ТЕРМОДИНАМИКА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

17

форсунку Ф в цилиндр Ц оно самовоспламеняется. Образовавшиеся продукты сгорания, расширяясь, перемещают поршень П от ВМТ к НМТ такт рабочего хода поршня. И наконец, открывается выпускной клапан 2 (при закрытом клапане 1) и поршень П, двигающийся от НМТ к ВМТ, выталкивает продукты сгорания из цилиндра Ц в атмосферу такт выхлопа. Затем все процессы повторяются в описанной последовательности.

На рис 7б изображен термодинамический цикл Дизеля в координатах p-v.

Этот цикл состоит из двух адиабат ( q = 0), изобары (p = idem) и изохоры

(v = idem). Изображение термодинамического цикла Дизеля в координатах p-v

аналогично изображению термодинамического цикла Отто, за исключением процесса c-f, в котором к газу подводится теплота q1,p при p = idem.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

19

Рис.8. Зависимость термического КПД цикла Дизеля ηt,Д от степени сжатия

ε и степени предварительного расширения рабочего тела ρ

1.3.3.Термодинамический цикл со смешанным подводом теплоты при v = idem и p = idem (цикл Тринклера)

На рис. 9а изображена принципиальная схема ПДВС, работающего по цик-

лу Тринклера. В отличие от дизельного в двигателе со смешанным подводом теплоты топливо подается через форсунку Ф в форкамеру ФК, расположенную в цилиндре Ц. Топливо в форкамере ФК самовоспламеняется.

Горение топливно-воздушной смеси начинается в форкамере ФК и заканчивается в цилиндре Ц.

На рис 9б изображен термодинамический цикл Тринклера в координатах p-v. Цикл Тринклера состоит из двух адиабат ( q = 0), двух изохор (v = idem) и

изобары (p = idem). Он отличается от цикла Дизеля только процессом подвода к газу теплоты q1: сначала теплота q1,v подводится при v = idem (линия c-f), а

затем теплота q1,p подводится при p = idem (линия f-z), причем q1 = q1,v + q1,p.

На рис. 9в изображен термодинамический цикл Тринклера в координа-

тах T-s . Площадь фигуры а1-c-f-f1-a1 представляет собой теплоту q1,v,

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

20

подведенную к газу при v = idem. Площадь фигуры f1-f-z-r1-f1 представляет собой теплоту q1,p, подведенную к газу при p = idem. Площадь фигуры а1-c-f-z- r1-а1 представляет собой теплоту q1, подведенную к газу в цикле, т.е. q1 = q1,v + q1,p. Напомним, что в координатах T-s изохора располагается более круто по отношению к оси s, чем изобара.

Термический КПД цикла Тринклера t,Т определяется по формуле

где = (pz / pc) степень повышения давления газа см. рис. 9б; k показатель адиабаты.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

21

Из сопоставления термических КПД циклов Тринклера t,Т (с подводом теплоты при v = idem и p = idem), Отто t,О (с подводом теплоты при v = idem) и

Дизеля t,Д (с подводом теплоты при p = idem) (см. рис. 9в) следует, что в этих

Степень сжатия воздуха в двигателях, работающих по циклу Тринклера,

составляет 12 22.

1.4. Термодинамические циклы газотурбинных двигателей

Газотурбинным двигателем (ГТД) называется ТД, в котором процессы,

образующие цикл, происходят в различных элементах двигателя: осевом компрессоре, одной или нескольких камерах сгорания и одной или нескольких газовых турбинах [3, 5, 7, 8].

Газотурбинные двигатели подразделяются на газотурбинные установки

(ГТУ), используемые, в частности, в качестве энергопривода центробежных нагнетателей на компрессорных станциях магистральных газопроводов, и

турбореактивные двигатели (ТРД), применяемые в авиации.

По способу подвода теплоты циклы ГТУ делятся на две группы:

1)цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (v = idem) или цикл Гемфри;

2)цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (p = idem) или цикл Брайтона.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

22

1.4.1.Термодинамический цикл газотурбинной установки

сподводом теплоты при v = idem (цикл Гемфри)

На рис. 10а изображена принципиальная схема ГТУ, работающей по циклу Гемфри. Атмосферный воздух с начальными параметрами pa и ta сжимается в осевом компрессоре ОК до давления pc, что приводит к увеличению температуры воздуха до tc. Сжатый в осевом компрессоре ОК воздух поступает в камеры сгорания КСг через впускной клапан 1, а газообразное топливо через впускной клапан 2 (клапан 3 при этом закрыт). Горение топливно-воздушной смеси происходит при закрытых клапанах 1, 2 и 3, т.е. в камерах сгорания КСг осуществляется изохорический (v = idem) подвод теплоты. Поскольку процесс сгорания топливно-воздушной смеси в камерах сгорания КСг происходит периодически, такая ГТУ имеет несколько камер сгорания, работающих со сдвигом во времени происходящих в них процессов. Давление и температура образовавшихся продуктов сгорания увеличиваются до pz и tz. Затем открывается выпускной клапан 3 (клапаны 1 и 2 при этом закрыты) и продукты сгорания (ПС) поступают в газовую турбину ГТ, где они, расширяясь на лопатках, совершают работу. Тепловая энергия ПС преобразуется в газовой турбине ГТ в работу в два этапа. На первом этапе потенциальная энергия,

которой обладают ПС на входе в газовую турбину ГТ, преобразуется в

кинетическую энергию потока ПС, расширяющегося и ускоряющегося на рабочих лопатках газовой турбины. На втором этапе кинетическая энергия потока ПС при изменении направления его движения на лопатках газовой турбины ГТ преобразуется в механическую энергию вращения силового вала СВ, приводящего в действие нагрузку Н центробежный нагнетатель ЦБН или электрогенератор ЭГ. После расширения в газовой турбине ГТ продукты сгорания выбрасываются в атмосферу.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

23

Рабочим телом в цикле ГТУ, применяющихся в газовой промышленности,