Схема и цикл простейшей ГТУ

В современных установках процесс подвода тепла (процесс сгорания) проходит, как правило, при p=const.

На рис. 8.5 изображены схема и цикл простейшей судовой ГТУ. Со сгоранием топлива при p=const внешний воздух засасывается турбокомпрессором (в точке 1) и адиабатно сжимается до давления р₂, после чего нагнетается в камеру сгорания. Туда же впрыскивается жидкое топливо, которое сгорая в обогащённой воздухом среде образует (при р=const) продукты сгорания высокой температуры (процесс 2-3). Продукты сгорания поступают в турбину, расширяются (при Δq = 0) с понижением давления до атмосферного (процесс 3-4) и выбрасываются во внешнюю среду. Работа производится при расширении продуктов сгорания в турбине. Термодинамический принцип преобразования тепловой энергии в механическую такой же как и в ДВС.

Рис. 8.5. Схема и цикл судовой ГТУ

Важными характеристиками цикла являются: степень повышения давления в компрессоре β = p₂/p₁ и степень изобарного расширения c = v₃/v₂. В газовой турбине возможно полное расширение газа до атмосферного давления, что увеличивает термодинамический кпд η.

Учитывая соотношения для адиабат 1-2 и 3-4 можно записать:

отсюда

Тогда значение термодинамического кпд:

Анализируя зависимость (8.11) можно увидеть, что термодинамический кпд повышается при увеличении степени сжатия.

Для идеального цикла ГТУ с изобарным подводом тепла определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла, количество отводимой теплоты, работу цикла и термический КПД цикла, если начальные параметры рабочего тела (воздуха) p₁ = 0,1 МПа, t₁ = 27°C, степень повышения давления в компрессоре b=6. Количество подводимой теплоты q₁ = 210 кДж/кг.

Цикл ГТУ изображен на рис. 8.5. Из соотношения для адиабатного процесса 1-2 определяем температуру в точке 2:

Удельный объем в точках 1 и 2:

Температуру точки 3 определяем из выражения:

q1 = cP(T3 – T2),

откуда

Так как процесс изобарный, p₃ = p₂.

Удельный объем в точке 3:

Температура в точке 4:

Удельный объем в точке 4:

Тепло, отведенное в процессе 4-1:

q₂ = c_p(T₄ – T₁) = 1000·(425 – 300) = 125000 Дж/кг.

Работа цикла:

l = q₁ – q₂ = 210000 – 125000 = 85000 Дж/кг.

Термический КПД цикла:

η = 1 — q₁ = 0,40.