1.3.3. Цикл газотурбинной установки

У стройство газотурбинной установки (ГТУ) показано схематично на рис. 1.11. Компрессор К сжимает воздух и подает его в камеру сгорания КС. Туда же насос Н подает топливо (керосин, или соля-ровое масло, или горючий газ). Продукты сго-рания поступают в турбину Т, приводящую в движение электрогенератор.

На рис. 1.12 представлены термодинами-ческие диаграммы цикла ГТУ. Процесс 1-2- сжатие воздуха в компрессоре, близкое к адиа-батному. На сжатие затрачивается работа l_k, температура воздуха повышается до значения Рис. 1.11. Схема ГТУ Т₂. Процесс 2-3 – подвод теплоты q₁ в камере

с горания при постоянном давлении р₂. Процесс 3-4 – расширение продуктов сгорания в турбине, близкое к адиабатному. Давление падает до значения р₁, температура снижается до Т₄. Совершается работа l_ц. Процесс 4-1 – изобарный отвод теп-лоты q₂ отработавших газов в атмосферу. По-лезная работа – это площадь внутри кон-тура цикла 12341. С по-вышением давления (кривая 2΄-3΄ на Т-s диаграмме) растет тер-мический КПД ГТУ η_t Рис. 1.12. Термодинамические диаграммы цикла ГТУ (в современных устано-вках достигает40%).

Важное преимущество газотурбинного двигателя – малая масса и малые габариты на единицу мощности, что обеспечило его широкое применение в авиации. В энергетике ГТУ применяются для покрытия пиковых нагрузок в энергосистемах, когда требуется за короткое время выдать недостающую мощ-ность. Сравнительно низкий КПД ГТУ связан с выбросом отработавших газов с высокой температурой – обычно выше 500^оС. В парогазовых установках теплота газов, отработавших в ГТУ, используется в котлах-утилизаторах, выраба-тывающих пар для паровых турбин и горячую воду для теплофикации. На Северо-Западной ТЭЦ работают ГТУ с единичной мощностью 160 МВт.

Вопросы для самопроверки по теме 1.3.

1. Почему ДВС имеют более высокий термический КПД, чем ГТУ?

2. Почему термический КПД дизеля выше, чем у карбюраторного двигателя?

3. Как зависит КПД ДВС от степени сжатия?

4. Для решения каких задач применяются ГТУ в энергетике?

1.4. Реальные газы. Водяной пар

Свойства реальных газов. Р-v, T-s, h-s диаграммы водяного пара. Влажный пар. Истечение пара через сопла. Циклы паротурбинных установок. Циклы холодильных установок. Тепловые насосы.

По теме не предусмотрены лабораторные работы и задачи контрольной работы. После изучения теоретического материала следует ответить на вопросы для самопроверки. Более подробная информация по теме – в источниках [1], [8].

1.4.1. Реальные газы

С войства реальных газов, в частности водяного пара – основного рабочего тела в теплоэнергетике, - отличаются от свойств идеального газа. Рассмотрим процесс образования пара из 1 кг воды, размещенной в вертикальном цилиндре, под поршнем которого создается давление р. Р-v диаграмма процессов показана на рис. 1.13. Начальное состояние воды при t = 0^оС соот-ветствует точке а₀. При подводе теплоты тем-пература воды повышается до значения тем-пературы кипения -t_s (точка а^΄). Дальнейший подвод теплоты сопровождается кипением со значительным увеличением объема, в цилин-дре - влажный насыщенный пар (смесь воды и

пара) с постоянной температурой t_s. Безразмер- Рис. 1.13. P-v диаграмма

ное отношение массовой доли паровой фракции водяного пара

к суммарной массе паровой и жидкой фракций называется степенью сухости водяного пара х. Процесс парообразования – изобарно- изотермический. Точка а΄΄ соответствует завершению процесса парооб-разования, в цилиндре – сухой насыщенный пар. Дальнейший подвод теплоты (процесс а΄΄- а) приводит к повышению температуры перегретого пара. Параметры насыщенного пара даны в П3.

Линия А΄К – это нижняя пограничная кривая, отделяющая область жидкой фазы от влажного насыщенного пара. Линия А΄΄К – это верхняя пограничная кривая, она отделяет область влажного

насыщенного пара от области перегретого пара. В Рис. 1.14. Т-s диаграмма

критической точке К кривые сходятся. водяного пара

Критические параметры для воды: р_кр = 22, 13 МПа, t_кр = 374,1^оС. Если давление выше критического или температура выше критической, вода не может существовать в жидком виде, а только в виде перегретого пара. В сущности, газы являются сильно перегретыми парами соответствующих жидкостей. Чем выше температура перегрева, тем ближе свойства паров к идеальному газу.