Здравствуйте! По сравнению с поршневыми двигателями более компактными установками, имеющими большую удельную мощность на единицу веса, являются турбины, в которых кинетическая энергия потока газа, поступающего на лопатки турбины, передается вращающемуся валу. Увеличив число оборотов турбины, можно получить большую мощность двигателя при меньших габаритах.
Основным тепловым двигателем в современной энергетике является паровая турбина. В последнее время начинают применять также газовые турбины. Поток движущегося газа в этих установках образуется при сжигании топлива в камере сгорания в среде сжатого воздуха, подаваемого компрессором.
Преимуществом газовой турбины по сравнению с паровой является отсутствие котельного агрегата, значительно увеличивающего габариты и вес установки, а также усложняющего ее эксплуатацию. Кроме того, для газовых турбин потребность в охлаждающей воде незначительна, в то время как паротурбинные установки для конденсации отработавшего пара потребляют большое количество воды.
Перечисленные преимущества газовых турбин делают их весьма перспективными двигателями для транспорта, где незначительные габариты и отсутствие потребности в охлаждающей воде при сравнительно высоких экономических показателях имеют большое значение. В настоящее время газовые турбины применяются в основном в авиационных двигателях (турбовинтовых и турбореактивных).
Широкое распространение газотурбинных установок стало возможным лишь после получения новых жаропрочных сплавов, которые могут длительно работать при температурах 650—800° С, а также после создания турбокомпрессоров с высоким к. п. д.
Различают газотурбинные установки с подводом теплоты при постоянном давлении и при постоянном объеме. Горение топлива при постоянном давлении происходит непрерывно, тогда как в установках с подводом теплоты при v = const камера сгорания снабжена клапанами, через которые периодически подаются топливо и сжатый воздух, а также отводятся к турбине продукты сгорания. В настоящее время применяются в основном установки, работающие со сгоранием при постоянном давлении. Цикл такой установки показан на рис. 1.
Процесс 1—2 соответствует адиабатному сжатию воздуха в компрессоре. В изобарном процессе 2—3 происходит подвод теплоты при сгорании топлива, а при адиабатном расширении 3—4 увеличивается кинетическая энергия потока газа, которая преобразуется в энергию вращения ротора турбины.
Цикл установки условно замыкается изобарным процессом 4—1, соответствующим атмосферному давлению. В действительности газовые турбины работают по разомкнутому циклу, так как отработавшие газы удаляются из установки, а не возвращаются в исходное состояние (точку 1).
Термический к. п. д. установки со сгоранием при постоянном давлении можно определить по формуле
(1)
и отводимой теплоты
(2)
В формулах (1) и (2) пренебрегли зависимостью c=f (T). Индексы температур соответствуют точкам на рис. 1.
Из выражений (1) и (2) можем получить
(3)
Для адиабаты 1—2 в соответствии с выражениями найдем
(4)
а для адиабаты 3—4 аналогично запишем
Из двух последних соотношений имеем
(5)
После подстановки равенств (4) и (5) в выражение (3) получим
(6)
где π = р2/р1 — степень повышения давления в цикле.
Величина π, согласно уравнению адиабаты , связана со степенью сжатия е соотношением π = Ɛ^k, что позволяет выразить термический к. п. д. через степень сжатия:
(7)
Из соотношений (6) и (7) следует, что термический к. п. д. цикла газотурбинной установки со сгоранием при р = const возрастает при увеличении π или Ɛ. Необходимость повышения степени сжатия Ɛ вынуждает увеличивать мощность компрессора, и в газотурбинных установках на привод компрессора расходуется до 60% мощности турбины.
Особенностью газотурбинной установки является высокая начальная температура продуктов сгорания топлива, что должно благоприятно сказываться на ее к. п. д. Однако вследствие снижения прочности материала турбинных лопаток при высоких температурах приходится искусственно уменьшать температуру продуктов сгорания, например, смешивая их с холодным воздухом, что снижает к. п. д. установки.
Температура отработавших газов после турбины (точка 4) обычно значительно превышает температуру воздуха, поступаю¬щего из компрессора в точке 2. Это позволяет использовать теплоту уходящих газов для подогрева воздуха в специальном теплообменнике (регенераторе) и тем самым повысить к. п. д. установки. Если в регенераторе воздуху передается количество теплоты qр, то термический к. п. д. цикла с регенерацией составит
Исп.литература: 1) Теплотехника, под редакцией А.П. Баскакова, Москва, Энергоиздат, 1982. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
Добавить комментарий