В газотурбинных установках подвод теплоты к рабочему телу происходит при p=const или υ=const. На рисунке 3 представлена схема наиболее распространенного типа газотурбинной установки со сгоранием топлива при p=const, а на рисунке 4 ее цикл в координатах Р,υ и T,S.
Компрессор К, расположенный на одном валу с газовой турбиной Т, засасывающей атмосферный воздух с давлением Р1 и сжимая его с повышением давления Р2 нагнетает в камеру сгорания КС. Туда же топливным насосом ТН, приводимым в действие газовой турбиной, подается жидкое топливо. Топливо распыляется форсункой и сгорает в камере сгорания КС.
Сгорание происходит при постоянном давлении. Из камеры сгорания газы поступают в турбину, приводят ее в действие, а затем выбрасываются в атмосферу.
Идеальный цикл ГТУ состоит из двух адиабат и из двух изобар. В компрессоре К происходит адиабатное 1-2 сжатие рабочего тела до давления Р2, затем изобарный 2-3-4 подвод теплоты q1 в камере сгорания КС, адиабатное 4-5 расширение газов на лопатках газовой турбины Т и изохорный 5-6-1 отвод теплоты к холодному источнику (внешней среде).
Рисунок 3 Принципиальная схема ГТУ с подводом теплоты при p=const
Рисунок 4 Диаграммы циклов ГТУ с подводом теплоты при p=const
В рассматриваемом цикле λр=λ-1 и формула термического кпд 11 примет вид
. (21)
Так как Р4/Р2=λ=1, Р2/Р5= Р2/Р1=(ν1/ν2)К=εК,
Ν4/ν2=ρ, ν2/ν1=1/ε, ν6/ν1= ν5/ν1=εν.
Тогда .
И термический кпд цикла формула 21 примет вид
(22)
В газотурбинных двигателях часто в место степени сжатия ε принимают степень повышения давления в компрессоре β=Р2/Р1. Так как (ν1/ν2)К=εК= Р2/Р1=β, то
(23)
Как видно из формулы 1.23 термический кпд цикла зависит от работы компрессора, сжимающего воздух и свойства рабочего тела (показателя адиабаты К). Чем выше показатель адиабаты К, большее сжатие воздуха компрессором (больше ε или β), тем выше fη.
При изменении нагрузки ГТУ (процесс расширения показан штриховыми линиями на рисунке 4) степень сжатия и показатель адиабаты К не меняются, поэтому ηt=const.
Удельная работа цикла при λр=1,λ=1,ευ=ρ
(24)
Сравнение циклов
Сравнение эффективности различных циклов тепловых двигателей производится сопоставлением их термических кпд.
Условиями для сравнения сопоставляемых циклов применяют одинаковые максимальные давления и максимальные температуры в конце горения, так как указанные параметры определяют конструктивные особенности тепловых установок, ограничивающие по требованиям прочности и надежности в эксплуатации двигателя. Кроме того исходят из степени сжатия, свойственной отдельным циклам при заданных Pmax и Tmax.
Характерным показателем для сравнения циклов также служит удельная работа Wy=q1ηt.
Для выявления способов повышения термического кпд тепловых двигателей целесообразно их циклы сравнить с циклом, характеризующимся наибольшим термическим кпд – Карно, который имеет тот же температурный перепад, что сравнимый с ним цикл.
(25)
Другим методом анализа циклов является нахождение для исследуемых циклов эквивалентных циклов Карно и последующее их сравнение между собой.