ТЕРМОДИНАМИКА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

27

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

28

где = (pc / pa) = (pz / ps) – степень повышения давления газа в компрессоре;

C= [(k 1) /k]; k показатель адиабаты.

Сучетом соотношений (21) (24), а также того, что при анализе теоретических циклов предполагается, что значения Cp,m и k одинаковы для процессов а-с, с-z, z-s и s-а, формула для расчета термического КПД цикла Брайтона t,Б принимает вид

t,Б = 1 C .

(25)

Термический КПД цикла Брайтона возрастает с увеличением степени повышения давления газа в осевом компрессоре и показателя адиабаты k.

Из сопоставления термических КПД циклов Гемфри t,Г (с подводом теплоты при v = idem) и Брайтона t,Б (с подводом теплоты при p = idem) (см.

рис. 11, г) следует, что в этих циклах:

при одинаковой степени повышения давления газа ( = (pc / pa))

t,Б t,Г ,

(26)

а при одинаковой наивысшей температуре Tz

t,Б t,Г .

(27)

Мощность ГТУ без учета механических потерь работы в подшипниках на трение и потерь на преодоление гидравлических сопротивлений в элементах ГТУ G , передаваемая потребителю, определяется из соотношения

N G(hz

hc )

,

где G расход воздуха через осевой компрессор.

(28)

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

29

Реальные процессы сжатия рабочего тела в осевом компрессоре и расширения его в газовой турбине происходят с увеличением энтропии в связи с наличием необратимых превращений работы в теплоту внутреннего теплообме-на см. линии а-сд и z-sд на рис. 10в и рис. 11г. Кроме того,

существуют потери давления в камере сгорания, в рекуператоре и в трубопроводах, а также потери полезной мощности ГТУ, что обусловлено наличием трения в подшипниках. Эти факторы снижают значения КПД ГТУ и мощности, передаваемой потребителю. Поэтому вводится понятие

эффективного КПД ГТУ, представляющего собой отношение полезной работы ГТУ в реальном процессе к количеству теплоты, выделяемой при сгорании топливно-воздушной смеси.

При одинаковых степени повышения давления газа в осевом компрессоре и температуре Тm,2 температура Тm,1 в цикле Гемфри (v=idem) больше, чем в цикле Брайтона (p=idem), т.к. изохора в координатах Т-s расположена круче по отношению к оси s, чем изобара. Однако, цикл Брайтона получил большее распространение в ГТУ, применяющихся в различных отраслях промышленности, по сравнению с циклом Гемфри, т.к. ГТУ, работающие по циклу Брайтона, более просты в конструктивном отношении. Например, в цикле Гемфри для обеспечения непрерывности потока РТ через газовую турбину необходимо устанавливать несколько более сложных в конструктивном отношении клапанных камер сгорания, надежную работу которых трудно обеспечить в течение длительного срока эксплуатации ГТУ. Кроме того,

пульсационный режим работы камер сгорания такой ГТУ снижает надежность и показатели эффективнос-ти адиабатические КПД осевого компрессора и газовой турбины ГТУ.

В газовой промышленности применяются ГТУ только открытого цикла.

Следует отметить, что существуют ГТУ закрытого цикла. В них РТ не

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

30

выбрасывается в атмосферу, а после расширения в турбине и последующего охлаждения водой или наружные воздухом вновь поступает на вход осевого компрессора. Преимуществами таких ГТУ являются, во-первых, возможность использования высокоэффективных рабочих тел (например, гелия) и, во-

вторых, возможность существенного увеличения мощности ГТУ путем повышения давления рабочего тела перед компрессором. Однако, большим недостатком ГТУ закрытого цикла является необходимость применения громоздких и дорогих промежуточных теплообменников.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

31

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем состоит принципиальная разница между тепловым двигателем и холо-

дильной машиной ?

2.Почему КПД любого теплового двигателя всегда меньше единицы ?

3.В чем состоит различие циклов:

а) Отто, Дизеля и Тринклера для поршневых двигателей внутреннего сго-

рания ?

б) Брайтона и Гемфри для газотурбинных установок ?

4.Из каких термодинамических процессов состоит цикл: а) Отто; б) Дизеля;

в) Тринклера; г) Брайтона; д) Гемфри ?

5.Изобразите циклы Отто, Дизеля и Тринклера в координатах p-v и T-s ?

6.Сравните эффективность циклов Отто, Дизеля и Тринклера при различных одинаковых исходных показателях в этих циклах ?

7.Чем отличаются идеальный и реальный циклы тепловых двигателей ?

8.Что такое термический и эффективный коэффициенты полезного действия теплового двигателя ?

9.Назовите основные пути повышения КПД поршневых ДВС.

10. Изобразите циклы Брайтона и Гемфри в координатах p-v и T-s ?

11. Сравните эффективность циклов Брайтона и Гемфри при различных одина-

ковых исходных показателях в этих циклах ?

12. Почему ГТУ, работающие по циклу Брайтона, получили наибольшее прак-

тическое применение ?

13. Назовите основные пути повышения КПД газотурбинных установок.

14. Изобразите цикл ГТУ с изотермическим сжатием рабочего тела в осевом

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

32

компрессоре и подводом теплоты в камере сгорания при p = idem в коорди-

натах T-s и объясните причину увеличения КПД такого цикла.