Циклы газотурбинных установок

На рисунке 13.5 представлена схема наиболее распространённого типа газотурбинной установки со сгоранием топлива при постоянном давлении.

К-компрессор;

Т-турбина;

КС-камера сгорания;

ТН-топливный насос;

С-сопла;

Л-рабочие лопатки турбины;

П-выпускной патрубок

Рисунок 13.5 – Схема газотурбинной установки

Компрессор К, расположенный на одном валу с турбиной Т, всасывает воздух из атмосферы и сжимает его до заданного давления. Сжатый в компрессоре воздух поступает в камеру сгорания КС; туда же топливным насосом ТН подаётся жидкое горючее. Сгорание происходит при постоянном давлении. Из камеры сгорания газы поступают в сопла С, из которых они с большой скоростью поступают на рабочие лопатки Л турбины и приводят во вращение её ротор. Отработавшие газы через выпускной патрубок П выпускаются в атмосферу.

а) теоретический цикл турбины с подводом теплоты при постоянном давлении(рисунок 13.6). Цикл состоит из двух адиабат и двух изобар. Линия 1-2 изображает процесс адиабатного сжатия в компрессоре, 2-3 – изобарный подвод теплоты (сгорание топлива), 3-4 – адиабатное расширение в турбине, 4-1 – условный изобарный процесс, замыкающий цикл.

Термический к.п.д. циклаопределяется по формуле

(19)

или

(20)

где - степень сжатия;

- степень повышения давления.

Рисунок 13.6 - Теоретический цикл турбины с подводом теплоты при постоянном давлении

б) теоретический цикл турбины с подводом теплоты при постоянном объёме(рисунок 13.7). Цикл состоит из двух адиабат, одной изохоры и одной изобары. Линия 1-2 изображает процесс адиабатного сжатия в компрессоре, 2-3 – изохорный подвод теплоты, 3-4 – адиабатное расширение в турбине, 4-1 – условный изобарный процесс, замыкающий цикл.

Рисунок 13.7 - Теоретический цикл турбины с подводом теплоты при постоянном объёме.

Термический к.п.д. циклаопределяется по формуле

(21)

где - степень повышения давления.

в) теоретический цикл турбины с подводом теплоты при постоянном давлении и регенерации; при постоянном объёме и регенерации(рисунок 13.8).

Рисунок 13.8 - Теоретический цикл турбины с подводом теплоты при постоянном давлении и регенерации и при постоянном объёме и регенерации

Так как уходящие из турбины продукты сгорания имеют достаточно высокую температуру, то для повышения экономичности турбины вводят регенерацию.

Регенерация– предварительный подогрев сжатого в компрессоре воздухе за счёт теплоты уходящих газов. Термический к.п.д. турбины при наличии регенерации больше, чем без неё.

Цикл с предельной (полной) регенерацией– цикл, при котором вся располагаемая теплота отработавших газов используется для подогрева воздуха.

В обоих циклах линии 2-3 изображают изобарный подогрев сжатого воздуха в регенераторе, а линии 5-6 – изобарное охлаждение продуктов сгорания в регенераторе.

Термический к.п.д. цикла турбины при p=const с предельной регенерацией и адиабатным сжатием определяется по формуле

(22)