ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 283
Скачиваний: 2
нок. Клапаны, свеча зажигания и форсунки (если камера работает на жидком топливе) управляются посредством специального распредели тельного механизма 4, который имеет механический привод от вала турбины 2. Этот механизм позволяет открывать и закрывать клапаны, осуществлять подачу топлива и зажигание его с помощью свечи 7 в строго определенные моменты. Как это видно из рис. 2-3, газовая тур бина 2 приводит во вращение компрессор 1 и топливный насос 3, а избыточную мощность отдает на электрогенератор 10.
5 6 7 8 9
Рис. 2-3. Принципиальная схема простейшей ГТУ с закрытой камерой сгорания
Рабочий процесс в закрытой камере сгорания 8 происходит сле дующим образом. После заполнения ее воздухом клапан 5 закрывается и только тогда подается (впрыскивается) топливо. Образовавшаяся горючая смесь затем воспламеняется электрической искрой от свечи 7. В связи с тем, что выпускной клапан 9 в это время закрыт, процесс сгорания происходит в замкнутом (постоянном) объеме. Температура
идавление газообразных продуктов сгорания в камере 8 повышаются пропорционально скорости выделения тепла, т. е. интенсивности про цесса сгорания топлива. В конце сгорания выпускной клапан 9 откры вается, и газы из камеры направляются в турбину 2. По мере выпуска температура и давление газов в камере понижаются. Когда их давле ние упадет до определенной величины, открывается впускной клапан 5,
ив камеру сгорания начинает поступать свежий воздух, с помощью
которого производится продувка. Назначение продувки |
заключается |
в возможно более полном удалении оставшихся газов с |
одновремен |
ным |
охлаждением |
камеры сгорания и |
рабочих органов |
турбины. |
В конце продувки |
выпускной клапан 9 закрывается, и камера сгора |
|||
ния |
вновь заполняется сжатым воздухом |
из компрессора, |
послечего |
160
весь процесс снова повторяется. Таким образом, нетрудно заметить, что давление в закрытой камере сгорания при работе периодически изменяется, причем в весьма широких пределах.
Следует отметить, что кроме камер вышеописанного типа разрабо таны также одноклапанные и бесклапанные конструкции закрытых камер сгорания, которые являются более перспективными.
Сравнение циклов ГТУ со сгоранием при р = const и v = const показывает, что при одинаковой величине степени повышения давле ния |3 в компрессоре в цикле с v = const степень расширения, а значит, и термический к. п. д. будут больше. Но, несмотря наэто пре имущество, ГТУ с v = const до сих пор не получили практического
распространения по ряду следующих причин: 1) наличие |
клапанов |
и распределительного механизма в значительной степени |
усложняет |
конструкцию камеры сгорания. Больше того, практика показала, что именно из-за клапанов камера сгорания становится ненадежной и не долговечной в работе; 2) вследствие пульсаций газового потока воз можно появление опасных вибраций турбинных лопаток, что может привести к авариям; 3) так как газ проходит через клапаны, он дрос селируется, а за счет этого снижается к. п. д. ГТУ; 4) к. п. д. снижает ся еще и потому, что при переменном давлении турбина на протяже нии большей части цикла работает на нерасчетном режиме, когда об текание ее проточной части сопровождается повышенными потерями.
§ 2-3. Основные показатели, характеризующие ГТУ, и способы повышения экономичности ГТУ
В реальной ГТУ имеется целый ряд потерь, которые разделяют ся на внутренние и внешние.
Внутренние потери непосредственно связаны с изменением состоя ния рабочего тела. К ним относятся: 1) внутренние потери в компрес
соре, учитываются |
внутренним (адиабатическим) к. п. д. компрессора |
7jK; 2) внутренние |
потери в газовой турбине учитываются относи |
тельным внутренним к. п. д. турбины -q0i; 3) потери тепла в камересгорания учитываются с помощью теплового к. п. д. камеры сгорания г1к.с', 4) потери на гидравлическое сопротивление в воздушном тракте ГТУ, к которым относятся гидравлические потери в воздухопроводах,
регенераторе, |
воздухоохладителях; |
5) потери |
на гидравлическое |
|
сопротивление в газовом тракте ГТУ, включают |
в себя гидравличе |
|||
ские потери в газопроводах, камере |
сгорания и регенераторе; |
6) по |
||
тери, связанные с расходом воздуха на охлаждение турбинных |
дета |
|||
лей (лопаток, |
дисков и т. д.). |
|
|
|
Внутренние потери в ГТУ оцениваются в целом с помощью |
внут |
|||
реннего к. п. д. установки |
|
|
|
|
|
^ = '*/<7кс, |
(2-18) |
где /г — внутренняя полезная работа ГТУ, кДж/кг; qK-c — действи тельное количество тепла, затрачиваемого в камере сгорания на нагрев 1 кг воздуха от температуры Т 4 до Т 4 (см. рис. 2-2), кДж/кг;
6-559 |
161 |
|
Чк.с = |
ср(Т1-Тл)(1 |
|
/чЦ,е) |
(2-19) |
|
здесь 7j^,c — тепловой к. п. д. камеры |
сгорания. |
|
||||
После подстановки в (2-18) вместо /г и qK.c |
их выражений (2-17) и |
|||||
(2-19) получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(рт — 1) |
|
|
|
|
Cp(Ti-TJ |
( 1 / - ^ . с ) |
|
|
|
|
( 1 - 1 / Г ) 1о» |
1 |
(рт — 1) |
|
||
|
Чк1 |
(2-20) |
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
( 1 — Г 4 / Г г ) (1 / г - с ) |
|
|
||
Путем дальнейших преобразований, которые здесь не приводятся, |
||||||
сводим (2-20) к |
виду |
|
|
|
|
|
" |
• Е ( 1 - 1 / П * Ы - ( Р я ' - 1 ) ( 1 Л | К ) |
г |
(2-21) |
|||
т _ 1 _ ( р т _ 1 ) ( 1 / % ) |
|
|
||||
Следовательно, |
внутренний |
к. п. д. ГТУ т;. = |
/ (т, (3, 7]0 г , т)к , ^ . с ) . |
|||
Очевидно, величина т;г |
будет тем больше, чем выше значения i\ui, |
|||||
"Цк и т;к.с, т. е. меньше потери соответственно |
в турбине, |
компрессоре |
и камере сгорания. Из (2-21) видно, что зависимость ч\ь от Y£.c линей
ная. В значительно |
большей степени экономичность ГТУ зависит от |
к. п. д. компрессора |
и турбины, что вызывает необходимость дальней |
шего совершенствования конструктивного исполнения компрессоров и газовых турбин, особенно их проточной части. В настоящий момент
достигнуты значения |
внутренних |
к.п.д. |
осевых |
компрессоров YJK = |
||||
= 0,834-0,90; газовых |
турбин — цп |
= |
0,854-0,90. |
|
||||
На рис. 2-4 приведены |
кривые |
i\t = / (|3), построенные по (2-21) |
||||||
для различных значений т = |
TJT3, |
|
где Ti |
— начальная |
температура |
|||
газов перед турбиной, |
а Т3 |
— температура |
всасываемого |
компрессо |
||||
ром воздуха при 7]о г |
= 0,87; % |
= |
0,88; |
Y£.C = |
0,97 и |
неизменной |
||
температуре всасываемого компрессором |
воздуха |
Т3 — 288 К. |
Как можно заметить, с увеличением т величина к. п. д. ГТУ непре рывно растет. Повышается при этом и работоспособность 1 кг воздуха, а это значит, что снижается его расход на единицу мощности, и следо вательно, уменьшается потребляемая компрессором мощность. Но увеличение т возможно как путем повышения Tlt так и за счет сниже
ния Т3.
В связи с тем что температура атмосферного воздуха изменяется в сравнительно широких пределах, она оказывает существенное влия ние на экономичность и мощность ГТУ. При повышении Т3 удельный объем воздуха увеличивается, в результате чего увеличивается и ра бота, затрачиваемая на сжатие его в компрессоре. Весовой расход воздуха, а значит, и мощность установки при этом снижаются.
162
В практике увеличение к. п. д. ГТУ достигается за счет повышения 7\ — начальной температуры газов при некотором заданном значе нии Т3. Из рис. 2-4 видно, что чем выше Ти тем больше т)г. Это спра ведливо для любых схем ГТУ и типов турбин, так как 7\, с термодина мической точки зрения, является максимальной температурой цикла и поэтому повышение ее всегда ведет к увеличению к . п . д . Допускае мая в настоящее время, исходя из условий надежной и долговечной работы стационарных турбин
значительной мощности, величи на Ti= 900-М 100 К. Дальней шее повышение ее пока огра
ничивается |
в |
основном |
жаро |
|||||
стойкостью |
и |
жаропрочностью |
||||||
существующих |
материалов, |
из |
||||||
которых |
изготовляются |
лопат |
||||||
ки |
и |
роторы |
|
турбин. |
Однако |
|||
здесь |
следует |
отметить, |
что в |
|||||
форсированных |
газовых |
турби |
||||||
нах |
|
с ограниченным |
моторесур |
|||||
сом, |
например |
в авиационных, |
||||||
температура Т1 |
достигает 1500 К. |
|||||||
|
В общем |
случае |
выбор |
на |
||||
чальной температуры |
7\ зависит |
|||||||
от |
ряда |
факторов и |
в |
первую |
очередь от назначения установ ки и требуемого моторесурса ГТУ, а также от вида применя емого топлива. Так, при работе ГТУ на мазутах, особенно содер
жащих |
ванадий, |
чтобы ограни |
чить |
коррозию, |
температуру |
газа |
перед турбиной обычно |
It |
\T,= |
1273K(r=W0bi |
|||
0,31 |
|||||
1173lT=W3l |
|
||||
|
|
||||
|
1073(г=зть? |
|
|
||
0,28 W23(t=3.5S2b |
|
|
|
||
0,24 |
|
|
|
|
|
% max\ |
|
| |
|
• % ? |
|
0,20 |
|
|
|||
|
|
|
к |
||
|
|
1 |
|
||
0,1В |
|
|
N |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
0,12 |
|
1 |
|
|
|
-1 |
|
|
|
||
|
iI |
|
|
||
0,08 |
— |
- г |
— |
~i — |
|
— |
|||||
|
|
i |
|
|
|
ОМ |
|
i |
|
— |
|
|
i |
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
l |
|
|
|
2 |
3 Ч 5 6Ч|7- 8 |
9 |
10 11 12 13 |
||
|
Ропт |
|
|
||
Рис. 2-4. Внутренний |
к. п. д. прос |
||||
тейшей |
ГТУ в зависимости от степе |
||||
ни повышения |
давления f> при раз |
||||
|
личных т |
|
снижают до 920 К и ниже, что, естественно, уменьшает |
к.п.д. [5]. |
|||
Значительно более сложным характером, как это видно из рис. 2-4, |
||||
отличается |
зависимость |
-цг = |
/ (|3). Дело в том, что к.п.д. ГТУ имеет |
|
максимум |
при вполне |
определенной, так называемой оптимальной |
||
степени повышения давления |
|50ПТ. Причем величина |30 п т |
зависит от |
схемы ГТУ, она возрастает с повышением 7\ и уменьшением Тг. Но
на |
|30 п т влияют |
также -q0i, т)к И другие факторы. Поэтому |
величина |
|
Во п х |
должна вычисляться для конкретной схемы ГТУ и вполне опре |
|||
деленных ее основных показателей. |
|
|||
Соотношение между полезной работой ГТУ и работой, |
совершае |
|||
мой |
турбиной, |
характеризуется |
коэффициентом полезной |
работы |
|
|
о = / г / / т = |
( / т - / к ) / / т . |
(2-22) |
Очевидно, чем больше б, тем меньшая часть работы (или мощности) ГТУ расходуется на сжатие в компрессоре и тем соответственно боль шую часть ее можно полезно использовать, т. е. передать потребителю.
6* |
163 |