![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Оптимальная степень повышения давления компрессора с идеальным регенератором, выражение коэффициента полезного действия действительного двигателя
В ГТУ с регенератором воздух после компрессора в количестве GВ с температурой ТК и давлением рК направляется в теплообменник, где подогревается выходящим из турбины газом в количестве GП.С. до температуры ТР, при этом газ охлаждается от температуры ТТ до температуры ТУ. Эффективность регенератора оценивают обычно степенью регенерации 𝜎, который представляет собой отношение действительного подогрева воздуха к предельному: Для простоты анализа параметров цикла регенеративной ГТУ рассмотрим вначале установку с идеальным регенератором. При этом μ = 1 (коэффициент утечки массы GВ/ GП.С), 𝜎 р.к= 𝜎 р.т=1 (коэффициенты давления, характеризующие гидравлические потери), Qр.п. = 0 (тепловые потери). Для определения оптимальной степени повышения давления (ОСПД), соответствующей максимальной экономичности, найдем КПД ГТУ с идеальным регенератором: η е𝜎 = Le/Q1𝜎 , где Q1𝜎 = Ср(ТГ-ТР) – теплота, подведенная в камере сгорания. Температура ТР за регенератором:
Тогда КПД ГТУ с регенератором: где υ =ТГ/ТА; х=π ^((k-1)/k)/ Для упрощения дальнейших преобразований объединим в этом выражении величины, не зависящие от где Чтобы найти ОСПД, при которой КПД достигает максимального значения, нужно данное выражение продифференцировать и приравнять к нулю. Найдем максимальное значение для Приняв ряд упрощений, находим ОСПД:
В действительном цикле целесообразность регенерации ограничивается степенью повышения давления Температура за турбиной с учетом адиабатного КПД (15) по параметрам торможения равна.
Используя выше приведенные формулы, с учетом После преобразования имеем квадратное уравнение относительно где Отсюда С уменьшением КПД узлов ГТУ
Для действительного цикла ГТУ с регенерацией при 𝜎 =0, 5: для ОСПД при наибольшей работе. Определим в этом случае КПД идеального цикла (η к=1, η т=1): Рассмотрим изменение КПД η е𝜎 в зависимости от х. Получим: Отсюда следует, что η е𝜎 уменьшается линейно с ростом х и в отличие от КПД простейшей ГТУ зависит от температуры ТГ и растет с повышением υ. В действительном цикле целесообразность регенерации ограничивается степенью повышения давления π к.т., которой соответствует ТК=ТТ. Получаем: После преобразований: Из рассмотренных зависимостей следует, что если пренебречь гидравлическими потерями в регенераторе, то с ростом степени регенерации КПД η е𝜎 монотонно увеличивается и достигает максимума при 𝜎 =1. Этот вывод существенно изменится, если учесть гидравлические сопротивление регенератора, его размеры и массу.
16) Схемы многоагрегатных ГТУ. Преимущества и недостатки этих схем. Многоагрегатные ГТУ с регенератора и промежуточных охладителем. Цикл Зотикова. Коэффициент полезного действия многокамерной ГТУ Существуют несколько различных схем многоагрегатных ГТУ, которые вообще сводятся к двум вариантам: многокамерные ГТУ с регенератором и промежуточными охладителями, исследованная Г.И. Зотиковым(рис 13), и многоагрегатная ГТУ без регенератора и с промежуточной регенерацией по изотермно-адиабатному циклу Уварова, схема таких установок приведена на рис. 13. Рис. 14. Схема многоагрегатного ГТУ без регенератора Преимущества: экономичность, более высокий КПД. Недостатки: значительная стоимость, металлоемкость
Такая установка с регенератором, тремя компрессорами, тремя турбинами, двумя промежуточными охладителями, одной основной и двумя промежуточными камерами сгорания отличается от однокамерной в основном давлением, которое в последних компрессорах и первых турбинах, а также в регенераторе со стороны сжатого воздуха может быть значительно выше, чем в однокамерной ГТУ. Все узлы многокамерной ГТУ могут иметь различные удельные параметры и различаются по температурным условиям работы. Рассмотрим многокамерную ГТУ, состоящую из Сравним основные параметры однокамерной и многокамерной ГТУ одинаковой мощности. В однокамерной установке удельная работа Площадь поверхности регенератора в однокамерной ГТУ
где соотношение удельных поверхностей в следствии того, что коэффициент теплопередачи со стороны сжатого воздуха больше, т.е. Этот вывод важен в связи с тем, что регенератор в ГТУ имеет большой объем и значительную стоимость. КПД однокамерной ГТУ
многокамерной их соотношение Разобьем числитель на два слагаемых и так как т.е. экономичность условной многоагрегатной ГТУ без регенератора не отличается от экономичности однокамерной ГТУ с полной регенерацией В действительности в открытых ГТУ число камер сгорания
17. Многоагрегатные ГТУ без регенератора и промежуточных охладителей. Цикл Уварова. Коэффициент полезного действия многокамерной ГТУ. Применение регенератора позволяет повысить КПД ГТУ путем использования части теплоты уходящих газов и снижения их температуры. При этом уменьшается подводимая с топливом теплота Идеальным циклом наиболее экономичного двигателя в заданном интервале температур В.В. Уваров впервые подробно исследовал возможность использования видоизмененного цикла Карно в мощных энергетических ГТУ. Он предложил “срезать” углы цикла Карно и дополнить таким образом цикл двумя изобарами, при этом соотношение экстремальных удельных объемов может быть уменьшено до 102 раз, что можно признать удовлетворительным для проектирования узлов установки. При этом получается изотермно-адиабатный цикл Уварова, в котором процесс сжатия и расширения в ГТУ составлены из двух процессов – изотермного и адиабатного. Изотермные процессы заменяются последовательно чередующимися политропными процессами сжатия или расширения и процессами теплообмена при постоянном давлении. Рис.14. Действительный изотермно-адиабатный цикл многоагрегатной ГТУ при
Для получения действительного цикла многокамерной ГТУ необходимо учесть, что охлаждать сжатый воздух в охладителях до температуры окружающей среды невыгодно и температуру Экономичность идеального цикла Уварова зависит от соотношения При действительных процессах, сопровождаемыми потерями, оказывается выгодным осуществлять процессы сжатия и расширения частично по адиабатам и частично по изотермам. Это позволяет получить максимальный КПД ГТУ при осуществлении изотермно-адиабатного цикла Уварова. Найдем оптимальные соотношения между степенями повышения давления в процессе изотермного сжатия (или с промежуточным охлаждением) Обозначим Поскольку КПД изотермно-адиабатного цикла Уварова Работа расширения
Работа сжатия
Здесь Подведенная теплота Используя выражения (29) – (32) и полагая Из последнего выражения следует, что при заданных u и КПД узлов КПД ГТУ hУ зависит от х, х 2 и у2. Анализ последнего выражения показывает, что с увеличением х КПД hУ монотонно возрастает, значение hУ с повышением p к до нескольких сотен в z компрессорах, получим разделив числитель и знаменатель выражения на lnх®¥
hУ¥ = (muhТ1 – m/hК1)/ muhТ1 = 1 – 1/uhТ1hК1 В пределе для идеального цикла, когда hТ1 = hК1 при х ®¥ hУ¥ = 1 – 1/u = hка. Это объясняется тем, что подвод и отвод теплоты при p = const становится пренебрежимо малым по сравнению с подводом и отводом теплоты при Т = const. Степень повыешения давления выбирается из конструкционных соображений в зависимости от возможности создания компрессоров и турбин с большой суммарной степенью повышения давления при достаточно высоких их КПД. Для определения максимального hУ можно приравнять нулю две частные производные (¶h/¶ x 2, ¶h/¶ у 2) и найти оптимальные значения x 2h, у 2h.
|