Цикл Брайтона (цикл при постоянном давлении)
Мы имеем электрогенератор, который является полезной нагрузкой ГТУ, за счет которого происходит выработка электроэнергии.
Помимо этого ГТУ имеет топливный бак, т.е. емкость в котором хранится топливо.
Имеется топливный насос, который нагнетает топливо в камеру сгорания, соответственно имеется топливопровод, стоит специальная форсунка, которая распыляет топливо в самой камере сгорания. Камера сгорания имеет цилиндрическую форму, которая заканчивается сопловым аппаратом.
В правой части мы видим основную ступень турбины.
Также имеется осевой компрессор. Как правило компрессор делают многоступенчатым, для того чтобы создавать требуемое давление в камере сгорания.
Компрессор сжимает воздух, воздух проходит через регенератор. От регенератора идет тепло отработавших газов, воздух нагревается и поступает в камеру сгорания.
Здесь же происходит впрыск топлива. Воспламенение горючей смеси происходит за счет воспламеняющего устройства. При воспламенении образуются выхлопные газы, имеющие определенные температуру и давление. Эти выхлопные газа через сужающийся канал, поступают на лопатки турбины и начинают её раскручивать, т.о. раскручивается ГТУ и приводятся в действие остальные вспомогательные аппараты.
Теперь давайте рассмотрим цикл Брайтона на диаграммах.
На диаграмме мы видим, что данный цикл состоит из 4 процессов:
- ас – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре;
|
|
|
- cz – изобарный подвод теплоту, которому соответствует сгорание топлива
На диаграмме мы видим, что подводится теплота q1, то есть происходит сгорание топлива и происходит нагрев рабочего тела.
- zb – адиабатное расширение продуктов сгорания на лопатках турбины.
Именно на этом процессе происходит преобразование тепловой энергии, сожженного топлива, в механическую энергию лопаток турбины.
- ba – изобарный отвод теплоты не перешедшей в полезную работу и данный цикл замыкается.
Исходные характеристики для термодинамического процесса: (формулы на слайде)
Термический КПД зависит от степени повышения давления в компрессоре и показателя адиабаты и с их увеличением возрастают.
Цикл работы ГТУ с подводом теплоты при постоянно объеме
На схеме мы видим один общий вал, электрогенератор, ступень турбины, ступень компрессора, бак для хранения топлива, топливный насос и камеру сгорания, которая имеет отличия от той, что в цикле Брайтона.
Отличительная особенность в том, что данная камера сгорания имеет клапана. Имеется общий клапан для подачи выхлопных газов на лопатки турбины и имеются 2 клапана: для подачи воздуха, сжимаемого компрессором и для подачи топлива.
|
|
|
Итак, как это всё работает
У нас начинает раскручиваться вал турбины, при помощи пускового устройства. При раскручивании вала, компрессор начинает сжимать воздух, топливо начинает подаваться насосом в камеру сгорания. Здесь происходит смесеобразование, воспламенение горючей смеси и ее последующее сгорание. Особенность в том, что газы не сразу подаются на лопатки турбины, они здесь выгорают полностью, в определенный момент открывается выпускной клапан и эти газы потоком, импульсом устремляются на лопатки турбины.
Т.о. особенностью является то, что ГТУ работают импульсами. Это является недостатком данной конструкции. Потому что из-за импульсного режима работы ГТУ лопатки работают недолго. Они не выдерживают пульсации и чаще выходят из строя.
Рассмотрим на диаграммах.
Данный цикл также включает в себя 4 процесса:
- cz – сгорание в закрытой камере. Здесь мы видим стрелочку q1- подводится теплота, сгорает топливно-воздушная смесь, которая поступала отдельно по клапанам.
- zb – адиабатное расширение в сопловом аппарате. Этот процесс соответствует открытию выпускного клапана, через который устремляются выхлопные газы и попадают на лопатки турбины. В лопатках турбины эти газы расширяются, таким образом, мы получаем преобразование тепловой энергии в механическую работу.
|
|
|
- ba – изобарный отвод теплоты в атмосферу.
Видим стрелочку q2, таким образом подразумеваем, что лишняя теплота, не перешедшая в полезную работу выбрасывается в атмосферу.
Исходные характеристики для термодинамического процесса: (формулы на слайде)
Термический КПД цикла зависит от степени повышения давления в компрессоре и показателя адиабаты и с их увеличением возрастает.
Проведем сравнение цикла Брайтона и цикла с подводом теплоты при v=const.
Видим 2 разные фигуры: A и B.
Цикл с подводом теплоты при v=const. Имеет большую площадь, а значит он будет является наиболее эффективным.
Регенеративный цикл ГТУ
Для того, чтобы повысить эффективность и экономичность ГТУ во многие конструкции вводят устройство, которое называется регенератор.
Задачей регенератора является нагрев воздуха из компрессора в камеру сгорания за счет энергии, теплоты отработавших газов.
Регенератор представляет собой теплообменник, через который одновременно проходит и воздух и отработавшие газы.
Сам цикл показан в виде 2 диаграмм.
|
|
|
-ac – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре;
- c-1 – изобарный подогрев воздуха в регенераторе;
- 1-2 – изобарный подвод теплоты в камеру сгорания;
- 2-b – адиабатное расширение в сопловом аппарате;
- b-2 – изобарное охлаждение газа в регенераторе;
- 2-a – изобарный отвод теплоты.
Мы видим, что некоторая часть теплоты на участке 2-b переносится на участок c-1. То есть часть теплоты, которая могла бы улететь с отработавшимися газами в атмосферу, возвращаем назад в цикл и подогреваем воздух, идущий в камеру сгорания. Именно за счет этого и повышается эффективность работы данной ГТУ.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 380; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!