10. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. Циклы газотурбинных установок (ГТУ). Цикл Брайтона. Сравнение циклов.

• Газотурбинные установки являются разновидностью тепловых двигателей.  

• Газотурбинный двигатель сжимает и нагревает газ, преобразуя энергию в механическую работу.  

• Существуют авиационные и стационарные газотурбинные двигатели.  

• Газотурбинная установка включает газотурбинный двигатель, электрогенератор и вспомогательные системы.  

• Реже газотурбинная установка может включать компрессор.  

• Чаще всего это двигатель и электрогенератор для выработки электроэнергии.  

• Многоступенчатый компрессор сжимает воздух и подает его в камеру сгорания.  

• Топливо воспламеняется и сгорает, образуя энергию.  

• Энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу турбины.  

• Отработавшие газы направляются в утилизатор для получения тепловой энергии.  

• Преимущества: отсутствие кривошипно-шатунного механизма, высокая мощность, возможность использования дешевых видов топлива.  

• Недостатки: низкая экономичность, необходимость использования утилизатора для стационарных установок.  

• Газотурбинные установки применяются в малой энергетике и военной технике.  

• Быстро запускаются и имеют высокую степень автоматизации.  

• Три основных цикла: с подводом теплоты при постоянном давлении, с подводом теплоты при постоянном объеме, с регенерацией теплоты.  

• Устройство газотурбинной установки по циклу Брайтона: электрогенератор, топливный бак, камера сгорания, турбина, компрессор, котел-утилизатор.  

• Цикл состоит из четырех процессов: сжатие воздуха в компрессоре, подвод теплоты при сгорании топлива, расширение газа в турбине, утилизация тепла выхлопных газов.  

• Процесс ЗБ - дебатное расширение продуктов сгорания на лопатках турбины.  

• Процесс Б - изобарный отвод теплоты в атмосферу.  

• Исходные характеристики: степень повышения давления в компрессоре и степень предварительного расширения.  

• Параметры в характерных точках цикла: давление, температура, удельный объем.  

• Показатель адибаты к выбирается из таблиц или рассчитывается для конкретного газа.  

• Термический КПД зависит от степени повышения давления и показателя адибаты.  

• Увеличение термического КПД достигается за счет повышения степени повышения давления.  

• Ограничения: жаропрочность материала лопаток и температура горения топлива.  

• Применение жаропрочных материалов и охлаждение лопаток турбины.  

• Схема работы: общий вал, электрогенератор, ступени турбины и компрессора.  

• Камера сгорания с клапанами для подачи выхлопных газов и топлива.  

• Работа установки: раскручивание вала, сжатие воздуха, подача топлива, сгорание, подача газов на лопатки турбины.  

• Импульсный режим работы: лопатки турбины работают недолго.  

• Современные ГТУ предпочитают цикл Брайтона из-за надежности.  

• ГТУ с подводом теплоты при постоянной температуре имеют более высокий термический КПД.  

• Четыре процесса: адиабатное сжатие, сгорание, дебатное расширение, изобарный отвод теплоты.  

• Исходные характеристики: степень повышения давления в компрессоре и камере сгорания.  

• Термический КПД зависит от показателей пи и к.  

• Сравнение циклов: цикл с подводом теплоты при постоянной температуре более эффективен.  

• Сложности конструкции и снижение надежности из-за пульсирующего потока.  

• ГТУ с подводом теплоты при постоянной температуре не получили широкого распространения.  

• Регенератор используется для повышения эффективности и экономичности ГТУ.  

• Регенератор нагревает воздух, поступающий в камеру сгорания, за счет теплоты отработавших газов.  

• Схема ГТУ с регенерацией показана на экране, где регенератор является теплообменником.  

• Процесс ац: дебатное сжатие воздуха в компрессоре.  

• Процесс ц один: изобарный подогрев воздуха в регенераторе.  

• Процесс один зет: изобарный подвод теплоты в камеру сгорания.  

• Процесс зетб: адебатное расширение в соловом аппарате.  

• Процесс б два: изобарное охлаждение газа в регенераторе.  

• Процесс два а: изобарный отвод теплоты.  

• Схема с регенерацией не применима на авиационных ГТУ из-за больших размеров регенератора.  

• При полной регенерации воздух можно нагреть до температуры, равной температуре отработавших газов, а продукты сгорания охладить до температуры, равной температуре воздуха.  

• Рекомендуется ознакомиться с литературой для более глубокого понимания устройства и циклов работы ГТУ.  

• Основная литература оставлена на экране.  

• Благодарность за просмотр и пожелания успешной подготовки к экзаменам.