Техническая термодинамика часть 2 (курс лекций)

Контрольные вопросы

Чем вызвано создание газовых турбин?
Дать описание ГТУ с горением топлива при . Вывести выражение для термического КПД.
Дать описание ГТУ с горением топлива при . Вывести выражение для термического КПД.
Каков характер зависимости термического и эффективного КПД ГТУ с подводом теплоты при в зависимости от степени повышения давления?
Каковы методы повышения термического КПД ГТУ?
Как выглядит принципиальная схема и цикл в - и - диаграммах ГТУ с подводом теплоты при и регенерацией теплоты?
Как выглядит цикл ГТУ с многоступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением в - и - координатах? В чем особенность такого цикла?

Задачи

1. Для идеального цикла газовой турбины с изобарным подводом теплоты (рис. 59 и 60 ), найти параметры в характерных точках, полезную работу, термический КПД, количество подведенной и отведенной теплоты, если известны: ; ; ; степень повышения давления . Рабочее тело – воздух. Теплоемкость принять постоянной и независящей от температуры.

Дано:

газ – воздух

Решение:

Параметры точки 1:

давление ;

температура ;

объем .

Параметры точки 2:

температура ;

давление ;

объем .

Параметры точки 3:

температура ;

давление ;

объем .

Параметры точки 4:

Температура ;

объем ;

давление .

Удельное количество подведенной теплоты:

Удельное количество отведенной теплоты:

Работа цикла:

Термический КПД цикла:

2. Начальные параметры воздуха, поступающего в компрессор ГТУ со сжиганием топлива при , , . Степень повышения давления в компрессоре ГТУ . Температура газов перед соплами турбины . Рабочее тело обладает свойствами воздуха, теплоемкость его принимается постоянной и независящей от температуры. Компрессор засасывает воздуха. Рассчитать: параметры всех точек идеального цикла ГТУ, термический КПД ГТУ, теоретические мощности компрессора, турбины и всей ГТУ; параметры всех точек действительного цикла (с учетом необратимости процессов расширения и сжатия в турбине и компрессоре), приняв и ; внутренний КПД ГТУ, действительные мощности турбины, компрессора и ГТУ.

Дано:

Газ–воздух

Решение:

На рис. 71 представлен обратимый 12341 и необратимый 12’34’1 цикл ГТУ в - координатах.

Рисунок 71 – К примеру 2.

Температуры в точках обратимого цикла рассчитываются следующим образом:

;

Термический КПД:

Теоретические мощности:

а) компрессора

;

_{б) турбины}

;

_{б) ГТУ}

Температуры в точках действительного цикла рассчитываются следующим образом. С помощью основной формулы для внутреннего относительного КПД компрессора

отсюда температура в конце сжатия:

Температура в конце необратимого адиабатного расширения находится аналогично. Записывается формула для внутреннего относительного КПД турбины:

Внутренний КПД ГТУ:

Действительная мощность:

а) привода компрессора

б) турбины

б) газотурбинной установки

Приведенный расчет показывает, как сильно влияет необратимость процессов сжатия и расширения газа на КПД и мощность газотурбинной установки.

3. Газотурбинная установка работает по схеме с регенерацией и подводом теплоты при постоянном давлении при следующих параметрах: , , , . Регенерация предельная. Рабочее тело обладает свойствами воздуха, теплоемкость его принимается постоянной и независящей от температуры. Определить параметры всех точек цикла и внутренний КПД ГТУ. Определить также внутренний КПД ГТУ при условии выключении системы регенерации. Рассчитать термический КПД ГТУ с регенерацией. Внутренний относительный КПД компрессора и турбины и .

Дано:

газ – воздух

Решение:

На рис. 72 представлен цикл ГТУ с предельной регенерацией 1273481, точки 5 и 6 относятся к обратимому циклу.

Рисунок 72 – Термодинамический цикл ГТУ с регенерацией и изобарным подводом теплоты.

Рассчитаем температуры в узловых точках цикла:

С помощью основной формулы для внутреннего относительного КПД компрессора определим температуру в точке 2:

_{Температура в точке}₆_:

Температура в точке 4 определяется с помощью формулы для внутреннего относительного КПД турбины:

Термический КПД ГТУ с предельной регенерацией

Внутренний КПД ГТУ с предельной регенерацией

Внутренний КПД ГТУ без регенерации

4. Газотурбинная установка работает с двухступенчатом сжатием и двухступенчатым расширением. Степень повышения давления в компрессорах (и понижения в турбинах) одинакова: . В первый компрессор поступает воздух при и , после первого компрессора он охлаждается также до . Температура газов перед обеими турбинами одинакова и равна . Внутренний относительный КПД компрессоров равны , а турбин . Степень регенерации . Расход воздуха . Определить параметры во всех точках цикла, внутренний КПД ГТУ, действительные мощность компрессоров, турбин и всей ГТУ. Изобразить цикл в - диаграмме. Теплоемкость воздуха принять постоянной и не зависящей от температуры.

Дано:

газ – воздух

Решение:

На рис. 73 и на рис. 74 представлен цикл для такой установки.

Рисунок 73 – Схема ГТУ со ступенчатым сгоранием, ступенчатым сжатием в компрессоре и с регенерацией (подвод теплоты при постоянном давлении): КНД, КВД – ступень низкого и высокого давлений компрессора; ТХ–теплообменник-холодильник; ТР – теплообменник-регенератор; КС-1, КС-2 – камеры сгорания; ТНД, ТВД – ступени турбин низкого и высокого давлений; ЭГ – потребитель электроэнергии (электрогенератор).

_{Рисунок}74 – Цикл ГТУ сл ступенчатым сгоранием, ступенчатым сжатием в компрессоре и регенерацией теплоты при

На рис. 74 точки 11 и 12 относятся к обратимому сжатию и расширению.

Рассчитаем температуры в узловых точках цикла:

Для определения действительной температуры после первого компрессора (КНД) необходимо воспользоваться формулой для относительного внутреннего КПД компрессора, т. е.

откуда

Так как и , то температура в конце обратимого расширения в турбине

Действительная температура после расширения в турбине:

Так как и , то температуру воздуха, входящего в камеру сгорания (температуру после регенератора), найдем с помощью величины степени регенерации

Так как предполагается, что тепловые потери в регенераторе отсутствуют, то

Следовательно

Внутренний КПД установки

Действительная мощность двух турбин:

Действительная мощность двух компрессоров:

Действительная мощность ГТУ:

Содержание