ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ В ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКЕ.

  тепловой баланс камеры сгорания.

  МОЩНОСТЬ И КПД ГТД

 

В реальных ГТУ, как и в других видах энергетических установок, часть энергии, вырабатываемой двигателем, не доходит до потребителя и безвозвратно теряется из цикла. Все потери энергии в ГТУ разделяются на внутренние, изменяющие термодинамическое состояние рабочего тела; и внешние, не влияющие на состояние рабочего тела.

 

К внутренним потерям энергии в ГТУ относят:

 

· внутренние потери в компрессоре, которые учитываются внутренним КПД компрессора – . К внутренним потерям компрессора относят:

- профильные потери, обусловленные трением потока воздуха или газа о профильную часть лопаток (потери от трения и вихреобразования в пограничном слое на поверхности рабочих и направляющих лопаток, потери от вихреобразования в вихревом закромочном следе, потери в скачках уплотнений);

- концевые потери, обусловленные наличием торцевых поверхностей лопаток и радиальных зазоров у вершин лопаток;

- другие внутренние потери,  возникающие за пределами лопаток от трения ротора о воздух, смешения потоков и т.д.

 

· внутренние потери в газовой турбине, которые учитываются относительным внутренним КПД турбины – . К этим потерям (как и для компрессора) относят профильные, концевые и другие внутренние потери в проточной части газовой турбины;

 

· потери теплоты в камере сгорания, которые учитываются с помощью теплового КПД камеры сгорания – ;

 

· потери на гидравлическое сопротивление в воздушном тракте ГТУ  (гидравлические потери в воздухопроводах, регенераторах, воздухоохладителях);

 

· потери на гидравлическое сопротивление в газовом тракте ГТУ  (гидравлические потери в газопроводах, камере сгорания и регенераторе);

 

· потери, связанные с расходом воздуха на охлаждение турбинных деталей (лопаток, дисков и т.д.).

 

Внутренние потери ГТУ учитываются внутренним КПД:

 

где:  – внутренняя полезная работа ГТУ, [кДж/кг];

                   

– действительное количество теплоты, затрачиваемое в камере        

 сгорания на нагрев воздуха от температуры Т₂ до Т₃, [кДж/кг];

– расход топлива, [кг/с];

– расход воздуха, [кг/с];

– низшая теплота сгорания топлива, [кДж/кг].

 

К внешним потерям энергии в ГТУ относятся:

 

· потери на трение в подшипниках компрессора, учитываемые механическим КПД компрессора – ;

· потери на трение в подшипниках турбины, учитываемые механическим КПД газовой турбины – ;

· потери на трение в подшипниках и зацеплениях редуктора, учитываемые механическим КПД редуктора – ;

· потери вследствие утечки газа через концевые уплотнения;

· затраты энергии на привод навешенных механизмов.

 

Внешние потери ГТУ учитываются механическим КПД установки:

где:  – эффективная работа ГТУ, [кДж/кг];

      – сумма внешних потерь энергии, [кДж/кг].

 

Наличие потерь энергии видоизменяет характер процессов, протекающих в реальной установке, по сравнению с теоретическим циклом (рис. 56):

При сжатии воздуха в компрессоре конечная точка 2, характеризующая термодинамическое состояние рабочего тела на выходе из компрессора, смещается по изобаре  вправо относительно теоретической точки –  (процесс сжатия воздуха происходит с увеличением энтропии рабочего тела). Аналогично, с увеличением энтропии рабочего тела, протекает процесс расширения газа в газовой турбине. Конечная точка – 4, характеризующая термодинамическое состояние газа на выходе из газовой турбины, смещается по изобаре  вправо относительно теоретической точки – .

 

Внутренние и внешние потери в ГТУ учитываются эффективным КПД, равным отношению эффективной работы к действительному количеству теплоты, затраченной на нагрев воздуха в камере сгорания:

 

 

где:

 – величина, связанная с коэффициентом избытка воздуха при горении топлива.

 

Величина  может быть определена из уравнения теплового баланса камеры сгорания ГТД.

 

В левую часть уравнения входят:

 

- теплота, выделяющаяся при сгорании топлива (первое слагаемое);

- теплота, вносимая в камеру сгорания с воздухом (второе слагаемое);

Рис. 56. Диаграмма  реального          (с учетом потерь) цикла ГТУ

- теплота, вносимая в камеру сгорания с топливом (третье слагаемое).

 

Правая часть уравнения характеризует количество теплоты, содержащейся в отводимом из камеры сгорания газе.

 

где:

  – расход топлива;

 – низшая теплота сгорания топлива;

 – коэффициент полноты горения;

 – коэффициент избытка воздуха: отношение фактического расхода воздуха к теоретически необходимому для обеспечения полного сгорания топлива;

 – теоретически необходимый расход воздуха для обеспечения полного

   сгорания топлива;

– удельные теплоемкости воздуха, топлива и газа соответственно;

– температуры: воздуха на входе в камеру сгорания, топлива,

         газов на выходе из камеры сгорания соответственно;

 – количество теплоты, затраченной в цикле на подогрев 1 кг воздуха.

 

Эффективная мощность газотурбинной установки:

 

 

Наряду с термодинамической характеристикой реальный цикл ГТУ оценивается также двумя другими показателями – удельными расходами топлива и воздуха. Они представляют собой отношение массовых расходов топлива и воздуха, потребляемых установкой, к мощности, отдаваемой потребителю:

удельный расход топлива :       ;

 

удельный расход воздуха :        

 

С учетом этих показателей, формула для определения КПД газотурбинной установки примет вид:

 

 

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: