 |
|
В теоретическом цикле газотурбинной установки принимается, что
Процессы сжатия воздуха в компрессоре 1 _ 2 и расширения продуктов сго-
Рания в газовой турбине 3 _ 4 являются адиабатными, а процессы подвода
Теплоты 2 _ 3 (сгорание топлива) и отвода теплоты 4 _ 1 _ изобарными.
Рис. 6.7. теоретический цикл газотурбинной установки на диаграммах:
P – v (а) и Т – s (б)
Принципиальное отличие этого цикла от цикла двигателей внутреннего
Сгорания заключается в том, что отвод теплоты осуществляется по изобаре
Тогда как в двигателях внутреннего сгорания _ по изохоре 4'_1. Это
Обстоятельство, обусловленное возможностью полного, до давления р1
Расширения газов в турбине, приводит к тому, что термодинамический
К. п. д. теоретического цикла газотурбинной установки при одном и том же
Подводе теплоты оказывается выше, чем для цикла двигателей внутреннего
Сгорания с изобарным сжиганием (т. е. для цикла Дизеля). Действительно,
как показывает рис. 6.7, в, теплота q0, полезно преобразуемая в работу (пло-
Щадь, заключенная внутри контура цикла), при __________изобарном отводе теплоты
4−1 больше, чем при изохорном 4'−1. А так как подводимая теплота
(площадь под отрезком 2−3) при этом одинакова, следовательно, к. п. д. цик-
Ла газотурбинной установки больше, чем соответствующая величина для
Цикла Дизеля.
Основной характеристикой рассматриваемого цикла является степень
повышения давления при сжатии β = р2 / р1. Выразим термодинамический
К. п. д. цикла через эту величину.
В изобарных процессах подвод и отвод теплоты от рабочего тела (газа)
равен: q1 = cp(T3 – T2) и q2 = cp(T4 – T1), поэтому с учетом формулы
(5.1), имеем:
η = 1 _ q2/q1
3 2
T T
T T
−
−
= −
( )
3 2
4 1
/ 1
/ 1
Т
Т
T T
T Т
⋅
−
−
= −
⎟⎠ ⎞
⎜⎝ ⎛
(6.10)
Для адиабатных процессов 1 _ 2 и 3 _ 4 имеем р1v1
γ = р2v2
γ и
P4v4
γ = p3v3
γ.
Поделив второе равенство на первое и учитывая, что р1 = р4 и р2 = p3,
получим v4/v1 = v3/v2. Но для изобарных процессов 2 _ 3 и 4 _ 1
отношения Т3/Т2 = v3/v2 и Т4/Т1 = v4/v1, следовательно, Т4/Т1 = Т3/Т2 и
выражение (6.10) принимает вид: η = 1 – T1/T2.
Для адиабатного процесса 1 _ 2 в соответствии с уравнением адиабаты
(2.10) отношение Т1/Т2 = (р1/ р2)(γ _ 1)/γ. Следовательно, получаем:
η = 1 – (р1/ р2)(γ _ 1)/γ = 1 – 1/β(γ _ 1)/γ , (6.11)
Как следует из формулы (6.11) , термический КПД газотурбинной уста-
новки зависит от степени повышения давления β в компрессоре и свойств
рабочего тела (через показатель адиабаты γ), увеличиваясь с ростом β.
Из диаграммы Т _ s (см. рис. 6.7, в) видно, что температура отработав-
Ших газов на выходе из турбины Т4 (в точке 4) выше, чем температура возду-
Ха, поступающего из компрессора в камеру сгорания, Т2 (в точке 2). В связи с
Этим имеется возможность повысить термодинамический к. п. д. установки
За счет использования принципа рекуперации тепла. С этой целью продукты
Сгорания из турбины направляются в теплообменник (рекуператор), в кото-
Ром они отдают часть своей теплоты сжатому воздуху, поступающему в
Рекуператор из компрессора и направляемому затем в камеру сгорания. В
Идеальном случае при этом воздух в рекуператоре нагревается до темпера-
туры Т4 (точка а на рис. 6.7, в), а продукты сгорания охлаждаются до темпе-
Ратуры Т2 (точка b), а затем выбрасываются в атмосферу.
Использование принципа рекуперации тепла таким образом, позволяет