• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Цикли ГТУ з підведенням тепла при постійному об'ємі

Лекція 9

Термічний к.к.д. циклу.Принципова схема газотурбінної установки з тим, що згоряє палива при постійному об'ємі і її цикл в р — v-координатах зображені на мал. 3.21, цей же цикл в Т — s-координатах — на мал. 3.22. На відміну від установки з підведенням тепла при р = const; тут паливо і повітря подаються в камеру згоряє періодично і суміш згоряє при постійному об'ємі. Така установка працює таким чином.

Повітря, стисле компресором Д_о, поступає в камеру змішення КС, куди насосом Я також подається паливо. З цієї камери через клапан а робоча суміш поступає в камеру згоряє КГ. Коли камера наповниться, клапан а закривається, запалювальний пристрій Із запалює суміш і відбувається ізохорний процес горіння (процес 23 цикли). Після цього відкривається клапан Ь і відбувається адіабатне розширення продуктів згоряє в газовій турбіні ГТ (процес 34 цикли). Процес 41 -циклу так само, як і в інших циклах ГТУ, що працюють по відкритому процесу, зображає охолоджування продуктів згоряє в навколишньому повітрі.

Процес 12 — адіабатне стиснення повітря в компресорі До.

Кількість тепла, підведена в процесі 23

Кількість тепла, відведена в процесі 41

Корисна робота циклу

Тут и₂ і и₃ - внутрішня енергія робочого тіла на вході в камеру згоряє і виході з неї; i₁ і i₂ — ентальпії суміші повітря і палива; i₄ і i3 — ентальпії продуктів згоряє; υ2 — питомий об'єм продуктів згоряє в процесі 23.

При розгляді циклу ідеального газу, теплоємності якого с_р і с_v постійні

Відповідно цьому термічний к.к.д циклу

(3.52)

Враховуючи, що відношення температур Т3/Т2 рівне відношенню тиску Рз/р₂, званому ступенем ізохорного підвищення тиску λ, можна записати Т31Т2 = λ, тоді

При розгляді адіабати 34 і рівність р₄ = р₁ знаходимо

де

Відповідно

тоді

Підставивши знайдені значення температурних відносин в (3.52), остаточно одержимо

(3.53)

Аналіз одержаного виразу (3.53) показує, що термічний к.к.д. циклу ГТУ з підведенням тепла при v = const зростає із зростанням ступеня підвищення тиску і ступені ізохорного підвищення тиску . В реальних циклах унаслідок одночасного зростання відносної роботи стиснення /_к і втрат в турбіні збільшення а спочатку приводить до зростання внутрішнього к.к.д. циклу, а потім його зменшує, тобто для кожного реального циклу є своє оптимальне значення _опт.

Залежність внутрішнього к.к.д. циклу від коефіцієнта ізохорного підвищення тиску можна визначити при розгляді циклу ГТУ в Т — s-координатах (мал. 3.22). Як видно з малюнка, збільшення приводить до збільшення площі циклу і зростання тепла, що підводиться . Крім того, оскільки ізохора йде значно крутіше за ізобару, те відношення тиску в крапках 3' і 4' виявляється більш високим, ніж в крапках 3 і 4, що збільшує ступінь розширення газу в турбіні при тому ж ступені стиснення в компресорі. Отже, із зростанням робота в турбіні /_т зростає, а робота компресора /_кне змінюється. В результаті цього із зростаннямкорисна робота циклу /_ц = /_т — /_к і його термічний к.к.д..постійно зростають, а відносна робота стиснення _сж зменшується.

Все це приводить до зростання внутрішнього к.к.д. циклу і ефективного к.к.д. установки. Можливість підвищення обмежується допустимим значенням верхньої температури циклу; чим більше ступінь стиснення, тим менше можливе значення .

Регенерація тепла.В циклах ГТУ з підведенням тепла при постійному об'ємі також може здійснюватися регенеративний підігрів повітря газами, що відходять, з турбіни. Принципова схема такої установки і її цикл в р — v-координатах показані на мал. 3.23. Позначення крапок на схемі відповідає точкам циклу. Тут процес 23 — регенеративний підігрів робочого газу перед камерою згоряє. Відповідне відведення тепла від газів, що йдуть, відбувається на ділянці 56 ізобари. Підведення тепла палива в камері згоряє здійснюється по ізохорі 34.Этот же цикл в Т — s-координатах показаний на мал. 3.24. Позначення вузлових точок циклу ідентичне з мал. 3.23.

Термічний к.к.д. даного циклу знайдемо таким чином. Оскільки тепло підводиться по ізохорі 34, то

де і — внутрішні енергії робочого тіла на вході в камеру згоряє і виході з неї.

Тепло відводиться по ізобарі 51 і його величину визначимо по різниці ентальпії робочого тіла в крапках 6 і 1:

Відповідно цьому термічний к.к.д. циклу

(3-54)

Для теоретичного циклу ідеального газу можна записати:

Відповідно термічному к.к.д. ідеального регенеративного циклу

(3.55)

Виражаючи всі температури циклу через і , а також ступінь підвищення температури в регенераторі = Т31Т2, одержимо

; ; ..
При цьому формула термічного к.к.д. регенеративного циклу прикмет вигляд

. (3.56)

У разі граничної регенерації, коли і тоді

(3.57)

На мал. 3.24 штриховою лінією нанесений процес підведення тепла 23' за відсутності регенерації. При цьому цикл ГТУ відповідає контуру 123'4', що має те ж значення ступеня підвищення тиску і ту ж максимальну температуру (T3’ = Т4). Як видно, середня температура підведення тепла в регенеративному циклі вище, а середня температура відведення тепла в ньому нижче, ніж в нерегенеративному циклі. Отже > .

Тепло, що відповідно відводиться в нерегенеративному циклі буде більше, ніж в регенеративному на величину = пл. 4'689. Максимальний тиск в циклі від введення регенерації зменшується, робота стиснення залишається незмінною. Разом з тим питома робота стиснення в регенеративних циклах _сж виявляється більшою унаслідок зменшення тепла, що підводиться , що знижує зростання внутрішнього к.к.д. таких циклів.

Термодинамічне порівняння циклів.Порівнювати між собою цикли ГТУ можна за різних умов. Такими умовами можуть бути:

1) збереження однакових ступенів підвищення тиску в порівнюваних циклах (();

2) вживання однакових максимальних параметрів газу " на вході в турбіну (р, Т);

3) дотримання найвигідніших параметрів кожного циклу.

Ці умови можна застосовувати при порівнянні як регенеративних, так і нерегенеративних циклів, з багатоступінчатим і одноступінчатим стисненням, багатократним і однократним підведенням тепла.

Порівняємо між собою найпростіші нерегенеративні цикли (мал. 3.25) з підведенням тепла при р = const і v = const.

При однакових ступенях підвищення тиску і верхній температурі Т₃, як видно з малюнка, тепло, що відводиться в ізохорному циклі буде менше, а середня температура відведення тепла Т_4’1 нижче, ніж відповіднооі Т₄₁ в ізобарному циклі. Середні температури підведення тепла будуть приблизно однаковими. Отже, термічний к.к.д. циклу з ізохорним підведенням тепла в цьому випадку вище, ніж з ізобарним, тобто > .

При однакових максимальних параметрах газу, тобто у разі, коли в обох циклах параметри газу на вході в турбіну співпадають в крапці 3', ізобарнийцикл зображається контуром 12'3'4'. Ізобарнийцикл тепер матиме роботу, більшу, ніж ізохорний на площу трикутника 22'3', а тепло q₂, що відводиться, візохорному і ізобарному циклах

виявиться однаковим. В цих умовах термічний к.к.д. циклу з ізобарним підведенням тепла стане більше, ніж циклу з ізохорним підведенням тепла, тобто >>.

При виборі найвигідніших ступенів стиснення і відповідних їм оптимальних початкових температур (Т_3х ≥ Т_3р) термічний к.к.д. ізохорного циклу стає більше ізобарного. Але унаслідок більшої величини _сж в ізохорних циклах їх внутрішній к.к.д. не перевищує ізобарних циклів ГТУ.

Крім того, в реальних умовах здійснення ізохорних циклів, оскільки компресор працює безперервно, а впускання повітря в камеру згоряє відбувається періодично, з'являються значні втрати від його того, що дроселює. Для кращого використовування компресорів в таких ГТУ встановлюють паралельно декілька камер згоряє, що включаються в роботу послідовно. Це створює пульсуючий потік газу і дещо підвищує ефективний к.к.д. установки.

Порівняємо тепер між собою ізохорний і ізобарний цикли ГТУ з повною регенерацією (мал. 3.26). Ступені стиснення в компресорі і верхні температури обох циклів прийняті однаковими. Це приводить до того, що температура відпрацьованих газів на виході з регенератора (крапка 6) і тепло q_г, що відводиться, в обох циклах також будуть однаковими. Температура повітря на виході з регенератора Т_3р в ізобарному циклі виявиться вище, ніж в ізохорному (Т_3р ), оскільки в останньому температура газу на виході з турбіни більш низька.

Відповідно середня температура підведення тепла в ізохорному циклі нижче, ніж в ізобарному. Звідси значення термічного к.к.д. ізохорного циклу виявляється менше ніж ізобарного: < . Разом з тим оскільки при регенерації < , то <<, що дещо згладжує відмінність в значенні внутрішніх к.к.д. цих циклів.

Таким чином, і нерегенеративні і регенеративні цикли ГТУ з підведенням тепла при = const виявляються, як правило, менш економічними, гранична потужність таких ГТУ також невелика. З цих причин всі стаціонарні газотурбінні установки будують по циклах з ізобарним підведенням тепла. ГТУ з підведенням тепла при = const одержали вживання тільки в транспортних установках, як менш чутливі до змін к.к.д. компресора і турбіни.

Лекція 10

Переглядів: 2205