2. Принципиальная схема установки

Рисунок 2.1 – Открытая газотурбинная установка

КМ – компрессор

КС – камера сгорания

Т – турбина

Газосиловыми называют теплосиловые установки с газообразным (во всей области изменения состояния) рабочим телом. К ним относятся газотурбинные установки и двигатели внутреннего сгорания.

Среди газотурбинных установок различают установки открытого и закрытого типа. В закрытой газотурбинной установке рабочее тело теплового двигателя совершает круговой процесс. В открытой газотурбинной установке в отличие от этого рабочим телом двигателя служат продукты сгорания топлива, причем теплообмен между продуктами сгорания и каким-либо другим телом отсутствует.

Преимуществом открытой газотурбинной установки по сравнению с закрытой является меньшая стоимость. Недостаток ее состоит в том, что турбина может загрязняться примесями продуктов сгорания. В закрытых установках нет принципиальных ограничений по выбору рабочего тела, а круговой процесс (цикл) может протекать также и при повышенных давлениях, поскольку давление на всасывании в компрессор может и не совпадать с

атмосферным давлением. При повышенном уровне давлений можно достичь большей полезной мощности, чем в открытых газотурбинных установках; изменение уровня давлений позволяет также более просто регулировать мощность. Построенные до сих пор газотурбинные установки работают, однако, преимущественно по технически более простому открытому процессу. Такие установки (обычно небольшой мощности) отличаются быстрым запуском и служат главным образом для аварийного электроснабжения и компенсации пиковых нагрузок.

Открытая газотурбинная установка представлена на рисунке 2.1.Открытую газотурбинную установку (если не считать потери тепла на излучение в окружающую среду) можно разделить на три открытые адиабатные системы: компрессор, камеру сгорания и турбину. Адиабатный компрессор подает из окружающей среды в камеру сгорания воздух, необходимый для горения.

Для этого процесса воздух можно считать идеальным газом при , так как конечное давление и конечная температура небольшие.

Топливо подается в адиабатную камеру сгорания при температуре окружающей среды и сжигается там в среде сжатого и одновременно «подогретого» до воздуха. Образующиеся при этом продукты сгорания топлива покидают камеру сгорания при давлении , несколько меньшем, чем (вследствие падения давления в камере). Выходная температура путем соответствующего выбора отношения расходов воздуха и топлива должна поддерживаться на таком уровне, чтобы применяемые для камеры сгорания и входной ступени турбины материалы сохраняли достаточную прочность. Эта температура находится в интервале 650-850 ⁰С, и ее следует рассматривать как величину, предопределяемую выбором конструкционных материалов.

Продукты сгорания топлива представляют собой газовую смесь, состав которой зависит не только от вида топлива, но также и от соотношения топливо- воздух.

Продукты сгорания расширяются в турбине от до давления , практически совпадающего с давлением окружающей среды .Здесь - действительная температура газа на выходе из турбины, а - температура, соответствующая изоэнтропному расширению газа.

Как уже отмечалось, продукты сгорания топлива - это газовая смесь, свойства которой зависят от состава топлива и отношения топливо-воздух.

В связи с этим расчет газотурбинного процесса оказывается громоздким и затруднительным. С целью сокращения вычислений расчеты можно выполнять для стандартной модели продуктов сгорания с известными термодинамическими свойствами.

Для ориентировочных исследований достаточны расчеты с некоторыми дополнительными упрощениями. Как уже отмечалось, максимальная температура продуктов сгорания с учетом качества конструкционных материалов должна поддерживаться относительно низкой. Свойства продуктов сгорания лишь незначительно отличаются от свойств воздуха. Это позволяет для приближенного анализа газотурбинного процесса принять некоторые упрощающие допущения:

1. Рабочее тело предполагается тождественным воздуху, как идеальному газу с теплоемкостью , зависящей только от температуры.

2. Горение условно заменяется внешним теплоотводом.

Тогда в качестве исходных данных для проведения расчетов можно использовать параметры состояния воздуха, включая также функцию при рассмотрении изоэнтропного изменения состояния газов.