Замкнутые ГТУ
Основная идея - повышение единичной мощности и эффективности ГТУ за счёт изменения массового расхода рабочего тела при неизменной степени повышения давления в цикле, что невозможно в ГТУ открытого цикла.
Принципиальная схема замкнутой ГТУ показана на рис. 1.6. Отработавший в турбине 3 газ после регенератора 6 не удаляется
Рис. 1.6 Принципиальная схема замкнутой ГТУ:
1-нагрватель (Воздушный котёл); 3-нагрузка; 3-турбина; 4-компрессор;
5-оладитель; 6-регенератор
в атмосферу, как в ГТУ открытого типа, а направляется в охладитель 5. Там он охлаждается до температуры Т3, при этом давление его снижается до P2. Охладитель представляет собой теплообменник поверхностного типа, в котором охлаждающей средой служит обычная вода. С точки зрения термодинамики, охладитель 5 выполняет роль теплоприёмника (холодного источника). Охлажденный газ поступает в компрессор 4, где сжимается от P2 до P1, за счет чего температура его повышается от Т3 до Т4. После компрессора газ направляется в регенератор 6, в котором подогревается за счёт газов, выходящих из турбины 3. В замкнутых ГТУ вместо камеры сгорания устанавливается нагреватель 1, в котором рабочее тело (газ или воздух) пропускается внутри трубок. Снаружи эти трубки нагреваются за счет тепла, выделяющего при сгорании топлива в топке, которая по принципу работы схожа с топкой паровых котлов. Поэтому нагреватель ГТУ иногда называют "воздушным котлом". В нагревателе 1, температура рабочего газа резко возрастает до Т1, далее газ поступает в турбину 3, где расширяется, совершая работу. Температура при этом падает до T2. Турбина вращает компрессор 4, а избыточную часть своей мощности отдает потребителю 2. Далее отработавший газ, имея достаточно высокую температуру, направляется в регенератор, где отдает часть своего тепла на подогрев газа, движущегося из компрессора 4 в нагреватель 1.
Затем цикл снова повторяется.
Нетрудно заметить, что в замкнутой ГТУ циркулирует одно и то же массовое количество рабочего тела, если не считать незначительной по величине утечки газа из контура через различные неплотности, которая автоматически восполняется из специального устройства (на рис. 1.6 не показано). Мощность установки регулируется изменением давления газа в её контуре за счет изменения массового расхода рабочего газа при сохранении практически неизменными степени повышения давления p, а также Т1 и Т3 (максимальной и минимальной температур цикла) с помощью специального центробежного регулятора (на рис. 1.3 также не показан). Кроме того, при уменьшении нагрузка число оборотов турбины уменьшается, т.е. уменьшается число циклов за единицу времена.
Замкнутее ГТУ по сравнению с открытыми обладают следующими преимуществами:
1) благодаря отсутствию в циркулирующем газе веществ, вызывающих коррозию и эрозию лопаточного аппарата, значительно повышается надёжность и долговечность турбины;
2) замкнутые ГТУ могут работать на любых видах топлива, в том числе на твердом и тяжелых сортах жидкого топлива (мазутах);
3) замкнутые ГТУ могут работать на атомной энергии;
4) путем повышения начального давления газа перед компрессором можно в широких пределах увеличивать его весовой расход в ГТУ. А это дает возможность либо в соответствующее число раз увеличить единичную мощность установки, либо же при неизменной мощности значительно снизить вес её за счёт уменьшения поверхности теплообменников, размеров ГТУ и диаметров трубопроводов;
5) в связи с тем, что в замкнутых ГТУ мощность регулируется изменением давления газа в контуре к.п.д. установки различных режимах нагрузки в широком диапазоне остаются неизменным;
6) в качестве рабочего тела можно использовать, кроме воздуха, любые газообразные вещества, либо обладающие лучшими теплофизическими свойствами, либо позволяющие сделать цикл установки более совершенным и выгодным о термодинамической точки зрения, либо имеющие какие-то другие ценные достоинства.
Примером тому может служить гелий, обладает лучшими теплофизическими свойствами, чем воздух, но он значительно дороже и отличается огромной текучестью. Однако то обстоятельство, что гелий при прохождении через атомный реактор не становиться радиоактивным, является решающим в деле использования его в качестве теплоносителя в атомных установках с газовыми реакторами.
Основной недостаток – громоздкость и сложность (громадный "воздушный" котел).
Дата добавления: 2015-05-03; просмотров: 4031;