26.Методы повышения к.П.Д. Гту

Термический к. п. д. ГТУ со сгоранием топлива при р = соnst растет с увеличением степени повышения давлении β. Однако с ростом β увеличивается и температура газов в конце сгорания топлива Т₃, в результате чего быстро разрушаются лопатки турбин и сопловые аппараты, охлаждение которых затруднительно.

Чтобы увеличить к. п. д. ГТУ, частично изменили условия их работы. В установках стали применять регенерацию теплоты, многоступенчатое сжатие воздуха в компрессоре, м ногоступенчатое сгорание и т. д. Это дало значительный эффект и повысило в установках степень совершенства превращения теплоты в работу.

Рассмотрим несколько подробнее применение регенерации теплоты в ГТУ со сгоранием топлива при р = const. Сжатый воздух из турбокомпрессора направляется в регенератор 8, где получает теплоту при постоянном давлении от газов, вышедших из камеры сгорания 1 через сопло 2 в турбину 3. Подогретый воздух из регенератора 8 через форсунку 7, а топливо из топливного насоса 5 через форсунку 6 направляется в камеру сгорания 1.

Н а диаграмме: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-5 – изобарный подвод теплоты в регенераторе; 5-3– подвод теплоты при постоянном давлении в камере сгорания; 3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах турбины; 4-6 – изобарный отвод теплоты от газов в регенераторе; 6-1 – изобарный отвод теплоты от газов по выходе из регенератора теплоприемнику.

Если предположить, что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры, воздуха, поступающего в него, т.е. от Т₄ до Т₆ = Т₂, то регенерация будет полная.

Термический к.п.д. цикла при полной регенерации, когда Т₄ -Т₆ = =Т₅- Т₂, найдем по уравнению

,

где

,

а

,

тогда

.

Температуры в основных точках цикла определяются так

.

К.п.д. цикла

η_{t рег} . (11.9)

Термический к. п. д. цикла с подводом теплоты при р = const и полной регенерацией зависит от начальной температуры газа Т₁ и от температуры в конце адиабатного расширения Т₄.

Термический к. п. д. цикла ГТУ с подводом теплоты при = const в результате регенерации теплоты также возрастает. Применение регенерации позволяет уменьшить наибольшее давление в цикле без снижения его экономичности.

27.Цикл Карно для водяного пара и его недостатки

Рассмотрим вопрос о практической осуществимости на водяном паре цикла Карно, представленной Ts-диаграмме.

Этот цикл состоит из изобарно-изотермического процесса парообразования 4-1, адиабатного расширения пара 1-2, изобарно-изотермического процесса неполной конденсации пара 2-3 и, наконец, адиабатного сжатия влажного пара 3-4 с полным превращением его в воду.

Н ижняя температура такого цикла определяется параметрами тройной точки воды и получается равной около 25°С, как с точки зрения возможности теплообмена с окружающей средой при конденсации пара, так и с точки зрения практической достижимости глубокого вакуума (этой температуре соответствует р₂=0,03 бар). Верхняя температура такого цикла определяется критической температурой воды (374,15°С) может быть принятой около 350°С чему соответствует p₁ около 170 бар.

Максимально достижимый термический к. п. д. цикла составляет всего

,

Основным препятствием в данном случае является именно практическая неосуществимость такой установки.

Действительно, несложный расчет показывает, что при использовании сухого насыщенного пара с параметрами p₁=170 бар и t₁ =352°С (которые выше были приняты за предельно высокие) конечная влажность его при адиабатном расширении до р₂ =0,03 бар составляет 41,3%. Таким образом, двигателю пришлось бы работать в чрезвычайно неблагоприятных гидродинамических условиях очень высокой влажности пара.

Далее, на осуществление адиабатного сжатия частично сконденсировавшегося при р₂=0,03 бар отработавшего пара до начального давления p₁ =170 бар с полным превращением его в воду необходимо затратить работу l_Т = 5б2 кДж/кг, что составляет 55,3% всей работы l_Т =1014 кДж/кг, совершаемой двигателем.

Приведенные данные показывают, что паросиловые установки, в которых нашел бы практическое осуществление цикл Карно, являются совершенно бесперспективными. Поэтому развитие паросиловой техники с самого начала пошло в другом направлении, связанном с полной конденсацией отработавшего пара и применением перегретого пара. Это направление открыло большие возможности расширения используемого температурного интервала и соответственно повышения термического к. п. д. паросилового цикла.