С подводом теплоты при постоянном давлении

Принципиальная схема ГТУ показана на рис. 12.1. Компрессор 1, газовая турбина 4, топливный насос 2 и электрогенератор 5 имеют общий вал. Компрессор 1 сжимает атмосферный воздух до требуемого давления и направляет его в камеру сгорания 3. Топливо в камеру сгорания подается насосом 2. Продукты сгорания расширяются в газовой турбине, производя работу.

В газовой турбине, как и в ДВС, рабочим телом являются продукты сгорания жидкого или газообразного топлива, но возвратно-поступательный принцип заменен вращательным движением колеса под действием струи газа. Кроме того, в турбинах осуществимо полное адиабатное расширение продуктов сгорания до давления наружного воздуха, с чем связан дополнительный выигрыш работы (пл. 144¢1 на рис. 12.2,а)

Рис. 12.2. Термодинамический цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении:

а – в vP- диаграмме; б – в sT-диаграмме.

Термодинамический цикл газотурбинной установки состоит из следующих процессов: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 – подвод теплоты к рабочему телу при постоянном давлении; 3-4 - адиабатное расширение рабочего тела в турбине до давления окружающей среды; 4-1 – изобарный процесс отдачи рабочим телом теплоты в окружающую среду.

Параметры цикла:

- степень повышения давления при адиабатном сжатии;

- степень предварительного расширения.

Термический КПД цикла определяется по формуле:

. (12.1)

Количество теплоты, подводимое к рабочему телу в процессе изобарном процессе 2-3:

. (12.2)

Количество теплоты, отводимое в изобарном процессе 4-1:

. (12.3)

Количество подведенной теплоты и отведенной можно определить через параметры цикла. Для этого температуры и выражаются через температуру и параметры цикла и .

Таблица 12.1 - Определение температуры в характерных точках цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты

Процесс	Формулы
1-2 - адиабатный
2-3 – изобарный	Т.к. и , получаем:
3-4- адиабатный

После преобразований:

; .

, (12.4)

где - степень адиабатного сжатия в компрессоре. Из выражения (11.6) видно, что зависит от работы компрессора. Чем выше показатель адиабаты и чем больше значение , тем выше .

12.2 Цикл ГТУ с подводом теплоты при P=const и регенерацией

Регенерация теплоты состоит в использовании теплоты отработавших газов турбины для подогревания воздуха, поступающего в камеру сгорания. Из рис. 12.1 и 12.3 видно, что основное отличие ГТУ с регенерацией теплоты от установки без регенерации состоит в том, что сжатый воздух из компрессора 1 поступает в воздушный регенератор-теплообменник 2, в котором он подогревается за счет теплоты отработавших в турбине продуктов сгорания. Из регенератора-теплообменника воздух поступает в камеру сгорания 3. Таким образом, в газотурбинных установках с регенерацией часть теплоты, ранее уносившаяся отработанными продуктами сгорания в атмосферу, полезно используется.

Рис. 12.3. Принципиальная схема газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении и регенерацией теплоты: