Основные термодинамические соотношения ГТУ.

Для изучения и анализа процессов напишем основные уравнения для ГТУ.

Удельная работа, затрачиваемая в осевом компрессоре (ОК), кДж/кг:

(6.1)

Удельная работа, развиваемая турбиной, кДж/кг:

(6.2)

Внутренняя удельная работа ГТУ, кДж/кг:

(6.3)

Для совершения внутренней удельной работы должно быть подведено определенное количество тепла (тепловой энергии), определяемой формулой, кДж/кг:

(6.4)

В вышеприведенных формулах приняты следующие обозначения:

- средняя теплоемкость воздуха,

- средняя теплоемкость продуктов сгорания,

- средняя теплоемкость смеси продуктов сгорания с воздухом в камере сгорания при процессе горения,

- КПД камеры сгорания, который учитывает неполноту сгорания и потери теплоты в окружающую среду, Обычное значение = 0,97 ÷ 0,98;

- степень повышения давления в ОК и степень расширения в турбине соответственно;

- относительные КПД компрессора и турбины соответственно.

Относительный КПД компрессора - это отношение количества энергии, расходуемой в идеальном компрессоре при изоэнтропийном сжатии (без потерь) воздуха к количеству энергии, расходуемой в реальном компрессоре, в котором происходит реальное сжатие, приближенное к полиэнтропическому процессу, т.е.

где: - это температура на выходе ОК при изоэнтропийном сжатии:

, К_в- показатель изоэнтропы для воздуха.

Внутренний относительный КПД турбины - это отношение полезно используемого тепла в реальной газовой турбине, в которой рабочее тело расширяется по политропическому процессу, к полезно расходуемому теплу при изоэнтропическом расширении:

где: - температура рабочего тела на выходе турбины при изоэнтропийном расширении:

,

К_г - показатель изоэнтропы рабочего тела турбины (смеси воздуха и продуктов сгорания).

Экономичность работы ГТУ оценивается внутренним КПД ГТУ, равным

Потери, присущие ГТУ как любой реальной машине, можно подразделить на два вида:

Внутренние потери связаны с отклонением реальных процессов от идеальных. Совершенство термодинамических процессов оценивается соответствующими КПД компрессора и турбины . Потери на гидравлические сопротивления в тракте ГТУ, оказывающие непосредственнее влияние на параметр рабочего тела, также можно оценить.

Внешние потери ГТУ – это группа потерь, не оказывающих непосредственного влияния на состояние рабочего тела. К ним относятся потери в подшипниках, потери на утечки газа через концевые уплотнения, затраты энергии на привод вспомогательных механизмов и устройств.

Механический КПД ГТУ:

(6.5)

Эффективная мощность ГТУ (мощность на выходном валу) (кВт) определяется по формуле:

(6.6)

где: G_г – расход рабочего тела через ГТУ, кг/с.

Эффективный КПД можно определить:

(6.7)

где: - низшая способность топлива, кДж/кг;

- расход топливного газа, кг/с.