- Сравнение циклов ГТУ Рисунок 18-8 показывает цикл газовой турбины с тем же повышением давления и той же максимальной температурой. от ri- * США, 18-8 Можно видеть, что эффективность цикла газовой турбины с постоянным объемным подводом тепла является высокой. Фактически, как показано на рис. 18-8, в цикле теплоснабжения с v = .const средняя температура интегрированного
теплоснабжения Тв выше, а средняя температура интегрированного теплоотвода Т1 выше, чем в цикле теплоснабжения с p-const. L * isob isob’ Сравнение циклов ГТУ при одной и той же максимальной температуре с различными подъемами давления
Также будет ниже. ‘ Людмила Фирмаль
подтверждает выводы, сделанные из исследования поршневого двигателя, что p = const цикл подачи тепла более эффективен, чем v = const цикл подачи тепла , То есть коэффициент эффективности, определяемый средней интегрированной температурой, дает большее значение для цикла газовой турбины с подводом тепла при p = const (рис. 18-9): L / C> Lt Isoh * Как повысить КПД газовой турбины
Тепловой КПД газотурбинной установки со сгоранием топлива при p = const увеличивается с увеличением давления p. Но с ростом | Температура газа также повышается в конце сгорания топлива G3, что приводит к быстрому разрушению лопаток турбины и соплового устройства, что затрудняет охлаждение. В целях повышения КПД газовых турбин они частично изменили условия своей работы. На
- заводах использовались рекуперация тепла, многоступенчатое сжатие воздуха в компрессорах, многоступенчатое сгорание и т. Д., Что оказало значительное влияние и улучшило целостность преобразования тепла для работы на установке. Рассмотрим более подробно применение рекуперации тепла в газовой турбине со сгоранием топлива при p = const (рис. 18-10). Сжатый воздух из турбонагнетателя 4 направляется в регенератор 5, получает тепло при
постоянном давлении от газа, выходящего из камеры сгорания, и подает тепло из сопла 2 в турбину 3. В камере сгорания. На рисунке показан идеальный цикл такой газовой турбины с рекуперацией тепла. 18-11 и 18-12.-. < ‘ На этих рисунках 1-2 компрессора адиабатического сжатия воздуха. 2-5-изотермическая подача тепла в регенератор; 5-3-подвод тепла при постоянном давлении в камере сгорания; 3-4-адиабатическое расширение продуктов сгорания в сопле
На этих рисунках 1-2 компрессора адиабатического сжатия воздуха. Людмила Фирмаль
турбины; 4-6-регенератор Изобарический отвод тепла от газа внутрь. 6-1- Изобарический отвод тепла от газа от выхода регенератора к приемнику тепла. Предполагая, что газ в регенераторе охлаждается до температуры воздуха, поступающего в него, от G4 до Tq = T2, регенерация завершена. Рис. 18-10 Цикл тепловой эффективности T4-T6 = Полная регенерация Ti-T2 дает / / = 1 ~ QJ хx = Cp (T * -Tb) = (T3-T4) t ** = (T * -Tx) = (T2-7 ), i-1 (T2-TZHT * -GL-ir Рис. 18-12 изотерма Рис. 18-11 2
5 3 Температура в главной точке цикла определяется как: T2 = T, 01} / * = Tu 1> / *; G ‘= G, pc * -1> / * P; Ti = TlP. К. п.д. L1 * rsg = 1-I / P = 1 -7U7 . Тепловая эффективность цикла с подводом тепла и полной регенерацией при p = const зависит от начальной температуры газа Tx и температуры T4 в конце адиабатического расширения. Из-за ограниченного размера регенератора и разницы температур между
нагретым и охлажденным газом, он не может быть восстановлен почти полностью. В этом случае температура воздуха, нагретого в регенераторе, составляет 7’7, что несколько ниже, чем Th, а температура охлаждающего газа равна T>. Следовательно, тепловой КПД цикла начинается с степени регенерации, определенной как температурное отношение Надо 0 = (T, -Tg) / (Tt-Tt) = (T4-T8) / <7 \ -T0) = (T, — -TV) / (T-G2). (18-7) Тепловой КПД инкрементной газотурбинной
установки, когда регенерация не завершена, то есть o <1, определяется следующим образом: r), рог = 1-17 «, -t’x-0 (Tb-T2) \ / [T, -Tr ~ «-O (Th-7%)». (18-8) Степень регенерации зависит от конструкции теплообменника или размера рабочей поверхности. Восстановление тепла также может быть выполнено на газовых турбинах с подводом тепла с v = const. Поскольку процесс регенерации осуществляется при
постоянном давлении в теплообменнике, в этом случае тепло подается как изобарным, так и изолииновым (рис. 18-13). Этот цикл состоит из следующих процессов: 1-2-адиабатическое сжатие воздуха с компрессором. Нагрев сжатого воздуха в регенераторе при 2-3-p = const; 3-4-v тепловая суб-температура — камера сгорания const; 4-5 — адиабатическое расширение продукта, сгорание в сопле турбины.
Отвод тепла от газа в регенераторе при 5-6 p = const, отвод тепла от газа при 6-p = const. изотерма Рисунок 18-13 Количество тепла, поставленного и восстановленного Термический цикл равен <7i = c9 (Г4Г3) ;, Г == (T3-T2) = cn (T3-T2). k.p. B \ (Th-Tx) — (Th-T2) \ P | = 1—— = 1-R1 (18-9) Тепловая эффективность цикла газовой турбины с подводом тепла V-const также увеличивается в результате рекуперации тепла.
Регенерация может снизить максимальное давление в цикле без снижения эффективности. , Кроме того, экономическая эффективность газовых турбин может быть улучшена путем введения и отвода тепла изотермически, но на самом деле, из-за структурных трудностей, изотермический процесс, в котором применяются сжатие и тепло, не может быть полностью реализован. , Многоступенчатая компрессия с промежуточным охлаждением. Аналогичным образом,
в газовых турбинах поэтапное сгорание используется в сочетании с расширением продукта сгорания для аппроксимации фактического процесса подачи тепла изотермически. Отдельные ступени турбины. Чем больше ступеней расширения и сжатия, тем выше тепловой КПД. Однако использование нескольких камер сгорания и холодильников нецелесообразно, поскольку это значительно усложняет конструкцию газовой турбины и увеличивает потери из-за необратимости
процесса. Как правило, исходя из технических и экономических соображений, газовые турбины изготавливаются с двухступенчатым расширением и трехступенчатым сжатием. При такой установке атмосфера непрерывно сжимается на отдельных ступенях давления компрессора и охлаждается в промежуточном холодильнике. Сжатый воздух под высоким давлением поступает в первую камеру сгорания, где он нагревается до максимальной температуры. После расширения
в турбине газ поступает во вторую камеру сгорания, сжигает топливо при постоянном давлении и снова нагревается до предельной температуры. Продукты сгорания затем расширяются во второй турбине (или второй ступени турбины) и выбрасываются в атмосферу. При выполнении цикла рекуперации тепла на газовой турбине сжатый воздух можно нагревать путем охлаждения выхлопного газа. Идеальный цикл такой газовой турбины показан на
рисунке 7> 7>. 18-14. Применяемые меры — рекуперация тепла, поэтапное сжатие, поэтапное теплоснабжение — значительно повысили эффективность. ГТУ, а в данном случае идеальный цикл, приближается к обобщенному (регенеративному) циклу Карно. Все действующие газовые турбины работают в открытом контуре, и продукты сгорания после работы с лопатками турбины
выбрасываются в атмосферу. В этих схемах используется жидкое или газообразное топливо, которое содержит минимальное количество твердых частиц, которые не вызывают преждевременного износа лопаток турбины. При использовании твердого топлива газовая турбина работает в замкнутом процессе, а рабочей жидкостью является чистый воздух или другой газ, нагреваемый поверхностным теплообменником. В такой установке та же часть воздуха или газа
проходит через газовую турбину и теплообменник, закрывая процесс рабочей жидкости. Поскольку можно использовать дешевое твердое топливо и воздух под высоким давлением, объем рабочей жидкости уменьшается, что приводит к уменьшению размеров оборудования. Такое оборудование использует тяжелый газ и низкокипящие вещества, такие как углекислый газ вместо воздуха. Замена воздуха
углекислым газом позволяет использовать насос вместо компрессора, что повышает эффективность и надежность установки. Недостатком замкнутого контура является большой размер теплообменника. Рис. 18-й 4
Смотрите также:
Решение задач по термодинамике
| Газотурбинные установки | Циклы реактивных двигателей |
| Цикл ГТУ с подводом теплоты в процессе v = const | Цикл Карно для водяного пара |
