Циклы ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении

Принципиальная схема ГТУ с подводом теплоты при постоянном давле­нии приведена на рис. 10.1. Рассмотрим принцип действия установки.

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 pν - и Ts - диаграммах представлен на рис. 10.2 и 10.3.

В адиабатном процессе 1-2 происходит сжатие рабочего тела от парамет­ров точки 1 до параметров точки 2. В изобарном процессе 2-3 к рабочему телу подводится некоторое количество теплоты q ₁от верхнего источника теп­лоты. По адиабате 3-4 рабочее тело расширяется до первоначального давле­ния р ₄ = р ₁и по изобаре 4-1 приводится к параметрам точки 1 с отводом те­плоты q ₂к нижнему источнику теплоты.

Рис. 10.1.

Рис. 10.2.

Рис. 10.3.

Характеристики цикла:

- степень повышения давления в компрессоре;

- степень изобарного расширения.

Количества подводимой и отводимой теплоты определяются по формулам

;

.

С учетом последних соотношений формула для термического кпд будет

.

Найдем выражения температур Т ₂, Т ₃, Т ₄через начальную температуру Т ₁рабочего тела. Для адиабатного процесса 1-2 справедливо следующее соот­ношение

.

Отсюда

.

В изобарном процессе 2-3

.

Отсюда

.

В адиабатном процессе 3-4

.

Отсюда

.

Подставляя найденные значения температур в формулу для кпд, получим

.

Отсюда следует, что с увеличением степени повышения давления β и по­казателя адиабаты k, 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

,

где l_e - 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 - внутренний относительный кпд газовой турбины; - адиабатный кпд турбокомпрессора; η _м- механический кпд.

Рис. 10.4

Кривые зависимости η _tи η_e от β =p ₂/ p ₁имеют следующий вид (рис. 10.4). Как видно, по мере увеличения β η _есначала растет, а потом уменьша­ется и может упасть до нуля. Поэтому стараются так выбирать β, чтобы β ≤ β^*.