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)

Рисунок 55 – Схема ГТУ непрерывного действия

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 – рабочая и тепловая диаграммы цикла ГТУ непрерывного действия

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

Рисунок 57 – схема пульсирующего ГТУ

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.

Рисунок 58 – рабочая и тепловая диаграммы цикла пульсирующего ГТУ

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.