16.2. Цикл гту с подводом теплоты при постоянном объеме

В отличие от ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении, где процесс горения осуществляется непрерывно, в ГТУ со сгоранием топлива при постоянном объеме процесс горения является периодическим (пульсирующим). Такой цикл называется циклом Геморра.

Через воздушный клапан 7 в камеру сгорания 1 поступает воздух, сжатый в компрессоре 5, рис. 63. Сюда же топливным насосом 6 через топливный клапан 8 подается жидкое топливо. Процесс горения производится при закрытых воздушном клапане 7 и сопловом клапане 2. Воспламенение происходит от электрической искры 9. После сгорания топлива в результате повышения давления в камере 1 открывается сопловый клапан 2. Продукты сгорания, проходя через сопловые аппараты 3, поступают на лопатки газовой турбины.

Рисунок 63 – Схема газотурбинной установки со сгоранием топлива при постоянном объеме: 1 – камера сгорания; 2 – сопловый клапан; 3 – сопловые аппараты; 4 – газовая турбина; 5 – турбокомпрессор; 6 – топливный насос; 7 – воздушный клапан; 8 – топливный клапан.

Идеальный цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном объеме в - и - координатах представлен на рис. 64.

υ

Рисунок 64 – Цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме.

В адиабатном процессе 1–2 рабочее тело с параметрами , , в точке 1 сжимается до параметров , , в точке 2. В изохорном процессе 2–3 к рабочему телу подводится теплота в количестве . Затем рабочее тело расширяется в адиабатном процессе 3–4 до начального давления и по изохоре 4–1 возвращается в первоначальное состояние, характеризуемое параметрами точки 1.

Характеристиками цикла являются: степень повышения давления в компрессоре , степень дополнительного повышения давления .

Количество теплоты подводимой по изобаре 2–3:

Количество теплоты отводимой по изобаре 4–1:

Подставляя эти выражения в формулу для термического КПД, получим:

Найдем выражения температур , , через начальную температуру рабочего тела.

для адиабаты 1–2:

для изохоры 2–3:

для адиабаты 3–4:

Подставив найденные значения температур в формулу для термического КПД:

Отсюда видно, что термический КПД возрастает с возрастанием величин , , .

16.3. Методы повышения термического кпд гту

Для повышения КПД ГТУ применяют следующий методы:

1. регенерация теплоты;

2. многоступенчатое сжатие воздуха с промежуточным охлаждением;

3. многоступенчатое сгорание топлива.

Все эти мероприятия приближают цикл ГТУ к обобщенному термодинамическому циклу Карно, состоящему из двух изотерм и двух любых произвольных обратимых процессов – эквидистант¹, имеющему наивысший КПД в заданном интервале температур, равный КПД обычного цикла Карно.

В частности применение многоступенчатого сжатия и многоступенчатого сгорания позволяет приблизить эти процессы к изотермическим (вместо адиабатных). Причем, степень приближения процессов сжатия и сгорания к изотермическим будет тем выше, чем большее число ступеней будет применено.

1 Эквидистантами в термодинамике называется семейство линий, имеющих при одинаковых температурах равный угловой коэффициент.