Термодинамические циклы газотурбинных установок

Как известно из курса термодинамики, в циклах ГТУ широко используются различные усовершенствования, как-то: регенерация теплоты отработавших газов, двухступенчатое сжатие воздуха с промежуточным охлаждением. Часто они используются совместно. Рассмотрим эффективность этих усовершенствований, рассчитав и сопоставив простой цикл ГТУ и его модификации.

Цикл простой газотурбинной установки

Задача 1

Рабочее тело простой ГТУ открытого типа с подводом теплоты при постоянном давлении обладает свойствами воздуха в идеально-газовом состоянии. Его начальная температура t ₁= 27°С, температура газов перед турбиной t ₃= 835 °С, степень повышения давления воздуха в компрессоре β = 7.

Изобразить принципиальную схему такой установки и термодинамический цикл на диаграммах p,v и T,s. Найти количество подводимой и отводимой теплоты, полезную работу и термический КПД цикла.

Решение

Схема установки и цикл изображены на рис 2.3. Цикл ГТУ состоит из двух адиабат и двух изобар. Рассчитаем значения температуры рабочего тела в характерных точках цикла. Поскольку адиабатные процессы 1-2 и 3-4 совершаются между одними и теми же изобарами р ₁ и р ₂, поэтому справедливо следующее соотношение

.

Тогда температура воздуха после компрессора

,

где β = р ₂ /р ₁– степень повышения давления.

Для воздуха, как двухатомного газа, k = 1,4; поэтому

.

Температура газов после турбины

.

Зная температуру рабочего тела во всех точках цикла, рассчитываем количество подводимой q ₁ и отводимой q ₂ теплоты в цикле

,

,

где для воздуха .

Рис.2.3. Принципиальная схема и термодинамический цикл простой ГТУ:

обозначения на принципиальной схеме: I – пусковой двигатель; II – топливный насос; III – топливный бак; IV – камера сгорания; V – компрессор; VI – газовая турбина; VII – потребитель энергии;

обозначения на диаграммах: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 – изобарный подвод теплоты к рабочему телу; 3-4 – адиабатное расширение газов в турбине; 4-1 – изобарный отвод теплоты в окружающую среду; штриховыми линиями на p,v диаграмме показаны изотермы сжатия и расширения, исходящие из начальных точек соответствующих адиабата

Работа цикла .

Термический КПД цикла: .

Проверим точность расчетов, определив КПД по формуле

Как видим, точность расчетов хорошая, поскольку результаты расчета термического КПД двумя способами отличаются только на 0,0007 (0,16 %).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: