Уравнение состояния рабочего тела.

Уравнение состояния тела устанавли­вается зависимость между парамет­рами состояния. Для идеального газа уравнение состояния выражается за­коном Клапейрона:

а) для 1 кг газа

где R – газовая постоянная;

б) для m кг газа

.

Для моля идеального газа урав­нение состояния предложено Менде­леевым:

,

где объем моля газа;

молекулярная масса.

При нормальных физических условиях .

Универсальная газовая постоянная

Газовая постоянная

Объем газа V, находящегося при произвольных физических условиях (р и Т), может быть приведен к нормаль­ным физическим условиям (p_н и T_н)

по формуле

 

 

Цикл газотурбинной установки с ре­генерацией

Термический КПД ГТУ со сгоранием топлива при p=const растёт с увеличе­нием степени повышения давлений . Однако с ростом увеличивается и температура газов в конце сгорания топлива Т₃ в результате чего быстро разрушаются лопатки турбин и сопло­вые аппараты, охлаждение которых затруднительно. Чтобы увеличить КПД ГТУ, частично изменили условия их работы. В установках стали приме­нять регенерацию теплоты, многосту­пенчатое сжатие воздуха в компрес­соре, многоступенчатое сгорание и т.д. Это дало значительный эффект и по­высило в установках степень совер­шенства превращения работы в теп­лоту.

Сжатый воздух из турбокомпрессора 4 направляется регенератор 8 где получает теплоту при постоянном давлении от газов, вышедших из камеры сгорания 1 через сопло 2 в турбину 3. Подогретый воздух из регенератора 8 через форсунку 7, а топливо из топливного насоса 5 через форсунку 6 направляется в камеру сгорания 1.

Идеальный цикл такой установки на диаграммах:

1-2 адиабатическое сжатие воздуха в компрессоре;

2-5 изобарный подвод теплоты в регенераторе;

5-3 подвод теплоты при постоянном давлении в камере сгорания;

3-4 адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах турбины;

4-6 изобарный отвод теплоты от газов в регенераторе;

6-1 изобарный отвод теплоты от газов по выходе из регенератора теплоприёмнику.

Если предположить что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры воздуха, поступающего в него, т.е. от Т₄до Т₆=Т₂ то регенерация полная.

Термический КПД цикла при полной регенерации, когда Т₄-Т₆=Т₅-Т₂ находится:

где

а

тогда

Температуры в основных точках цикла:

КПД цикла

Удельные расходы пара и тепла в паросиловых установках

При расчётах паротурбинных устано­вок и отдельных элементов в ней тре­буется знание удельного расхода пара, обозначаемого d.

Теоретический удельный расход пара и тепла в килограммах на 1 МДж:

Где i₁ и i₂ –энтальпия, кДЖ/кг.

Теоретический удельный расход пара и тепла в килограммах на 1 кВт·ч:

 

Повторный перегрев пара

Исследование работы паротурбинной установки показывает, что повышение начального давления и уменьшение конечного давления ведёт к увеличе­нию КПД цикла. Однако одно повы­шение начального давления увеличи­вает конечную влажность пара. Для уменьшения влажности пара в конце расширения повышают начальную температуру его. Одним из способов повышения степени сухости пара на выходе из турбины является вторич­ный его перегрев. Перегретый пар из котла с начальным давлением и тем­пературой поступает в первый ци­линдр турбины, состоящий из не­скольких ступеней, где расширяется по адиабате до некоторого давления p₁. Образовавшийся пар отводят в спе­циальный перегреватель, где он под­вергается вторичному перегреву при постоянном давлении. Затем его снова возвращают в турбину, где пар про­должает расширяться до давления в конденсаторе.

Точка 1 соответствует начальному со­стоянию пара; точка 2 – конечному со­стоянию пара за турбиной после вто­ричного перегрева. Конечная степень сухости в результате введения проме­жуточного перегрева повышается от x₂ до x₁. Кроме того вторичный перегрев пара даёт некоторый экономический эффект (2-3%), если средняя темпера­тура подвода теплоты в дополнитель­ном цикле 7-2-2^’-6-7 будет выше сред­ней температуры подвода теплоты в цикле с однократным перегревом, и эффект будет тем больше, чем выше температура в начальной и конечной точках промежуточного перегрева. При давлениях близких к критиче­скому и сверхкритическому, иногда применяют два промежуточных пере­грева и более. Тогда термический КПД цикла

Где –адиа­батноетеплопадение в первом и вто­ром цилиндрах турбины;

– количество теп­лоты, подведённое в котле и первом перегревателе;

-количество теплоты, подведённое во втором перегревателе.

Удельный расход пара