Циклы газотурбинных двигателей

Цикл газотурбинных двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении и постоянном объеме.

Схема простейшей газотурбинной установки (ГТУ) при сгорании топлива при постоянном давлении и ее идеальный цикл были приведены в параграфе 3.4.

Первый судовой ГТД был построен в 1897 г. инженером-механиком русского флота П. Д. Кузьминским и предназначался для катера. Однако широкое распространение ГТД получили сравнительно недавно. Это объясняется тем, что для осуществления экономичного и надежного двигателя необходимо было получить особо жаростойкие стали, а также создать турбину и компрессор с высокими коэффициентами полезного действия.

Термический КПД ГТД с изобарным подводом теплоты определяется по формуле.

Для адиабатных процессов сжатия и расширения можно написать.

где? — степень сжатия; p₂/Pi = тт — отношение, которое называют степенью повышения давления в компрессоре.

В рассматриваемом цикле (см. рис. 3.7) р_х = р_л и р₂ = р$. Следовательно,.

В то же время для изобарных процессов можно написать.

Из установленных соотношений следует.

Подставляя полученные выражения в формулу для х_п имеем.

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

Так как Т_х/Т₂- е*^-1, то или ПОСКОЛЬКУ 7 Т = Е^к.

Таким образом, формула для термического КПД цикла ГТД с изобарным подводом теплоты совпадает с формулой КПД цикла Отто при одинаковой степени сжатия.

Работы по повышению КПД ГТД проводились в направлении создания двигателей-турбин взрывного горения. Так, в 1906 г. была запатентована, а в 1908 г. построена турбина В. В. Кавродина, осуществлявшая цикл с подводом теплоты при постоянном объеме. Идеальный цикл такого ГТД представлен на рис. 5.15.

Термический КПД цикла.

Выразим температуры в характерных точках цикла через начальную температуру Т_х и соотношение между параметрами в частных процессах:

где X = Рз/р₂ — степень повышения давления при изохорном подводе теплоты.

Рис. 5.15. Идеальный цикл ГТД с подводом теплоты при постоянном объеме.

Подставляя выражение этих температур в формулу термического КПД, получим.

Цикл ГТД с периодическим сгоранием топлива при v = const более экономичен, но для его осуществления необходима установка в камере сгорания впускных и выпускных клапанов, что усложняет конструкцию и снижает надежность работы двигателя.

Кроме того, значительные гидравлические сопротивления клапанов существенно снижают термодинамические преимущества цикла, поэтому ГТД с изохорным подводом не получили широкого практического применения.