21. Классификация гту

В зависимости от способа подвода теплоты:

1. ГТУ с подводом теплоты Q при постоянном давлении р=const;

2. ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме V=const.

В зависимости от способа организации холодного источника (отвода теплоты Q):

1) ГТУ открытого цикла; 2) ГТУ закрытого цикла; 3)ГТУ полузакрытого цикла.

ГТУ открытого цикла - ГТУ, в которой рабочее тело поступает из атмосферы, однократно проходит через все элементы ГТУ и выбрасывается в атмосферу.

ГТУ закрытого цикла - когда рабочее тело непрерывно циркулирует по замкнутому контуру, а подвод и отвод теплоты осуществляется в специальных теплообменниках.

ГТУ полузакрытого цикла - это установки промежуточной схемы между ГТУ открытого и закрытого циклов.

Рабочим телом ГТУ открытого цикла служит атмосферный воздух и продукты сгорания топлива, в ГТУ замкнутого цикла - СО₂, гелий, воздух.

В зависимости от конструктивных требований, условий запуска, регулируемых режимов работы различают:

1)одновальные ГТУ; 2)двухвальные ГТУ; 3)трехвальные ГТУ.

В зависимости от использования теплоты уходящих газов:

1)с регенерацией теплоты уходящих газов; 2)без регенерации теплоты.

По назначению:

1. энергетические (для привода электрических генераторов);

2. приводные (для привода центробежных насосов и нагнетателей);

3. транспортные (в качестве двигателей в авиации, железно-дорожном транспорте, водном транспорте, военной технике).

22 Термодинамический цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме.

Термодинамический цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме

1 - 2 - адиабатный (изоэнтропический) процесс сжатия в компрессоре;

2 - 3 - изохорный подвод теплоты в камере сгорания;

3 - 4 - адиабатный (изоэнтропический) процесс расширения в турбине;

4 - 1 - условный изобарный замыкающий процесс - отвод теплоты в окружающую среду.

; ;

Для процесса 3-4:

Так как

Для изохорного процесса 2-3:

;

C учетом

23 Сравнение идеальных циклов ГТУ.

При сравнении различных циклов необходимо выбрать условия, при которых это сравнение проводится.

Такими условиями могут быть:

- равенство степеней повышения давления;

- равенство подведенной теплоты;

- и т.д.

В этом случае циклы могут быть представлены на T-s -диаграмме, с помощью которых можно произвести сравнение их площадей.

1)

2)

;

Т.к. T₃/T₂ > 0 , то

Разница и увеличивается по мере увеличения степени повышения давления.

Термодинамические преимущества цикла ГТУ с изохорным подводом тепла в значительной мере снижается за счет уменьшения КПД турбины.

Индикаторный КПД:

24 Изобразите процесс подвода теплоты в цикле ГТУ на P-V диаграмме.

ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении

Схема установки приведена на рис. 2.1. На рис. 3 изображен термодинамический цикл ГТУ на PV- и TS-диаграммах. Рабочее тело вначале сжимается в компрессоре по адиабате 3-4, затем к нему подводятся теплота q₁ при постоянном давлении (изобара 4-1), после чего рабочее тело расширяется в турбине без теплообмена с внешней средой (адиабата 1-2) до давления окружающей среды. Изобарный процесс 2-3 является процессом отдачи теплоты холодному источнику теплоты (окружающей среде).

Основные характеристики цикла определяются отношением объемов и давлений в узловых точках цикла. К ним относятся степень адиабатного сжатия ; степень повышения давления в процессе адиабатного сжатия степень повышения температуры в цикле .

Основным показателем любого идеального цикла, характеризующим его экономичность, является термический к.п.д. (2.1).

ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме

На рис. 2.12 изображен термодинамический цикл ГТУ, показанной на рис. 2.1 (с учетом рис. 2.8) на PV- и TS-диаграммах. Данный цикл отличается от предыдущего цикла ГТУ только характером подвода теплоты.

 

Рис. 5. Термодинамический цикл ГТУ с изохорным подводом теплоты на P\/- и TS-диаграммах

25 Определить коэффициент общего избытка воздуха, подаваемого в камеру сгорания ГТУ: tг=680 °С; tв=400 °С.

26 Изобразите процесс расширения продуктов сгорания в турбине на P-V диаграмме.

Обратимый цикл ГТУ при p=const называется циклом Брайтона. Схема ГТУ представлена на рис. 10. Компрессор (ВК) , приводимый в движение газовой турбиной (ГТ), подает сжатый воздух в камеру сгорания (КС), в которую впрыскивается жидкое топливо, подаваемое насосом (ТН), находящимся на валу турбины. Продукты сгорания расширяются на рабочих лопатках турбины и выбрасываются в атмосферу.

Изобразим цикл на рабочей и тепловой диаграмме (рис.11).

Характеристиками этого цикла являются:

степень повышения давления воздуха (или степень сжатия )степень предварительного расширения .

При расчете цикла определяют параметры в характерных точках. Как правило, исходными данными являются параметры в точке 1:.

Рис. 11. Цикл Брайтона. Рабочая (p-v) и тепловая (T-s) диаграммы.

(1-2 – адиабатное сжатие в компрессоре,

2-3 – изобарный подвод теплоты в камере сгорания,

3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания на лопатках газовой турбины,

4-1 – изобарный отвод теплоты от продуктов сгорания в атмосферу)

Расчет параметров в характерных точках цикла

Процесс 1-2:

Из уравнения адиабаты в виде определяем ,

в виде T1v1k-1=T2v2k-1 определяем

Процесс 2-3:

Процесс 4-1:

Энергетические характеристики цикла

Количество подведенной за цикл теплоты:

Количество отведенной за цикл теплоты:

Цикловая работа:

Тогда термический КПД этого цикла:

Из формулы следует, что термический КПД ГТУ при данном рабочем теле и постоянном значении k зависит только от степени повышения давления в компрессоре, причем с ростом pk термический КПД цикла растет.

27 Определение температуры сгорания топлива