Циклы ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении

Принципиальная схема ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении приведена на рис. 8.1. Рассмотрим принцип действия установки.

Рис. 8.1. Схема ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении.

В камеру сгорания (КС) через форсунки поступают воздух из осевого компрессора (ОК) и топливо из топливного насоса (ТН). Из камеры сгорания горячие газы через комбинированные сопла направляются на лопатки газовой турбины (ГТ), а затем выбрасываются в атмосферу. ЭГ — электрогенератор.

Идеальный цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме в pv- и ft-диаграммах представлен на рис. 8.2 и 8.3.

Рис. 8.2. Идеальный цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме в ^-диаграмме.

Рис. 83. Идеальный цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме в ft-диаграмме В адиабатном процессе (линия 1—2) происходит сжатие рабочего тела от параметров точки 1 до параметров точки 2. В изобарном процессе (линия 2—3) к рабочему телу подводится некоторое количество теплоты q от верхнего источника теплоты. По адиабате (линия 3—4) рабочее тело расширяется до первоначального давления р$= Р и по изобаре (линия 4—1) приводится к параметрам точки 1 с отводом теплоты q₂ к нижнему источнику теплоты.

Характеристики цикла: р = p степень повышения давления в компрессоре; р = v$/v₂ ^— степень изобарного расширения.

Количества подводимой и отводимой тенлот определяются, но формулам.

С учетом последних соотношений формула для термического КПД будет находиться по формуле.

Найдем выражения температур Т_ъ Г₃, Г₄ через начальную температуру Т рабочего тела. Для адиабатного процесса (линия 1—2) справедливо соотношение Отсюда

В изобарном процессе (линия 2—3).

Отсюда

В адиабатном процессе (линия 3—4).

Отсюда

Подставляя найденные значения температур в соотношение для КПД, получим формулу.

Отсюда следует, что с увеличением степени повышения давления р и показателя адиабаты к, КПД ГТУ с подводом теплоты в процессе при постоянном давлении возрастает.

Однако термический КПД еще не может служить мерой экономичности установки. Эту роль выполняет эффективный КПД ГТУ r|_e = ljq, где /_с — эффективная работа (полезная работа на валу двигателя с учетом внутренних и механических потерь в установке). Эффективная работа определяется как разность действительных работ расширения и сжатия.

где ц_т = 0,8—0,9 — внутренний относительный КПД газовой турбины; Цад ⁼ = 0,8—0,85 — адиабатный КПД турбокомпрессора; ц_м — механический КПД.

Кривые зависимости гр и г|_с от р ⁼ Рч/Р показаны на рис. 8.4.

Как видно, по мере увеличения р эффективный КПД г)_е сначала растет, а потом уменьшается и может снизиться до нуля. Поэтому стараются выбирать р так, чтобы р < р*.

Рис. 8.4. Кривые зависимости гр и х_с от р.