16.7.Реальный цикл гту с подводом теплоты

при постоянном давлении

Рассмотренные термодинамические циклы ГТУ являются обратимыми, т.е. в них не учитывается какие-либо потери в процессах сжатия и расширения рабочего тела, в процессе подвода теплоты, потлива и т.д. В реальных условиях процессы во всех элементах ГТУ оказываются далекими от обратимых, и поэтому определение показателей ГТУ (в частности, к.п.д.) на базе обратимых эталонных циклов не представляет практического интереса и может быть оправдано лишь с точки зрения методологии получения сравнительных результатов.

Р ассмотрим цикл ГТУ в TS-диаграмме, показанный на рис. 66, без учета потерь давления в воздушном и газовом трактах. Установлено, что эффективность ГТУ особенно сильно падает в области малых значений степени повышения давления ( < 3). Реальный цикл состоит из следующих процессов: 3-4 – политропное расширение рабочего тела в турбине; 4-1 – условный замыкающий процесс, соответствующий охлаждению газов, покидающих турбину; 1-2 - политропный процесс сжатия воздуха в компрессоре; 2-3 - подвод теплоты в камере сгорания. Штриховые линии 3-4S и 1-2S соот­ветствуют изоэнтропным процессам расширения, в турбине и сжатия в компрессоре. Располагаемая работа рабочего тела расходуется не только на со­вершение полезной работы, а частично затрачивается на преодоле­ние сил трения.

Полезная работа, вырабатываемая реальной турбиной, равна произведению полезной работы идеальной турбины l_t на внутренний относительный к.п.д. турбины :

(161)

Потери энергии в компрессоре увеличивает работу, затрачиваемую на сжатие воздуха, т.е. затрачиваемая в компрессоре работа идет не только на повышение внутренней энергии воздуха, а частично расходуется на преодоление сил трения.

Значит работа, потребляемая реальным компрессором, равна отношению работы, потребляемой идеальным компрессором l_к, к внутреннему адиабатному к.п.д. компрессора:

(162)

Полезная внутренняя работа ГТУ определяется как разность работ турбины и компрессора:

(163)

Выражение для внутреннего к.п.д. простейшей ГТУ (без вывода) будет иметь следующий вид:

(164)

где т=(к-1)/к.

Отсюда видно, что к.п.д. реального цикла ГТУ зависит от свойств рабочего тела m, от степени повышения давленая , от степени повышения температуры в цикле и от к.п.д. турбины , компрессора и камеры сгорания Сопоставляя реального цикла с термическим к.п.д. (161) идеального цикла, можно определять степень необратимости действи­тельного цикла.

Увеличение начальной температуры газа перед турбиной является весьма сильным средством повышения экономичности ГТУ. Повышение температуры t₁ на 50°С увеличивает абсолютное значение приблизительно на 2 %. Поэтому ясно, насколько важно стремиться выполнять ГТУ с высокой температурой газов перед турбиной. Однако повышение этой температуры ограничивается прочностью металлов, которая снижается при высоких температурах.

Температура окружающего воздуха на входе в компрессор t₃ отказывает также сильное влияние на экономичность ГТУ. Чем меньше эта температура, тем выше к.п.д. ГТУ, поскольку возра­стает с увеличением .

На основании изложенного ясно, что при неизменной температу­ре t₁ работа ГТУ в районах с низкой средней годовой темпера­турой воздуха более экономична, чем в местности с высокой темпе­ратурой воздуха. По тем же причинам в зимнее время к.п.д. ГТУ оказывается более высоким, чем летом.

Потери энергии в турбине и компрессоре, характеризуемые к.п.д. и оказывают существенное влияние на эко­номичность газотурбинной установки. Это объясняется тем, что полезная мощность ГТУ составляет небольшую долю полной мощности самой турбины и получается как разность двух больших величин: мощности турбины и мощности компрессора (161).

Поэтому, даже относительно небольшое снижение к.п.д. или вызывает весьма существенное относительное уменьшение полезной работы l_i, а, следовательно, и изменение к.п.д. ГТУ.