Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и промежуточным

Охлаждением воздуха

Задача 3

Исследовать, как изменится эффективность работы открытой ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении при использовании двухступенчатого сжатия и промежуточного охлаждения воздуха до первоначальной температуры по сравнению с базовым циклом ГТУ, рассмотренным в задаче 1. Изобразить принципиальную схему и цикл установки на рабочей и тепловой диаграммах.

Решение

Схема установки и цикл изображены на рис. 2.5.

Примем начальное давление воздуха перед компрессором низкого давления (КНД) равным атмосферному 0,1 МПа. Тогда давление воздуха после компрессора высокого давления (КВД) рассчитывается из соотношения

,

где β = 7 – степень повышения давления (принято из условия задачи 1, см. стр.37)

Для уравнивания мощностей КНД и КВД промежуточное давление определяется из соотношения

.

Тогда температура воздуха после сжатия в КНД (при Т ₁ ==300,15К, см. условие задачи 1, стр.37)

.

Рис.2.5. Принципиальная схема и цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием

и промежуточным охлаждением воздуха:

обозначения на принципиальной схеме: I – пусковой двигатель; II – топливный насос; III – топливный бак; IV – камера сгорания; V_В и V_Н – компрессоры высокого и низкого давления; VI_В и VI_Н – газовые турбины высокого и низкого давления; VII – охладитель воздуха; VIII – потребитель энергии;

обозначения на диаграммах: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре низкого давления; 2-3 – изобарный отвод теплоты в окружающую среду (промежуточное охлаждение воздуха); 3-4 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре высокого давления; 4-5 – изобарный подвод теплоты к рабочему телу; 5-6 – адиабатное расширение газов; 6-1 – изобарный отвод теплоты от газов в окружающую среду; штриховыми линиями на p,v диаграмме показаны: изотерма сжатия, исходящая из точки 1 адиабаты сжатия 1-2', и изотерма из конечной точки адиабаты расширения 5-6, а также 2-2´–продолжение адиабаты сжатия 1-2

Температура воздуха после сжатия в КВД

(Т ₃= Т ₁ вследствие промежуточного охлаждения воздуха до начальной температуры).

Термический КПД цикла

,

где

– суммарная отводимая в цикле теплота

– подводимая теплота

( по условию задачи 1, стр.37).

Сравнивая полученные результаты с соответствующими результатами задачи 1, можно заключить, что при двухступенчатом сжатии воздуха увеличивается полезная работа (см. рис.2.5 диаграмму p,v), однако уменьшается термический КПД установки в связи с понижением температуры начала подвода теплоты в цикле. Положительным эффектом двухступенчатого сжатия является также улучшение условий для регенерации теплоты отработавших газов благодаря понижению температуры воздуха при его двухступенчатом сжатии (сравните температуры точек 2 ', 4 и 6 на рис. 2.4 T,s – диаграммы). Докажем это расчетом ГТУ с двухступенчатым сжатием и регенерацией теплоты отработавших газов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: