Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 27

Для выравнивания давления газа приходится применять несколько камер сгорания, работающих параллельно.

В практику газотурбостроения в последние годы прочно вошли установки со сгоранием при постоянном давлении.

2.4. Классификация потерь в газотурбинных установках

Основными потерями в простейшем ГТУ являются потери тепла с уходящими из турбины газами.

В целом потери тепла можно разделить на внутренние и внешние.

Действительные циклы ГТУ характеризуются внутренними коэффициентами полезного действия, которые учитывают потери тепла внутри турбин и компрессоров и показывают долю тепла, превращенного в полезную механическую работу внутри установки в действительном цикле из всего подведенного к нему тепла.

Кроме внутренних потерь, в ГТУ наблюдаются гидравлические потери в газо-воздухопроводах, камере сгорания, регенераторе, воздушных фильтрах, впускных и выпускных патрубках. Эти потери называются внешними.

К внешним потерям также относятся потери на преодоление сил трения в подшипниках, расход энергии на привод вспомогательных механизмов (насосов, регулирующих устройств и пр.). Эти внешние потери характеризуются  механическим КПД

Механический КПД всей установки в целом зависит от механического КПД – турбины  и механического КПД компрессора.

Аналогично другим тепловым двигателям работа на валу газотурбинной установки характеризуется эффективным КПД:

                                                           ,                  (2.12)

где η_в – внутренний КПД установки;

      η_м – механический КПД установки.

В камере сгорания газотурбинной установки наблюдаются тепловые потери, возникающие вследствие неполноты сгорания топлива и потерь тепла в окружающую среду. Эти потери оценивает КПД камеры сгорания η_к.с:

                                                            ,                    (2.13)

где q – полезное тепло, поступающее в газотурбинную установку, ккал/нм³ или ккал/кг;  – теплота сгорания топлива, ккал/нм³ или ккал/кг.

Если газотурбинная установка служит для приведения в действие электрического генератора, то должен быть учтен его КПД η_г.

На некоторых установках электрический генератор присоединяется не прямо к валу турбины, а через редуктор, КПД которого (η_ред) должен быть также учтен.

В общем случае КПД электрической станции, где в качестве первичных двигателей используют газовые турбины,

                                                   .          (2.14)

Практическое значение имеет удельный расход топлива на 1 кВт·ч, определяемый из соотношения, кг / кВт·ч или нм³ / кВт·ч:

                                                           .                  (2.15)

Определением удельного расхода топлива при разных значениях степени повышения давления β и степени изменения температуры теплоносителя в цикле выявляется минимальное его значение и, следовательно, наиболее экономичные параметры установки.

2.5. Способы повышения экономичности газотурбинных установок

Одним из основных способов повышения экономичности ГТУ является регенерация тепла уходящих газов для нагревания дутьевого воздуха.

Такой цикл называется регенеративным. Для осуществления такого цикла уходящие газы после газовой турбины направляются в регенератор, где они подогревают дутьевой воздух от температуры , за счет чего уходящие газы охлаждаются (от ) и вследствие этого КПД ГТУ повышается. Величина повышения КПД зависит от изменения температуры воздуха и газов или так называемой степени регенерации.

В ГТУ с регенерацией продукты сгорания после ГТ имеют более высокую температуру, чем воздух, поступающий в КС после сжатия в компрессоре. Таким образом, цикл ГТУ с регенерацией отличается от простого цикла идеальной ГТУ процессами подогрева воздуха в регенераторе и отвода теплоты от выхлопных газов.

Степень регенерации:

                                        ,                                                                (2.16)

где ∆Т_в, ∆Т_г – нагрев воздуха и охлаждение газов в регенераторе.