- •1.1 Газотурбинный двигательэ Общие сведения
- •1.2 Действительный простой цикл
- •1.3 Сложные циклы. Цикл с регенерацией
- •1.4 Цикл с промежуточным охлаждением и регенерацией
- •2. Наддув как основной метод повышения удельной мощности дизеля. Схемы наддува
- •2.1 Общие сведения
- •3. Агрегаты наддува
- •3.1 Принцип действия и устройство газовой турбины
- •3.2 Кинематика газового потока в проточной части турбины. Треугольники скоростей
- •3.3 Работа на лопатках и мощность турбины
- •4. Активная и реактивная ступени турбины
- •4.1 Активная ступень турбины
- •4.2 Процесс расширения газа в турбинной ступени
- •5. Потери в турбине и к.П.Д.
- •5.2 Потери в рабочем колесе
- •5.3 Потери с выходной скоростью
- •5.4 Коэффициенты полезного действия турбины
- •6.1 Характеристики турбины
- •6.2 Требования к газовой турбине
- •7. Радиальные турбины
- •7.1 Особенности работы радиальной центростремительной турбины
- •7.2 Достоинства и недостатки осевых и радиальных турбин
- •8. Основы теории компрессоров
- •8.1 Центробежные компрессоры. Схема устройства и принцип действия
- •8.2 Процесс сжатия в центробежном компрессоре
- •8.3 К.П.Д. Компрессора
- •8.4 Треугольники скоростей. Работа и мощность компрессора
- •8.5 Характеристики центробежных компрессоров
- •8.6 Помпаж
- •8.7 Потери в компрессоре
1.1 Газотурбинный двигательэ Общие сведения
Схема простейшей газотурбинной установки включает три основных элемента: компрессор, камеру сгорания и турбину.
Рис. 1.1
Теоретический простой цикл. простого цикла. открытого цикла с горением при постоянном давлении Работа установки протекает следующим образом. Компрессор 3, приводимый в действие турбиной 5, засасывает атмосферный воздух, повышает его давление до нескольких атмосфер и исправно подается в камеру сгорания 4, куда также непрерывно поступает и топливо, подаваемое топливным насосом.
В процессе сгорания топлива, образующиеся газы при высокой температуре направляются в турбину, где их тепловая энергия преобразуется в механическую работу. Течение газа вдоль проточной части турбины сопровождается уменьшением их давления до значения, близкого к 1 ата. Из турбины газы выбрасываются в окружающую среду. Развиваемая турбиной мощность частично затрачивается на привод компрессора, остальная же (меньшая) ее часть передается потребителю энергии 1 (в данном случае гребному винту) через редуктор 2. запуск установки производится с помощью электродвигателя 7, ротор которого может быть с помощью специальной муфты 6 соединен с ротором компрессора.
Топливо в период запуска воспламеняется от электросвечи.
Большое влияние на величину полезной работы и к.п.д. установки оказывает компрессор, который в целях получения допустимой температуры газа перед турбиной, должен подавать в камеру сгорания значительное количество воздуха и, следовательно, требует большой мощности (даже в современных ГТУ на привод компрессора затрачивается до ~ 70% мощности, развиваемой турбиной).
Газотурбинные двигатели открытого цикла обычно работают на жидком либо на газообразном топливах.
Если предположить, что цикл совершается в идеальном газотурбинном двигателе, то такой цикл называется идеальным термодинамическим циклом. Идеальный цикл имеет минимальные тепловые потери - неизбежная отдача теплоты холодному источнику.
Таким образом, идеальный цикл является наиболее совершенным, и изучение его в первую очередь необходимо для улучшения теплоиспользования в рабочих, действительных циклах ГТУ. Термодинамическое рассмотрение идеальных циклов позволяет наиболее просто выявить степень влияния основных факторов на теплоиспользование.
На рис. 2 изображен теоретический цикл простейшей газотурбинной установки, где: 1-2 – адиабатный процесс повышения давления в компрессоре; 2-3 – изобарный процесс подвода теплоты с топливом в камере сгорания; 3-4 – адиабатный процесс понижения давления в турбине; 4-1 – процесс отвода теплоты, заменяющий процесс условного замыкания цикла в атмосфере.
Рис. 1.2
Рассматривая данный цикл, будем считать, что он совершается постоянным количеством рабочего тела, имеющего неизменный химический состав, постоянную теплоемкость и подчиняющегося основным уравнениям идеального газа.
Если обозначить через - адиабатную работу турбины ви черезадиабатную работу компрессора в, то согласно принятым выше условиям и обозначениям процессов цикла, можно написать:
и
где - теплоемкость рабочего тела при постоянном давлении,.
Учитывая уравнения адиабаты, а именно , применительно к характерным точкам индикаторной диаграммы можно записать:
где К – показатель адиабаты, ;
- теплоемкость рабочего тела при постоянном объеме, .
Обозначим , тогда
Входящую сюда величину будем называть степенью повышения давления в компрессоре.
Полезная работа цикла вбудет равна разности работ турбины и компрессора, т.е.
где - степень повышения температуры в цикле.
На диаграмме P – V работа турбины изображается площадью 3‑4‑а‑в, работа компрессора площадью 1‑2‑а‑в. Полезная работа цикла будет измеряться площадью 1‑2‑3‑4. Эффективность преобразования теплоты в полезную работу идеального цикла оценивается термическим к.п.д.
где - количество подведенной на участке 2 -3 теплоты к рабочему телу в;
так как , то
;
Подставив значения ив исходное уравнение для определенияи проведя некоторые преобразования получим
Анализ приведенных выше зависимостей показывает, что если полезная работа цикла зависит как от степени повышения температуры , так и от степени повышения давления, то к.п.д. идеального цикла зависит только от степени повышения.
К.п.д. цикла с увеличением непрерывно растет и в пределе, пристремящейся к бесконечности, стремится к единице.
Однако значение налагает определенные ограничения на значение, а, следовательно, и на предельное значение термического к.п.д. установки.
Например, для простейшей ГТУ при =6не может быть выше ~ 39%.