Введение. История развития в Узбекистане

ГТУ непрерывного горения

Цикл ГТУ непрерывного горения показан в pV-диаграмме на рис.29, где 1-2 - процесс адиабатного сжатия рабочего тела в компрессоре, 2-3 - процесс под вода тепла к рабочему телу при р= const (сгорание топлива). 3-4 - процесс адиабатного расширения рабочего тела в турбине, 4-5 - процесс отвода тепла от рабочего тела в холодильник при р=const.

Рис. 29. Теоретический цикл газотурбинной установки непрерывного горения с подводом тепла при р= const

Последний процесс, в результате которого рабочее тело из состояния 4 переводится в состояние 1, для ГТУ, показанной на диаграмме, следует считать условным, так как отработавшие газы по выходе из турбины попадают в окружающее пространство и в установку не возвращаются; в компрессор поступает свежий воздух.
Принимая теплоемкость С_р =- const, т. е. независящей от температуры, можно вычислить термический к.п.д. цикла
(1)

Газотурбинные установки прерывистого горения

В были рассмотрены газотурбинные установки с поршневыми генераторами газа, в которых независимо от механического устройства реализован один и тот же термодинамический принцип: мощность, развиваемая поршневым двигателем внутреннего сгорания, используется для привода компрессора, а внутренняя энергия отработавших газов, обладающих достаточно высоким давлением и температурой, преобразуется в полезную работу в газовой турбине.
Основное термодинамическое преимущество таких установок заключается в том, что:
тепло, подведенное с топливом, используется в более широкой области температур, чем в обычных ГТУ с горением при постоянном давлении;
общая степень расширения больше общей степени сжатия, поэтому температурный перепад при расширении больше температурного перепада при сжатии, т. е. больше того перепада, который мог бы быть получен в цикле с горением при постоянном давлении при той же максимальной температуре горения и степени повышения давления в компрессоре.

Рис. 30. Принципиальная схема газотурбинной установки прерывистого горения со сгоранием при V = const:
1 - управляемый воздушный клапан, 2 - газовыпускной клапан, 3 - сопло, 4 - рабочая лопатка, 3 - выпускной патрубок


Температура отработавшего газа в рассмотренных установках является функцией отношения топливо - воздух и лишь в небольшой степени зависит от к. п. д. процесса горения и относительного индикаторного к. п. д, двигателя, так как они оказывают влияние на количество тепла, отводимое с охлаждающей жидкостью.
Цикл, близкий к рассмотренному, имеет ГТУ со сгоранием при постоянном объеме. В ГТУ с постоянным объемом сгорания горение происходит в номинально постоянном объеме камеры сгорания, оборудованной соответствующей системой газораспределения. Принципиальная схема такой установки показана на рис. 30.
На валу газовой турбины ГТ находятся воздушный компрессор ВК, генератор и топливный насос ТН. Топливо в камеру сгорания КС подается топливным насосом через форсунку Ф. а необходимый для его сгорания воздух - воздушным компрессором через управляемый воздушный клапан 1.
Искрой от электрической свечи С образовавшаяся горючая смесь поджигается и сгорает при V = const. В результате сгорания топлива повышается давление, под действием которого открывается газовыпускной клапан 2, и продукты сгорания через сопловой аппарат 3 поступают на рабочие лопатки 4 газовой турбины, а затем через выхлопной коллектор 5 в атмосферу.
Когда давление в камере сгорания достигает величины, несколько меньшей давления в выходном патрубке компрессора, клапан I открывается и происходит продувка камеры сгорания через по-прежнему открытый клапан 2. Продукты сгорания вместе с продувочным воздухом продолжают поступать в газовую турбину, совершая там определенную работу. После окончания продувки, когда клапаны 1 и 2 закрываются, весь процесс повторяется снова.
Выражение термического к. п. д, для рассматриваемого цикла при условии, когда Ср и Су не изменяются, можно представить в таком виде:
(2)
Если сравнить экономичность циклов ГТУ с подводом тепла при р = const и при V=const при одинаковых степени повышения давления в компрессоре и количестве подведенного тепла, окажется, что цикл при V= const более выгоден.
Однако, несмотря на более высокую экономичность идеального цикла, ГТУ с камерами прерывистого горения, как конструктивно более сложные и имеющие большие потери при осуществлении действительного цикла, не нашли должного распространения.
Рабочий процесс ГТУ прерывистого горения является неустановившимся. Расширение продуктов сгорания в со плах происходит с изменяющимся перепадом давления. Вначале открытия соплового клапана, когда перед соплом продукты сгорания имеют максимальное давление, скорость истечения также имеет максимальное значение. В конце выравнивания давления в камере КС и турбине скорость истечения снижается до нуля. Следовательно, количество газа, протекающего через межлопаточные пространства турбины, изменяется от максимума до нуля, создавая переменные окружные усилия и вращающий момент. При этом резко возрастают потери в ГТУ.