16.Цикл газотурбинной установки.

Основными недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания являются ограниченность их мощности и невозможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления, которые отсутствуют в газотурбинных установках. ГТУ рабочим телом являются продукты сгорания жидкого или газообразного топлива. На рис.7.6 дана схема простейшей газотурбинной установки со сгоранием топлива при постоянном давлении. Топливным насосом 5 и компрессором 4 топливо и воздух через форсунки 6 и 7 поступают в камеру сгорания 1. Из камеры продукты сгорания направляются в комбинированные сопла 2, где они расширяются, и поступают на лопатки газовой турбины 3.

На рис.7.7 и рис7.8 представлены идеальный цикл ГТУ на PV и TS диаграммах.

1-2 - адиабатное сжатие до давления Р₂; 2-3 – подвод теплоты q₁ при постоянном давлении Р₂ (сгорание топлива); 3-4 – адиабатное расширение до первоначального давления Р₁; 4-1 – охлаждение рабочего тела при постоянном давлении Р₁ (отвод теплоты q₂); Характеристиками цикла являются: степень повышения давления -  = Р₂/ Р₁ ; степень изобарного расширения -  = ₃ /₂ . Работа турбины: l_т = h₃ – h₄ .

Работа компрессора: l_н = h₂ – h₁

Полезная работа ГТУ равна разности работ турбины и компрессора: L_ГТУ = l_т – l_к .

Термический к.п.д. цикла ГТУ имеет вид: _t = 1 – 1/  ^(-1)/ .

17.Цикл паросиловой установки. Понятие теплофикации.

Рассмотрим цикл Ренкина на трех термодинамических диаграммах p – v, T – s, h – s (см. рис. 6.4).

Рис. 6.4. Цикл Ренкина на термодинамических диаграммах.

Нумерация точек совпадает с нумерацией на рис. 6.3.

Процесс 1 – 2 – расширение пара в соплах турбины;

2 – 3 – процесс конденсации пара; 3 – 4 – процесс в питательном насосе;

4 – 5 – процесс нагрева воды и ее кипение; 5 – 1 – процесс перегрева пара.

Заштрихованы те области диаграмм, площадь которых численно равна работе и теплоте за цикл, причем q_ц = w_ц.

Из технологической схемы на рис. 6.3 и диаграммы Т – s на рис. 6.4 следует, что теплота подводится к рабочему телу в процессах 4 – 5 – 1, у которых ds > 0. И эти процессы характеризуются инвариантом p₁ = const. Поэтому подводимая в цикле Ренкина теплота q_подв равна:

q_подв = h₁ – h₄. Дж.

Теплота отводится от рабочего тела в процессе 2 – 3 (ds < 0) и этот процесс тоже p₂ = const. Поэтому

q_отв = h₂ – h₃. Дж.

Разность между подведенной теплотой и отведенной представляет собой теплоту цикла q_ц, превращенную в работу w_ц

w_ц = q_ц = (h₁ – h₄) – (h₂ – h₃) = (h₁ – h₂) – (h₄ – h₃).

Разность энтальпии воды до питательного насоса (точка 3) и после (точка 4) ничтожно мала. В связи с этим w_ц = q_ц = h₁ – h₂.

Термический коэффициент полезного действия цикла Ренкина (а это отношение «пользы», т.е. w_ц, к «затратам», т.е q_подв) равен

η_t = (h₁ – h₂)/(h₁ – h₄).

Суть метода теплофикации заключается в том, чтобы потери теплоты в цикле Ренкина (в конденсаторе) сделать «пользой». Организация процесса теплофикации заключается в следующем (см. рис. 6.9).

Рис.6.9. Иллюстрация к объяснению процесса теплофикации.

Водяной пар с состоянием т. 1 направляется в паровую турбину, но процесс расширения проводится не до конца, а до давления р_{теплофик}. Далее, пар после турбины направляется по паропроводу в тепловые пункты жилых районов. В этих пунктах установлен теплообменник, который нагревает питьевую воду из водопроводной сети за счет процесса конденсации пара из паропровода. Часть горячей воды идет на отопление жилых и производственных зданий, другая часть – на бытовые нужды. Конденсат возвращается обратно в паросиловую установку на вход питательного насоса.

Идея этого метода состоит в том, что «пользой» для паросиловой установки теперь является не только работа турбины, но и теплота перегретого пара, направляемая в жилые районы. И жители города, промышленные предприятия платят поставщикам тепловой энергии.