Термодинамические основы работы теплоэнергетических установок

1. Термодинамические основы работы теплоэнергетических установок

Схемы и циклы ГТУ

2.

Типы ГТУ
по способу
сжигания
топлива
p=const
v=const
способ передачи теплоты
холодному источнику
открытые
закрытые

3. Цикл ГТУ с подводом теплоты в процессе v=const (импульсная)

1 – компрессор
3 – камера сгорания
4 – топливный насос
5 – клапаны
6 – газовая турбина

4. Цикл ГТУ с подводом теплоты в процессе v=const (импульсная)

Р
Р0
Цикл ГТУ с подводом теплоты в
процессе
v=const
(импульсная)
3
q1
4
2
1
q2
T
3
q1
4
2
1
v
q2
s
1-2 адиабатное сжатие воздуха в
компрессоре
2-3 изохорный подвод теплоты
(v=const)
3-4 адиабатное расширение
рабочего тела в газовой турбине
4-1 изобарный отвод теплоты

5. Характеристики цикла ГТУ с подводом теплоты в процессе v=const (импульсная)

p2
• ( )
p1
p3
пт
p2
• t 1
1
k пт1/k 1
(k 1)/k
пт 1

6. Цикл ГТУ с подводом теплоты в процессе p=const

1 – компрессор
2 – камера сгорания
3 – газовая турбина
4 – электрогенератор
5 – топливный насос

7. Простейшая камера сгорания ГТУ

1 – подвод топлива
2 – регистр
3 – пламенная труба
4 – смеситель
5 – зона смешения
6 – зона горения
7 – корпус
8 – топливораздающее
устройство

8. Цикл ГТУ с подводом теплоты в процессе p=const

Цикл ГТУ с подводом теплоты в
q
процессе p=const
1
Р
2
3
1
q2
4
v
3
T
q1
4
2
1
q2
s
1-2 адиабатное сжатие воздуха в
компрессоре
2-3 изобарный подвод теплоты
(p=const)
3-4 адиабатное расширение рабочего
тела в газовой турбине
4-1 изобарный отвод теплоты

9. Характеристики цикла ГТУ с подводом теплоты в процессе p=const

p2
• ( )
p1
3
2
q2
T4 T1
1
t 1 1
1 1
q1
T3 T2

10. Сравнение циклов ГТУ

Однако, ГТУ с изохорным подводом теплоты
не получили широкого распространения.
Недостатки
• Сложности в организации изохорного
сгорания топлива
• Усложнение конструкции камеры сгорания
• Усиленный износ клапанов

11. Цикл ГТУ с регенерацией тепла

1 – воздушный компрессор
2 – камера сгорания
3 – газовая турбина
4 – электрогенератор
5 - регенератор

12. Цикл ГТУ с регенерацией тепла

Р
2
q1
2’
3
qто
4’
1
4
q2
v
3
T
q1
2
1
2’
4’
4
q2
s
qто
1-2 адиабатное сжатие воздуха в
компрессоре
2-2’ нагрев воздуха в регенераторе за
счет теплоты уходящих газов
2’-3 нагрев рабочего тела в камере
сгорания при p=const в процессе
подвода тепла при сжигании топлива
3-4 адиабатное расширение рабочего
тела в турбине
4-4’ – отвод теплоты от уходящих газов
в регенераторе
4-1 – охлаждение газов в атмосфере

13. Характеристики цикла ГТУ с регенерацией тепла

Т 2' Т 2
Т4 Т 2
3
T
q1
2
1
2’
4’
4
p2
p1
q2
s
qто
3
2'
t 1
Т
( 1)
2'
Т2
1
k 1
k
( 1)
( 1)

14. Учет необратимости в ГТУ

Т
q1
3
2д
2
1
4д
4
q2
s
1-2 адиабатное сжатие воздуха в
компрессоре
1-2д условное необратимое
адиабатное сжатие воздуха в
компрессоре
2д-3 изобарный подвод теплоты
(p=const)
3-4 адиабатное расширение
рабочего тела в газовой турбине
3-4д условное необратимое
адиабатное расширение рабочего
тела в турбине
4-1 изобарный отвод теплоты

15. Учет необратимости в ГТУ

кад
l
h h
2 1
l
h2 ' h1
т
к
д
к
li
lтд lкд
i
q1д h3 h2'
д
h3 h4 '
l
т
т
0i т
lт h3 h4
lе (h3 h4 ) 0iт (h2 h1 ) / кад мех
мех - механический КПД
е
le
q1д
Nе Gвоздle

16.

17.

18.

19.

20. ГТД с регенерацией