МАМ. доклад. Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении цикл Дизеля
 Скачать 15.3 Kb.
|
|
Замкнутый цикл газотурбинной установки подразумевает под собой следующее: газ через компрессор подается в калорифер (теплообменник), куда поступает тепло от внешних источников. Затем он подается в газовую турбину, где осуществляется его расширение. Давление газа при этом получается меньше. После этого газы попадают в холодильную камеру. Тепло оттуда выводится во внешнюю среду. Циклы газотурбинных установок (ГТУ) и двигателей внутреннего сгорания Двигатели внутреннего сгорания – тепловая машина, в которой подвод тепла к рабочему телу осуществляется за счет сжигания топлива внутри самого двигателя. Рабочим телом в таких двигателях является на первом этапе воздух, а на втором – продукты сгорания жидкого или газообразного топлива. Двигатели внутреннего сгорания обладают двумя существенными преимуществами: – Компактность, так как горячий источник тепла находится внутри самого двигателя, отпадает необходимость в больших теплообменных поверхностях, через которые осуществляется подвод тепла от горячего источника к рабочему; – Температура рабочего тела, получающего тепло не через стенки двигателя, а за счет тепловыделения в объеме самого рабочего тела, может превосходить предел температуры, допустимой для конструкционных материалов. Основным элементом любого поршневого двигателя является цилиндр с поршнем, соединенным посредством кривошипно-шатунного механизма с внешним потребителем работы. Цилиндр снабжен двумя отверстиями с клапанами, через одно из которых осуществляется всасывание рабочего тела, а через другое – выброс рабочего тела по завершению цикла. Различают 3 основных вида циклов поршневого двигателей внутреннего сгорания: – Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме – цикл Отто, – Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении – цикл Дизеля, – Цикл со смешанным подводом теплоты – цикл Тринклера. Газотурбинные установки относятся к числу двигателей внутреннего сгорания. Газ, получившийся в результате сгорания топлива в камере сгорания, направляется на турбину. Продукты сгорания, расширяясь в сопловом аппарате и на рабочих лопатках турбины, производят на колесе турбины механическую работу. ГТУ по сравнению с поршневыми двигателями обладают целым рядом преимуществ: 1) простота силовой установки; 2) отсутствие поступательно движущихся частей, что позволяет повысить механический к.п.д.; 3) получение больших чисел оборотов, что позволяет существенно снизить вес и габариты установки; 4) осуществление цикла с полным расширением и тем самым большим термическим к.п.д. Эти преимущества ГТУ способствовали ее распространению во многих отраслях техники и особенно в авиации. В основе работы ГТУ лежат идеальные циклы, состоящие из простейших термодинамических процессов. Термодинамическое изучение этих циклов базируется на предположениях аналогичных тем, которые были сделаны в предыдущем разделе (циклы ДВС), а именно: циклы обратимы, подвод теплоты происходит без изменения химического состава рабочего тела цикла, отвод теплоты предполагается обратимым, гидравлические и тепловые потери отсутствуют, рабочее тело представляет собой идеальный газ с постоянной теплоемкостью. К числе возможных идеальных циклов ГТУ относят: а) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (р = const) - цикл Брайтона; б) цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (v = const); в) цикл с регенерацией теплоты. Во всех циклах ГТУ отвод теплоты при наличии полного расширения в турбине происходит при постоянном давлении. Из-за сложной конструкции камеры сгорания цикл ГТУ с изохорным подводом теплоты применяется крайне редко даже несмотря на то, что имеет повышенный КПД по сравнению с циклом Брайтона Более сложные турбины (те, которые используются в современных реактивных двигателях), могут иметь несколько валов (катушек), сотни турбинных лопаток, движущихся статорных лезвий, а также обширную систему сложных трубопроводов, камер сгорания и теплообменников. Как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала(ов), необходимая для поддержания максимальной линейной скорости лопаток. Максимальная скорость турбинных лопаток определяет максимальное давление, которое может быть достигнуто, что приводит к получению максимальной мощности, независимо от размера двигателя. Реактивный двигатель вращается с частотой около 10000 об/мин и микро-турбина — с частотой около 100000 об/мин. Газотурбинная установка - это агрегат, состоящий из газотурбинного двигателя, редуктора, генератора и вспомогательных систем. Поток газа, образованный в результате сгорания топлива, воздействуя на лопатки турбины, создает крутящий момент и вращает ротор, который в свою очередь соединен с генератором. Генератор вырабатывает электроэнергию. В основу устройства газотурбинного агрегата положен принцип модульности: ГТУ состоят из отдельных блоков, включая блок автоматики. Модульная конструкция позволяет в кратчайшие сроки производить сервисное обслуживание и ремонт, наращивать мощность, а также экономить средства за счет того, что все работы могут производиться быстро на месте эксплуатации. На первых этапах развития газотурбинных установок (ГТУ) в них для сжигания топлива применяли два типа камер сгорания. В камеру сгорания первого типа топливо и окислитель (воздух) подавались непрерывно, их горение также поддерживалось непрерывно, а давление не изменялось. В камеру сгорания, второго типа топливо и окислитель (воздух) подавались порциями. Смесь поджигалась и сгорала в замкнутом объеме, а затем продукты сгорания поступали в турбину. В такой камере сгорания температура и давление не постоянны: они резко увеличиваются в момент сгорания топлива. Со временем выявились несомненные преимущества камер сгорания первого типа. Поэтому в современных ГТУ топливо в большинстве случаев сжигают при постоянном давлении в камере сгорания. |