Циклы паротурбинных установок (ПТУ)

ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК И РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Рабочее тело получают в камере сгорания и разгоняют в сопле до приемлемой кинетической энергии потока, затем оно вращает лопатки ротора турбины и т.д.(Рис.14.1. – Рис.14.3. ниже).

Нет основного недостатка ДВС - расширение идет до атмосферного давления и горение топлива непрерывно. Нет и деталей с возвратно-поступательным движением, а посему и мала масса агрегата. И тогда, следуя общим уравнениям термодинамики, после ряда преобразований к.п.д.

Ƞ_t =1 - 1 /ε^к-1. …(11.1)

При одинаковых степенях сжатия к.п. д. ГТУ равен к п.д. поршневого двигателя ДВС, но с существенно меньшим максимальным давлением цикла.

Коэффициент полезного действия,чуть выше ДВС, но все равно не более 50 -60 %.

Циклы реактивных двигателей. Есть несколько типов двигателей.

Первый,но не главный- прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) с подводом теплоты по изобаре p= const (Рис.14.4., Рис.14.5 ниже). Есть беcкомпрессорные –сжатие воздуха за счет скоростного напора полета и компрессорные (своя газовая турбина для привода компрессора).Всегда нужен принудительный запуск. К.п. д. тот же,как для ГТУ с подводом тепла по изобаре Ƞ_t = 1 - 1/Ԑ^k-1. Степень сжатия ε = v₁ /v₂ определяется скоростью полета, поэтому для увеличения степени сжатия ставят компрессор после диффузора (с приводом от газовой турбины).

Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) представлен на Рис. 14.8 и Рис.14.9 ниже.

Сила тяги возникает при истечении из сопла продуктов горения жидкого топлива. Топливо – жидкий водород и его соединения с углеродом. Окислители – жидкий кислород,перекись водорода, азотная кислота идр. Капельные жидкости практически несжимаемы,на привод насосов расходуется потому малая доля работы.

Термический к.п.д. цикла ЖРД

Ƞ_t ≈(i_b –i_c)/ (i_b – i_a), …(11.2)

т. е. при заданных энтальпиях продуктов горения i_b, жидких горючего и окислителя i_a он зависит от адиабатного перепада энтальпии (i_b - i _c) или от степени расширения газа при истечении через сопло.

Достоинства ЖРД: независимость работы от состояния окружающей среды в том числе и полёт в безвоздушном пространстве,независимость тяги от скорости полета,простота и малая удельная масса (кг./кг. тяги); недостатки: сравнительно низкий к.п.д., необходимо не только топливо,но и окислитель. Используется и как генератор высокотемпературных струй для разрушения горных пород и других материалов.

Основной вид тепловых двигателей для производства тепла и выработки электроэнергии на тепловых электростанциях остаются ПТУ. В них рабочее тело,как правило, - водяной пар.

Цикл Карно состоит иэ двух изотерм (они же изобары) и двух адиабат, Рис.15.2..

Термический к.п.д. максимален -

Ƞ_tK =1 – T₂ /T₁. …(12.1) Но процесс конденсирования пара должен заканчиваться в точке 3,чтобы затем перейти в точку 4 должен быть очень мощный компрессор и только на его привод потребуетсяне менее 1/3 работы турбины. Общая эффективность установки будет невелика.

Цикл Ренкина для ПТУ принят в качестве идеального, Рис.15.3. внизу: процесс конденсирования 2-3 заканчивается переходом всего влажного пара в жидкость (в точке 3 x = 0),поэтому вместо компрессора используют водяной насос. В цикле Ренкина отношение объемов v₃ /v₂ ≈ 0,001 против ≈ 0,55 в цикле Карно; соответственно уменьшаются и размеры водяного насоса по сравнениюс компрессором; затраты работы на привод насоса чуть больше 1% против ≈36% в цикле Карно.

Однакотермический к.п.д. цикла Ренкина Ƞ_tP меньше,чем термическийк.п.д. цикла Карно Ƞ_tK. Но общая эффективность ПТУ с циклом Ренкина выше, чем с циклом Карно.

Термический к.п.д. цикла Ренкина, а следовательно, и общая эффективность повышается, если перейти на рабочее тело – перегретый пар вместо насыщенного, Рис.15.5. ниже. В этом случае

Ƞ_tР = (i₁ - i₂)/ (i₁ - i₃). …(12.2)

Иногда пар из турбины отбирают и опять подогревают (до трех раз). Используют и т. наз. “отбросную” теплоту для подогрева теплиц,озер и т.п..

Термический к.п.д. цикла Ренкина лежит обычно в диапазоне 40 – 50%.

Дата добавления: 2014-01-07