Внутренние потери
К внутренним потерям относятся те потери, которые непосредственно связаны с изменением рабочего тела:
- внутренние потери в компрессоре (учитываются адиабатическим КПД компрессора );
- внутренние потери в газовой турбине (учитываются адиабатическим КПД турбины );
- потери теплоты в камере сгорания (учитываются тепловым КПД камеры сгорания );
- потери на гидравлические сопротивления в воздушном и газовом трактах (учитываются коэффициентом потерь n ).
Внутренние потери в целом всей ГТУ оцениваются внутренним (индикаторным) КПД ГТУ
Внутренняя удельная работа ГТУ может быть представлена в виде
,
где gT = GT/GK; GT = GТОП + GK; GT – расход рабочего тела – продуктов сгорания через турбину; GТОП – расход топлива; GK – расход воздуха, поступающего в компрессор.
Удельный расход теплоты в камере сгорания определяется из уравнения ее теплового баланса
Для упрощения анализа влияния различных факторов на внутренний КПД ГТУ можно допустить равенство расходов рабочего тела через компрессор и турбину и отсутствие гидравлических потерь в газовоздушных трактах.
83 Задачи и основные положения теплового расчета схемы ГТУ.
Расчет тепловой схемы ГТУ - важный этап проектирования ГТУ любого назначения. Этот расчет уже на начальной стадии проектирования позволяет установить как показатели отдельных элементов установки, так и ГТУ в целом.
Путем теплового расчета определяют полезную мощность ГТУ и ее КПД, на основании чего оцениваются технико-экономические показатели, а затем и целесообразность создания такого ГТУ.
По найденным при тепловом расчете параметрам рабочего тела в различных сечениях газовоздушного тракта и его массовому расходу проводят проектирование отдельных элементов ГТУ.
Расход рабочего тела в различных сечениях тракта следует находить с учетом возможных утечек воздуха или газа, отборов воздуха на охлаждение элементов турбины, а также добавок топлива. Поскольку обычно расчет ведут на 1 кг воздуха, проходящего через компрессор, то вводят относительные расходы, которые обозначают:
(2)
(3)
Так как в современных ГТУ утечки воздуха невелики и часто не превышают 0,5 %, при расчете показателей ГТУ ими можно пренебречь.
Относительный расход топлива определяют по условиям теплового баланса камеры сгорания и при простой тепловой схеме ГТУ
Отборы воздуха на охлаждение меняются в широких пределах и зависят прежде всего от начальной температуры газа Гидравлическое сопротивление газовоздушного тракта приводит к потерям давления на различных участках, которые определяются коэффициентом потерь давления . В табл.1 приведены значения коэффициентов потерь давления для различных участков газовоздушного тракта.
КПД газовой турбины также удобно находить через политропный КПД , который для современных осевых турбин составляет 0,86…0,87. Найденный КПД турбины отвечает полному использованию выходной кинетической энергии потока.
Механические потери в подшипниках, муфтах и передающих механизмах учитывается механическим КПД . Механические потери обычно невелики и не превышают 0,5…0,6 % мощности рассматриваемого агрегата.
84 Схема ГТУ с регенеративным циклом.
85 Порядок теплового расчета схемы ГТУ при использовании осредненных значений теплоемкости
Средней теплоемкостью процесса в интервале температур t1 - t2 называют отношение количества теплоты, сообщаемой газу к разности конечной и начальной температур.
(3.19)
Если
ввести среднюю теплоемкость от принятой
базовой температуры, например нулевой
,
то количество теплоты
Значения
для различных газов затабулированы и
широко используются в практических
расчетах. В этом случае средняя
теплоемкость в диапазоне температур
t1
- t2
Связь
между изменениями параметров идеального
газа в обратимом
адиабатическом (изоэнтропном) процессе
дается уравнением
(3.20)
Интегрируя
его при постоянном (среднем для интервала
температур, в котором происходит процесс)
значении
k
,
можно получить
уравнение адиабаты
идеального
газа 
(3.21)
или
86 Цикл реальной ГТУ с регенерацией теплоты уходящих разов.
Применение регенерации теплоты уходящих газов
Заключается в использовании теплоты уходящих газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.
Ф - фильтр для очистки воздуха
ОК - осевой компрессор
Р - регенератор
КС - камера сгорания
ГТ - газовая турбина
П - приемник энергии
Д - двигатель пусковой
Для осуществления регенерации воздух после компрессора ОК пропускается через регенератор Р , который представляет собой теплообменник поверхностного типа. В регенератор Р после газовой турбины ГТ отправляются и рабочие газы, которые отдают часть своей теплоты воздуху и затем удаляются в атмосферу.
Подогретый в регенераторе воздух подается в камеру сгорания.1-1-2 -сжатие воздуха в компрессоре
2-5 - подвод тепла к воздуху в регенераторе
3-4 - расширение рабочего газа в турбине
4-6 - отвод теплоты от газов в регенераторе
6-1 - отвод теплоты в окружающую среду
Площадь Sa25b изображает на T-s диаграмме количество теплоты q1p , получаемое 1 кг воздуха в регенераторе.
Площадь Sc64d - количество теплоты q2p , отданное газами в регенераторе 1-му кг воздуха.
Если отсутствуют потери, то
Воздух в регенераторе теоретически можно подогреть до.
При этом воздух будет получать количество теплоты, равное q1 max . Степенью регенерации называется отношение количества теплоты, действительно переданное 1-му кг воздуха в регенераторе, к количеству теплоты, которое могло бы быть передано, если бы воздух нагревался до температуры газов, выходящих из турбины
При
наличии регенерации расчет сложнее,
чем без регенерации
повышается при увеличении КПД .При
повышении степени регенерации m
оптимальная степень повышения давления
pопт
уменьшается.
При значениях m < 0,4 влияние регенерации на КПД ГТУ становится неэффективным.
При m > 0,5 c увеличением m экономичность ГТУ возрастает за счет уменьшения топлива в камере сгорания.
Величина степени регенерации m практически определяется площадью поверхностью регенератора
сли m = 0,6…0,8 , то экономия в расходе топлива может достигнуть 25%.
Увеличение m > 0,8 приводит к резкому увеличению площади поверхности регенератора и, как следствие, к увеличению капитальных затрат.
Выбор m опт является технико-экономической задачей.
КПД приводных ГТУ 70х ... 80х годов:
с регенерацией теплоты hВp = 0,25…0,29;
без регенерации теплоты hВ = 0,20…0,23.
87 Цикл ГТУ со ступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением.
Схема ГТУ со ступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением не всегда приводит к существенному повышению КПД ГТУ. Целесообразность ее применения в будущем определяется тенденцией к повышению температуры Т3. При достаточно высоких температурах продуктов сгорания на входе в турбину промежуточное охлаждение может оказаться необходимым для обеспечения значительных степеней повышения давления к осевого компрессора.
где - внутренняя полезная работа ГТУ, равная разности между работой турбины Т и работой компрессоров КНД и КВД; - удельный расход теплоты в камере сгорания; и - работа изоэнтропного сжатия компрессоров КНД (1) и КВД (2); - работа изоэнтропного
88 Цикл ГТУ с двухступенчатым расширением и промежуточным подогревом рабочего тела
Внутренний КПД ГТУ с двухступенчатым расширением и промежуточным подогрева рабочего тела
89 Достоинства многовальных ГТУ
Многовальные ГТУ
Деление турбины на две и более ступеней с их независимым друг от друга числом оборотов позволяет регулировать мощность ГТУ при частичных нагрузках, не снижая эффективности путем изменения расхода и топлива, и воздуха.
В установках с разрезным валом, или с независимой силовой турбиной, вал полезной мощности выделен от турбокомпрессора, поэтому между ними нет такой однозначной связи, и нагнетатель может практически иметь любую частоту вращения, ему необходимую.
Пи постоянной частоте вращения вала осевого компрессора и переменной частоте вращения силового вала температура перед газовой турбиной высокого давления может практически оставаться постоянной в достаточно широком диапазоне изменения частоты вращения вала силовой турбины.
Многовальные ГТУ дают возможность повысить эффективность особенно при работе на частичных нагрузках. Это наглядно видно на рис.3.25.
Кроме того, двухвальные ГТУ имеют несколько лучшие экономические характеристики не только на частичных нагрузках, но и на расчетной, когда одновальная установка, имея некоторый запас по мощности, на номинальной нагрузке будет обеспечивать режим работы нагнетателя ниже расчетного.
Благодаря этим особенностям двухвальные установки с регенерацией и без регенерации теплоты отходящих газов и получили широкое распространение в качестве привода насосов магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов и центробежных нагнетателей
91 Принципиальная схема ГТУ при промежуточном подогреве и охлаждении рабочего тела со свободным валом высокого давления
Внутренний КПД ГТУ с двухступенчатым расширением и промежуточным подогрева рабочего тела
