Теоретические основы теплотехники. Ляшков В.И. - 46 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Из формулы видно, что эффективность цикла повышается с увеличением β, однако в реальных установках эта величина не
превышает значений 4 … 6, поскольку при еще больших значениях, как это видно из
приведенных выше формул, максимальная температура цикла
Т
3
повышается до 1100 ..
1200
°С, и это составляет практический предел жаропрочности лопаток турбины.
Понимание того, что изохорное сгорание всегда эффективнее, чем изобарное,
привело к созданию импульсных газотурбинных установок, в которых удается
организовать сгорание топлива при
v = const. Схема такой ГТУ приведена на рис 1.72.
Достигается это благодаря наличию специальных клапанов
1 и 2. Цикл организован
следующим образом. Клапаном
2 закрывается выход газа на турбину, после чего при
открытых еще клапанах
1 в камеру сгорания через сопло и форсунку подаются
определенные порции сжатого в компрессоре воздуха и распыленного топлива. Далее
клапаны
1 тоже закрываются, с помощью электрической свечи поджигается горючая
смесь и происходит сгорание. Когда сгорание заканчивается и давление в камере
сгорания заметно увеличивается, открывают клапан
2 и продукты сгорания попадают на
лопатки турбины. Как только импульс давления срабатывается, клапан
2 снова
закрывают и цикл повторяется.
На рис. 1.73 приведена
p–v диаграмма импульсной ГТУ. Если сопоставить (аналогично тому, как это сделано при
анализе циклов поршневых ДВС) эффективность рассмотренных установок, то легко убедиться, что импульсная ГТУ
обеспечивает большую эффективность.
Основным параметром таких установок, кроме степени повышения давления в компрессоре
β, является степень
повышения давления в камере сгорания
λ = р
3
/ р
2
. Давление и температура в точке 3 находятся при этом по-другому.
р
3
= λ р
2
и Т
3
= λТ
2
.
Термический КПД идеального цикла (при адиабатных процессах 1–2 и 3–4) рассчитаем подробно, учитывая, что при
этом
kk
TT
)/(1
12
−
β=
и
.
1/)/(-1
)/(
)/(
)/(
)/(
kkk
kk
kk
kk
kk
TTT
p
p
T
p
p
TT
λ=λ=
λ
β
βλ=
=
λ
λ=
=
−
−
−
−
−
−
1
1
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
3
4
34
Тогда
.
)(
)(
)/(
)/(
)(
)(
/)(
/1
ид
1
1
1
1
1
1
111
1
232
141
23
14
32
14
1
2
−λβ
−λ
−=
−
−
−=
=
−
−
−=
−
−=−=η
−
−
−
kk
k
vm
pm
t
k
TTT
TTT
k
TTc
TTc
q
q
q
q
Несмотря на термодинамическое преимущество (больший
η
t ид
), импульсные ГТУ не получили широкого
распространения из-за усложнения конструкции камеры сгорания, усиленного износа клапанов, ухудшения работы турбины
и др.
Одним из направлений повышения эффективности газотурбинных установок
стала регенерация отводимого тепла. Суть дела здесь такова: отработавшие в турбине
продукты сгорания выбрасываются в атмосферу еще при сравнительно высокой
температуре и их энергетический запас еще достаточно высок. Чтобы эффективно его
использовать, на выходе из турбины устанавливают специальный теплообменник
2, с
помощью которого часть тепла отработавших газов передается воздуху,
направляемому по трубам
1 через этот теплообменник в камеру сгорания (см. рис.
1.74). В результате, при неизменном расходе топлива в камере сгорания
устанавливаются более высокие температуры и давления. Происходит как бы перенос
части тепла отработавших газов в камеру сгорания, что наглядно показано на
p–v
диаграмме регенеративного цикла (см. рис. 1.75).
Процессы отдачи тепла от продуктов сгорания (процесс 4–4
рд
) и нагрева воздуха
в теплообменнике (2–2
р
) можно считать протекающими при р = const, если не
учитывать гидравлическое сопротивление потокам теплоносителей. Количество передаваемого в теплообменнике тепла
зависит от многих факторов, но в основном определяется величиной поверхности теплообмена. И поскольку сделать ее
очень большой невозможно, невозможно и регенерировать все тепло отработавших газов.
Отношение действительно регенерированного количества тепла
q
p
к тому количеству тепла, которое получил бы
сжатый воздух, если бы дымовые газы смогли охладиться до температуры сжатого в компрессоре воздуха
(Т
4р
= Т
2
),
называют степенью регенерации
)()/(
pp4422
4
4
2
2
TTcTTc
t
t
pm
t
t
pm
p
p
−−=σ
.
При σ = 1 говорят о полной регенерации тепла, при отсутствии регенерации σ = 0. Величину термического КПД для
идеального (с адиабатными процессами сжатия и расширения) регенеративного цикла рассчитывают по формуле
)-(1)-(
)(1)-(
)/()/(
)/(
kkkk
kk
t
11
1
1
−−
−
βρσ−βρ
−βρ
=η
,
1
p
v
2
4
n
1
n
2
p
p
2
1
=β
p
p
3
2
=λ
3
3
п
•
•
•
•
•
Рис. 1.73 р–v диаграмма
импульсной ГТУ
1
2
Рис. 1.74 Схема проточной
ГТУ с регенерацией тепла

Страницы