Цикл ГТУ с изохорным подводом теплоты

В ГТУ, работающей по этому циклу, процесс сгорания идет в замкнутом объеме камеры сгорания при u = const. Схема ГТУ со сгоранием при u = const изображена на рис. 14.5. Компрессор 1, приводимый во вращение турбиной 9, подает сжатый воздух через ресивер 2 в камеру сгорания 5 через управляемый клапан 7. Второй клапан 8 предназначен для выхода продуктов сгорания в турбину. Топливо в камеру сгорания подается насосом 4 из топливного бака 3 через форсунку 6. Впрыск топлива через форсунку осуществляется периодически. В камере сгорания при закрытых клапанах 7 и 8 происходит процесс горения топлива в постоянном объеме. При повышении давления клапан 8 открывается и продукты сгорания поступают через сопловой аппарат на лопатки турбины, где совершают работу, которая преобразуется в электроэнергию генератором 10, затем газы выводятся в атмосферу.

После выхода газов из камеры сгорания через клапан 8 он закрывается. Через клапан 7 и форсунку 6 вводятся новые порции воздуха и топлива и процесс сгорания повторяется. Ресивер 2 в этой схеме нужен для сбора сжатого воздуха в периоды, когда воздушный клапан 7 закрыт. Таким образом, работа такой ГТУ осуществляется периодически. Для равномерного вращения ротора турбины обычно одну турбину обслуживают несколько камер сгорания со сдвинутыми одна относительно другой фазами процесса сгорания. Поэтому газ на лопатки турбины поступает непрерывно.

Изобразим цикл такой ГТУ в осях p, u и T, s с теми допущениями, которые оговорены ранее (рис. 14.6).

Цикл состоит из следующих процессов: 1-2 - адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 - подвод теплота q₁ к газу при u = const; 3-4 - адиабатное расширение газа в турбине; 4-1 - изобарный отвод тепла q₂ от рабочего тела.

Параметры цикла:

- степень повышения давления в компрессоре;

- степень повышения давления в изохорном процессе подвода теплоты.

Найдем термический к.п.д. цикла. Для этого вначале определим температуры в узловых точках цикла через заданную температуру Т₁.

Из адиабаты 1-2

, откуда .

Из изохоры 2-3

, .

Из адиабаты 3-4

.

Откуда .

Найдем q₁ и q₂

,

.

Тогда .

Окончательно получим

. (14.3)

Анализ формулы (14.3) показывает, что h_t увеличивается с ростом b и l.

Если сравнить между собой циклы с подводом теплоты при p = const и
u = const при одной и той же величине степени повышения давления в компрессоре b и одинаковом количестве отведенной теплоты q₂, то оказывается, что цикл при u = const выгоднее цикла при p = const. Несмотря на это преимущество, цикл с подводом теплоты при u = const широкого применения в практике не нашел в связи с усложнением конструкции камеры сгорания и ухудшением работы турбины в пульсирующем потоке газа.