– степень сжатия;

– степень предварительного расширения;

– степень повышения давления;

– степень последующего расширения.

Известно, что p₁ = 88000 Па, t₁ = 67°C, степень сжатия  = 10; количество подведенной теплоты q₁ = 840 кДж/кг, p_макс = 4400000 Па, рабочее тело воздух, k = 1,4. необходимо определить термический КПД цикла и соотношение .

Из соотношений адиабатного процесса 1-2 определяем температуру в точке 2. , откуда T₂ = T₁·_k^-1 = 340·10^1,4 = 854 К.

Определяем давление в точке p₂ = p₁·_k = 88000·10^1,4 = 2210500 Па.

Тогда степень повышения давления в процессе 2-3

.

Из соотношения изохорного процесса 2-3 определим температуру в точке 3:

,

откуда T₃ = T₂· = 854·1,99 = 1700 К.

Рассчитываем количество теплоты, подведенной в изохорном (2-3) и изобарном (3-4) процессах:

q_v = c_v(T₃ – T₂) = 713·(1700 – 854) = 603198 Дж/кг.

Так как всего подведено теплоты q₁ = 840 кДж/кг, то в изобарном процессе (3-4) подведенное тепло составило

q_p = q₁ – q_v = 840000 – 603198 = 236802 Дж/кг.

Температуру в точке 4 можно найти из соотношения q_p = c_p(T₄ – T₃), откуда

К.

Удельный объем в точке 2 (и, соответственно, в точке 3)

м³/кг = v₃.

Из соотношения для изобарного процесса (3-4) определяем удельный объем в точке 4:

м³/кг.

Значит степень предварительного расширения

Значение термического КПД цикла Тринклера:

.

8.2 Газотурбинные установки

8.2.1 Общая характеристика

Газотурбинные установки (ГТУ) как и двигатели внутреннего сгорания относятся к классу теплосиловых газовых установок. При этом ГТУ свободны от основных недостатков ДВС поршневого типа. Цикл ГТУ состоит из тех же процессов, что и цикл ДВС, но в ГТУ эти процессы проходят одновременно в различных элементах установки, а в ДВС они проходят последовательно в цилиндре, из-за чего возникают резко переменные значения температур и давлений. Средняя скорость течения рабочего тела в ДВС в сотни раз меньше, а кроме того необходимо преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное. Из-за чего возникает необходимость в громоздком кривошипно-шатунном механизме и маховике. Газовые турбины, будучи двигателями ротационного типа, выполняют очень быстроходными и поэтому они малогабаритны, что позволяет сосредотачивать большие мощности в единице объёма. ГТУ сочетают в себе положительные свойства ДВС и паротурбинных установок, но при этом в ГТУ отсутствуют котлы, конденсаторы и другие элементы конденсатно-питательной системы. ГТУ просты конструктивно, они имеют малый вес и высокую компактность. В ГТ установках можно использовать практически любое топливо. У них лучшая нагрузочно-скоростная характеристика, т.е. они обладают более высокими манёвренными качествами.

При этом в ДВС из-за ограниченности размеров цилиндров в них невозможно полное адиабатное расширение продуктов сгорания до давления окружающей среды. А как известно, полное расширение продуктов сгорания обеспечивает больший термический кпд двигателя при прочих равных условиях.

Такое полное адиабатное расширение возможно в газовых турбинах. Газовые турбины являются очень перспективными двигателями особенно в условиях, когда незначительные габариты имеют большое значение, т. е. для судов и самолётов. Однако в настоящее время применение газовых турбин ограничивается недостаточной жаропрочностью современных конструкционных материалов, из-за чего турбина надёжно работает в области температур, меньших, чем те, в которых работают ДВС. А это приводит к резкому снижению термического кпд, а кроме того камера сгорания потребляет большое количество воздуха высокого давления, на что расходуется значительная часть полезной мощности.

Газовые турбины классифицируются как и ДВС по способу сжигания топлива и разделяются на два основных типа:

ГТУ со сгоранием при p=const

ГТУ со сгоранием при V=const