Цикл газотурбинной установки

Методические указания и методика расчета цикла

Основным назначением газотурбинной установки (ГТУ) является получение работы, которая может быть полезно использована по месту установки ГТУ (при осуществлении прямого привода насоса, компрессора и т.д.) или на удалении от нее (при приводе генератора и производстве электрической энергии). В связи с тем, что температура выхлопных газов из газовой турбины находятся в диапазоне 420-600 °С, то дополнительным продуктом от ГТУ является тепловая энергия, которая может быть непосредственно использована для технологических целей (сушки материалов), нагрева воды или производства пара.

Основные элементы газотурбинной установки: компрессор (К); камера сгорания (КС); газовая турбины (ГТ) и приводное устройство (ПУ).

Процесс подвода теплоты к ГТУ в КС может происходить как изобарном (p = const), так и изохорном процессах (v = const). Основное распространение получили установки с изобарным подводом теплоты. Отвод теплоты может осуществляться только в изобарном процессе (p = const).

Рабочее тело (атмосферный воздух) поступает в компрессор (К), в котором происходит его сжатие. Этот процесс характеризуется степенью сжатия β и адиабатным внутренним КПД компрессора , отражающим процесс необратимости. Далее рабочее тело направляется в камеру сгорания (КС), где к нему подводится топливо (природный газ или жидкие нефтепродукты). Процесс сгорания в КС характеризуется степенью повышения давления ρ и температурой за камерой сгорания Т ₃, а также расходом топлива b _т. Рабочее тело затем поступает в газовую турбину (ГТ), где происходит его расширение. В этом процессе производится работа, которая потребляется на привод компрессора и приводного устройства (ПУ). Процесс расширения в ГТ характеризуют температурой на выходе из нее Т _4д, адиабатным внутренним КПД турбины , а также расходом рабочего тела G _рт.

На рисунке 3.5. дан реальный термодинамический цикл ГТУ с необратимыми процессами сжатия в компрессоре и расширения в турбине.

Если в идеальном цикле ГТУ сжатие и расширение происходит в адиабатном процессе (сжатие 1 – 2 и расширение 3 – 4), то в реальном – политропном, с повышением температуры в т. 2_д и т. 4_д, в результате наличия трения кинетическая энергия движения тратится на увеличение температуры рабочего тела.

Основные расчетные формулы:

1) , кДж/кг – количество теплоты, подводимое с топливом (расчеты выполняются для удельного количества теплоты);

2) , кДж/кг – количество теплоты, отводимое от ГТУ;

3) , кДж/кг – работа, потребляемая на валу компрессора;

4) , кДж/кг – работа, развиваемая на валу газовой турбины;

5) – внутренний адиабатный КПД компрессора (К);

6) – внутренний адиабатный КПД газовой турбины (ГТ);

7) - степень повышения давления в компрессоре;

8) - степень предварительного расширения в процессе изобарного подвода теплоты;

9) , Вт – мощность газотурбинной установки;

 

 

10) - абсолютный внутренний КПД цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты и учетом необратимости при сжатии/расширении.