книги из ГПНТБ / Жаров Г.Г. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки

ное уменьшение полезной работы во всех последующих i-x венцах турбины за счет охлаждения 1-го венца. Процесс отбора тепла в венце можно представить на диаграмме Т—s (рис. 69). Линия 3—4 — про­ цесс расширения в неохлаждаемом венце, а линия 3—4" — процесс

расширения в венце при наличии охлаждения. Линия 4—4т — про­ цесс расширения газа в последующих венцах турбины, а линия 4"—4"т—процесс расширения в тех же венцах при понижении тем­ пературы на выходе из охлаждаемого венца до ТІ.

Площадь 3-—4—4"—3 изображает на диаграмме потерю полезной

(ДЯ у х . г ) . Все отведенное от венца тепло q в масштабе диаграммы изоб­ ражается площадью 3—4—4\—4\—3, а вся потеря полезной работы в турбине от охлаждения данного венца (Я) — фигурой 3—4—4т— 4"т—4"—3. Формула (60) не учитывает потерь в процессе утилизации тепла, отведенного в проточной части к теплоносителю.

§ 24. Потери энергии за счет утилизации отведенного от турбины тепла

В турбинах с открытыми системами охлажде­ ния все тепло, отбираемое теплоносителем, утилизируется в проточ­ ной части. В турбинах с закрытой системой охлаждения отобранное тепло может быть передано другому теплоносителю и дополнительно использовано. Для определения потери энергии в процессе передачи тепла от одного к другому теплоносителю воспользуемся рис. 69. В правой части рисунка показано изменение энтропии теплоносителя при подводе к нему тепла от газа. Поскольку количество охлаждаю­ щего теплоносителя, участвующего в процессе теплообмена, обычно меньше, чем количество газа, т. е. все отведенное от газа тепло воспри­ нимается значительно меньшим количеством охлаждающего теплоно­ сителя, то к одному килограмму теплоносителя подводится в (VСт­ раз больше количества тепла, чем отводится от одного килограмма газа. Поэтому при расчете изменения энтропии теплоносителя по таблицам или диаграмме Т—s (или і—s), построенным для 1 кг тепло­ носителя, необходимо учитывать, что количество тепла, подведенное к 1 кг теплоносителя,

и изменение энтропии теплоносителя (1 кг)

Asr = /(<7T).

После расчета изменения энтропии 1 кг теплоносителя может быть получено изменение энтропии теплоносителя, отнесенное к 1 кг газа:

Такой учет разного количества теплоносителя и газа необходим при расчете потери. Это объясняется тем, что в случае значительного нагрева теплоносителя, особенно в области фазового перехода, изме­ нение теплоемкости теплоносителя может внести значительную погрешность в расчет. При мало изменяющейся температуре теплоно­ сителя расчет упрощается. Из выражения (41) для этого случая

т. е. расчет можно производить по таблицам или диаграмме для тепло­ носителя без учета количества теплоносителя, участвующего в про­ цессе (по величине количества тепла, отнимаемого от одного кило­ грамма газа). На рис. 69 линия а—b изображает процесс нагрева теплоносителя в каналах при охлаждении /-го элемента проточной части турбины.

Энтропия теплоносителя увеличивается также за счет потери дав­ ления теплоносителя в каналах из-за прокачивания его через охлаж­ даемые элементы турбины. На диаграмме Т—s для теплоносителя этот процесс выражается прямой линией be, параллельной оси абс­ цисс. Конечное состояние теплоносителя после его нагрева в каналах и понижения давления определяется положением точки с. Увеличение энтропии 1 кг теплоносителя за счет потери давления можно подсчи­ тать по выражению

изображает часть отведенного от газа тепла, которое можно исполь­

§ 26. Потери энергии от охлаждения турбины

при наличии регенератора

В цикле с регенерацией при закрытой системе охлаждения, кроме термодинамической потери в турбине от охлажде­ ния ее проточной части, возникает потеря, связанная с понижением температуры газа на входе в регенератор. В этом случае при той же степени регенерации понижается нагрев воздуха в регенераторе.

В неохлаждаемой турбине изменение энтальпии воздуха в реге­ нераторе

В цикле с регенерацией при открытой системе охлаждения, кроме потери за счет охлаждения проточной части турбины и потери, свя­ занной с понижением температуры газа на входе в регенератор, появ­ ляется дополнительная потеря, которая возникает в результате сни­ жения температуры газа от подмешивания охлаждающего воздуха в проточную часть турбины. Тогда потеря в цикле с регенерацией

(То — температура воздуха за компрессором).

Подставив полученное выражение Ц в формулу (76), получим

где Q — вся энергия, подведенная в цикле. При этом к. п. д. ГТУ

Выражение всех потерь через коэффициент Q позволяет опреде­ лить относительную величину каждой из потерь в общем балансе тепла любого цикла ГТУ и выявить возможности повышения эффек­ тивности ГТУ за счет совершенствования отдельных узлов, процессов

ограничиться добавкой в их выражения дополнительно вычисленных потерь, связанных с охлаждением.

§27. Пределы использования различных систем охлаждения

Пределы целесообразного подъема начальной температуры газа перед охлаждаемой турбиной зависят от двух основ­ ных факторов: применяемых материалов для основных деталей узлов турбины и используемых систем охлаждения.

Если считать, что материал проточной части газовых турбин обес­ печит длительную работу машины при определенной температуре, то предел начальной температуры газа будет зависеть от типа системы охлаждения и охлаждающего агента. Теоретически с помощью систем охлаждения можно обеспечить заданную температуру проточной части при любой начальной температуре газа. Однако возможности систем охлаждения ограничены пропускной способностью охлаждае­ мых узлов и падением экономичности за счет охлаждения турбины.

Если считать, что определяющим фактором будет являться паде­ ние экономичности ГТУ за счет охлаждения узлов турбомашины, то, проведя расчет циклов ВГТУ с учетом всех потерь, связанных с охла­ ждением, можно установить пределы начальной температуры газа перед турбиной с различными системами охлаждения. Тем самым бу­ дут установлены области использования различных систем охлаж­ дения в турбинах ВГТУ.

С этой целью нами была составлена программа (близкая к уни­ версальной) на ЭЦВМ, по которой было рассчитано более 6000 раз­ личных циклов с охлаждаемыми турбинами. Расчет турбины прово­ дился повенечный, что дало возможность учесть все потери, связан­ ные с охлаждением. Циклы рассчитывались с учетом изменения теплоемкости в процессах сжатия и расширения.

—с двумя компрессорами и тремя турбинами с промежуточным охлаждением — ТНД работает на винт;

—с двумя компрессорами и тремя турбинами, с регенерацией — ТНД работает на винт;

—с двумя компрессорами и тремя турбинами, с промежуточным

охлаждением и регенерацией — ТНД работает на винт.

—воздушная одноконтурная закрытая;

—воздушная одноконтурная открытая;

—совершенная воздушная одноконтурная открытая, которая отличается от предыдущей системы охлаждения максимальной эффек­ тивностью охлаждаемых лопаток.

3. Температура газа на входе в турбину Ts принималась от 1073 до 1873 К.

4.Степень повышения давления принималась от 2 до 60.

5.Расход воздуха G принимался от 10 до 400 кг/с.

6.Степень регенерации принималась равной нулю и 0,8.

7.Начальная температура воздуха принималась равной 288 К.