Циклы газотурбинных установок (ГТУ)

В зависимости от организации процесса горения в КС различают два типа ГТУ.

1) ГТУ непрерывного действия, в котором сжигание топлива осуществляется при

2) Пульсирующие ГТУ, в которых сжигание топлива производится при

ГТУ непрерывного действия () (рис 55, 56)

 

 

                                                            Рис 55

 

В КС через форсунки непрерывно подается воздух из турбокомпрессора (3) и топливо из топливного насоса (4). Из КС ПС направляются в комбинированное сопло, в котором рабочее тело расширяется до . Из сопла ПС поступают на лопатки газовой турбины, а затем выбрасываются в атмосферу через выхлопной патрубок.

 

 

                                                            Рис 56

 

На рабочей диаграмме:

1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела, соответствующее реальному процессу сжатия воздуха в компрессоре

                                            

– располагаемая работа компрессора

2-3 – изобарный процесс подвода тепла (процесс горения в КС)

3-4 – адиабатный процесс расширения рабочего тела до давления окружающей среды (процесс расширения ПС в сопловом аппарате ГТУ)

                                           

– располагаемая работа турбины

4-1 – условный замыкающий процесс изобарного отвода тепла в окружающую среду.

Работа цикла – , где , – работа турбины и работа компрессора. Мощность установки , где – мощность турбины, – мощность компрессора.

 

Основным недостатком является, то что значительная часть (70 %) мощности необходимо затрачивать на привод компрессора.

Исходными данными для термодинамического расчета цикла ГТУ являются:

1) параметры рабочего тела (, , );

2)  – степень сжатия воздуха в компрессоре (характеристика компрессора);

3)  – степень предварительного расширения при изобарном подводе тепла;

4) параметры рабочего тела на входе (например , );

5) значения КПД (, , ).

I) Определение параметров в характерных точках

 1

 2 адиабатный процесс

                                                        

                                 Þ                                              

                                     Þ

 3 изобарный процесс

                                                          ;

                                Þ ;

                                                         ;

 4 адиабатный процесс

                                                         

               Þ

                                                        

II Расчет теплоты

подведенная теплота

                                 

отведенная теплота

                                      

III Термический КПД цикла

                                            

IV Работа цикла

                                                      ;

                                           ;

                 ;

V Определение основных размеров

                                        ;

                                 ;

Идеальный цикл пульсирующего ГТУ () (рис 57, 58)

Эти ГТУ отличаются от газотурбинных установок непрерывного действия устройством КС

 

 

                                                            Рис 57

В такой установке сжатый в турбокомпрессоре воздух поступает из ресивера через клапан в КС. Сюда же топливным насосом через клапан подается жидкое топливо. ПС пройдя через сопловой клапан, расширяются в сопле и приводят во вращение ротор газовой турбины. Для осуществления периодического процесса горения необходимо подавать воздух и топливо через управляемые клапана в определенные периоды времени.

Процесс горения производится при закрытых впускных топливных и выпускном сопловом клапане. Воспламенение топлива происходит от электрической искры.

После сгорания топлива давление в КС повышается, открывается сопловой клапан и ПС направляются в сопло, где расширяются до давления окружающей среды.

 

 

                                                            Рис 58

 

На рабочей диаграмме:

1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела, соответствующее реальному процессу сжатия воздуха в компрессоре

                                           

– располагаемая работа компрессора

2-3 – изохорный процесс подвода тепла (процесс горения в КС)

                                           

3-4 – адиабатное расширение (процесс расширения ПС в сопловом аппарате турбины)

                                           

– располагаемая работа турбины

4-1 – условный замыкающий процесс изобарного отвода тепла в окружающую среду.

Работа цикла – , где , – работа турбины, работа компрессора и располагаемая работа при изохорном подводе тепла.

При анализе цикла должна быть известна или подведенная теплота  или степень повышения давления  при изохорном подводе тепла.  зависит от рода топлива, от соотношения компонентов и от качества топливной форсунки.

Термический КПД такого цикла (подвод тепла при  и отвод при )

                        

для адиабаты 1-2

                                              ;

                                                      ;

для изохоры 2-3

                                            ; ;

                                                     ;

для адиабаты 3-4

                               ;

                           .

т.о.

                        

– зависит от , ,  и увеличивается с возрастанием этих величин.