Термодинамика

Среднее давление - давление, которое, действуя постоянно во время хода поршня, совершает работу, равную работе за цикл.
, где - полный объём цилиндра.
, где - степень сжатия.
Коэффициент заполнения теоретической диаграммы действительной диаграммой .
Среднее индикаторное давление - давление, характеризующее работу в действительном цикле.
Индикаторная работа - работа действительного цикла.
Среднее эффективное давление , где - давление, ушедшее на механические потери.

Эффективная работа - .
Механический коэффициент полезного действия - .

, где - количество оборотов, - число тактов, - число цилиндров.

Основными характеристиками для выбора двигателя внутреннего сгорания являются: , , , ( - удельный расход).
,

- количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топлива.
, где - коэффициент избытка воздуха, .
.
Вопрос №50
Газотурбинные установки.
Преимущества ГТУ над поршневыми ДВС:

1. 
   Сразу получается вращательное движение.
   
2. 
   Большая единичная мощность.
   
3. 
   Меньшая удельная металлоёмкость.
   

Газовая турбина – лопаточный двигатель, преобразующий энергию потока газа, проходящего через сопловой аппарат и рабочие лопатки турбины, в механическую работу.
Схема газовой турбины:
1 – Направляющий аппарат.
2 – Рабочее колесо турбины.
3 – Рабочие лопатки.
Схема и рабочий процесс простейшей ГТУ:
1 – Воздушный фильтр.
2 – Осевой компрессор.
3 – Пусковое устройство.
4 – Камера сгорания.
5 – Турбина.
6 – Потребитель (центробежный компрессор, генератор электрической энергии, буровая установка).
7 – Топливный газ.
8 – Уходящий газ.
Степень повышения давления . В осевом компрессоре .
Коэффициент избытка воздуха . В осевом компрессоре .
Температура рабочего тела составляет .
Классификация ГТУ:

1. 
   По термодинамическому признаку:
   
   1. 
      Г ТУ, работающие по циклы Гемфри (1-2-3-4). . ГТУ такого типа имеют больший коэффициент полезного действия, чем ГТУ, работающие по циклу Брайтона.
      
   2. 
      ГТУ, работающие по циклу Брайтона (1-2-3`-4).
      
2. 
   По организации процесса:
   
   1. 
      ГТУ, работающие по открытому циклу. В ГТУ такого типа рабочее тело постоянно меняется.
      
   2. 
      ГТУ, работающие по закрытому циклу. В ГТУ такого типа рабочее тело не меняется.
      
3. 
   По конструкции:
   
   1. 
      ГТУ одновальной конструкции.
      
   2. 
      ГТУ двухвальной конструкции. Такой тип ГТУ используется в случае переменных режимов работы ГТУ.
      
   3. 
      ГТУ трёхвальной конструкции. Такой тип ГТУ используется в случае переменных режимов работы ГТУ.
      

ГТУ, работающие по закрытому циклу.
Преимущества ГТУ, работающей по закрытому циклу: возможность использовать низкокачественное топливо.
С хема ГТУ, работающей по закрытому циклу:
1 – Пусковое устройство (турбодетандер).
2 – Осевой компрессор.
3 – Камера сгорания, печь, тепловое устройство.
4 – Турбина.
5 – Потребитель.
6 – Холодильник.
7 – Трубный пучок.
8 – Вход воздуха.
9 – Вход топлива.
ГТУ двухвальной конструкции.
Преимущества ГТУ двухвальной конструкции: даёт возможность при переменном режиме работы потребителя и силовой турбины поддерживать оптимальный режим работы газогенератора.
Характеристикой таких ГТУ является величина . Чем больше , тем лучше ГТУ.
Схема ГТУ двухвальной конструкции:
1 – Воздушный фильтр.
2 – Осевой компрессор.
3 – Пусковое устройство.
4 – Камера сгорания.
5 – Топливный газ.
6 – Турбина высокого давления.
7 – Турбина низкого давления.
8 – Уходящий газ.
9 – Потребитель (центробежный компрессор, генератор электрической энергии, буровая установка).
Способы повышения эффективности работы ГТУ:

1. 
   Повышение температуры продуктов сгорания перед турбиной.
   
2. 
   Повышение степени сжатия в осевом компрессоре.
   
3. 
   Регенерация теплоты, уходящих газов.
   
4. 
   Использование многоступенчатого сжатия воздуха с промежуточным охлаждением.
   
5. 
   Многоступенчатое расширение продуктов сгорания с промежуточным их подогревом.
   

Эффективный термодинамический цикл ГТУ.
Ц икл Брайтона 1-2-3-4.
Реальный процесс , где - политропное сжатие; - процесс подвода тепла при непостоянном давлении; - политропный процесс расширения; - процесс отвода тепла при непостоянном давлении.
Регенератор – тепловой аппарат, в котором происходит теплообмен между продуктами сгорания с воздухом, сжатом в компрессоре.
Для регенерации нужно чтобы .
ГТУ могут быть регенеративного и безрегенеративного типов.
ГТУ регенеративного типа.
Преимущества ГТУ регенеративного типа: возможность повысить КПД, вследствие уменьшения расхода топливного газа.
Схема ГТУ регенеративного типа:
, где - нижнее рабочее значение теплоты.