23. Анализ эффективности работы гту

Эффективность работы ГТУ определяется двумя главными факторами: степенью повышения давления компрессором ε и степенью повышения температуры компрессором и камерой сгорания τ.

Эти факторы описываются соотношениями

где p_a и T_a атмосферные параметры давления и температуры; и T_c давление и температура в турбине.

Специальный анализ позволяет устанавливать зависимость КПД конкретной газовой турбины от отношений давлений и температур.

Характерный вид этих зависимостей приведен на рис.25. Как видно с ростом параметра τ уве­личиваются максимальное значение η и оптималь­ное отношение давлений, т.е. такое отношение давлений, при которых КПД достигает максимума.

Рис.25. График зависимости КПД от отношений давлений и температур

Значение оптимального отношения давлений мо­жет быть найдено аналитически из условия dη / dε = 0. Однако при проектировании ГТУ всегда имеет­ся необходимость в построении графика зависимо­сти η = η(ε) при заданном отношении температур с целью определения экономически целесообразного отношения давлений.

Второй важной характеристикой служит коэффициент полезной работы , определяемый как отношение полезной работы ГТУ к работе турбины

Доказывается, что коэффициент полезной работы возрастает с уменьшением (при заданном τ) и с увеличением . Если коэффициент полезной работы мал, то это означает, что большая часть работы турби­ны расходуется на привод компрессора.

24. Конструктивные схемы энергетических гту

Конструктивная кинематическая схема газотурбинной установки (ГТУ) зависит от параметров термодинамического цикла, наличия промежуточного охлаждения возду­ха, ступенчатого сжигания топлива, применения регенеративного подогрева циклового воздуха и др.

В то же время ряд со­временных энергетических ГТУ имеют простое техническое решение, ос­нованное на наличии общего ротора у компрессора и ГТ (см. рис.24). Конструкторы таких установок по возможности отказываются от промежу­точного подшипника и разделения валов компрессора и ГТ для упрощения конструкции ГТУ.

В простых по конструкции энергетических ГТУ, где частота вращения системы «турбина – компрессор - генератор» постоянна, регулирование мощности возможно главным образом путём снижения температуры газового потока, что неблагоприятно сказывается на КПД.

Более экономичными в широком диапазоне регулирования мощности являются многовальные ГТУ, в которых реализуется принцип многоступенчатого сжатия воздуха и многоступенчатого расширения газа. Пример такой конструктивной схемы ГТУ показан на рис.26.

Здесь агрегат высокого давления, вклю­чающий КВД и ТВД, выполнен с полым валом, что позволяет пропустить че­рез него вал агрегата низкого давления, состоящего из КНД и ТНД. Электроге­нератор подключают обычно с холодной стороны компрессора низкого давле­ния.

Возможны технические решения, когда в конструктивной схеме преду­сматривают отдельную силовую газовую турбину, которая приводит в действие электрогенератор или подключение электрогенератора к ГТ низкого давления.

Рис.26. Пример схемы многовальной ГТУ: ЭГ- электрогенератор; КНД, КВД – компрессоры низкого и высокого давления; ТВД, ТНД – газовые турбины высокого и низкого давления; КС – камера сгорания; Т - топливо

При наличии двух компрессоров КНД и КВД первые ступени их име­ют входные и поворотные направляющие аппараты, что само по себе обес­печивает высокий КПД ГТУ при частичных нагрузках.

В многовальных конструкциях ГТУ для поддержания валов требуется несколько (более двух) подшипниковых узлов, часть которых вынужденно располагаются во внутренней полости газотурбинного блока, что осложняет их контроль и обслуживание.

В заключение отметим, что выбор той или иной конструктивной схемы энергетической ГТУ это всегда компромисс между простотой и удобством эксплуатации с одной стороны и экономичностью с другой стороны.