Действительный простой цикл

В реальной газотурбинной установке, работающей по простому циклу, имеется ряд потерь отрицательно влияющих на величину полезной работы установки, ее к.п.д.

К числу этих потерь можно отнести:

1. внутренние в турбине и компрессоре;

2. потери в камере сгорания, включающие потери теплоты от недожога топлива и вследствие излучения ее в окружающую среду;

3. давление преодоление гидравлического сопротивления газовоздушного тракта;

4. механические на трение в подшипниках турбины, компрессора, валопровода, в подшипниках и зацеплениях зубчатой передачи, а также механические на вращение неработающих ступеней турбины при наличии турбины заднего хода;

5. на охлаждение нагреваемых частей турбины и на утечки рабочего тела через наружные уплотнения компрессора и турбины, неплотности соединений трубопроводов;

6. связанные с затратой энергии на собственные нужды (привод топливного, масляного и циркуляционного насосов, машинных вентиляторов и др.)

7. на излучение газовой турбины, компрессора и трубопроводов.

Если же считать, что основное назначение установки только лишь обеспечение движения судна, то к указанным выше потерям необходимо прибавить потери, связанные с затратой энергии на обеспечение общесудовых нужд. Однако на данной стадии изучения газотурбинных установок будем считать, что из указанных выше потерь имеются только внутренние потери в турбине и компрессоре, камере сгорания.

Приняв теплоемкости постоянными, пренебрегая различием в значениях теплоемкостей и газов и различием их массовых расходов, можно записать

Данное уравнение показывает, что внутренний к.п.д. газотурбинного двигателя является функцией степени повышения давления воздуха в компрессоре , степени расширения газов в турбине , степени повышения температуры и коэффициентов полезного действия .

Потери энергии в турбине и компрессоре весьма заметно сказываются на эффективности ГТУ. Так, при снижении к.п.д. турбины с 87% до 85% относительное уменьшение к.п.д. двигателя составит 8%. Падение к.п.д. компрессора на 2% уменьшает ~ на 6% (при ).

По условиям жаропрочности материалов в настоящее время в судовых ГТУ с неохлажденными лопатками турбин начальную температуру газов принимают ≈ 860º С. Экономичность ГТД простого цикла при этом с учетом гидравлических и механических потерь, а также отбора воздуха на охлаждение элементов двигателя составляет 24 – 25%.

Следует отметить, что своего максимального значения внутренний к.п.д. ГТУ достигает при определенном оптимальном значении . С ростом температуры газов перед турбиной оптимальное значение увеличивается.

Экономичность цикла существенно зависит от степени повышения температуры . Например, повышение начальной температуры газа на 100º вызывает относительное увеличение на 10% (в районе ).

Снижение начальной температуры воздуха на 1º эквивалентно повышению температуры газа на входе в турбину на 3,5 – 4,0º.

Одним из способов повышения к.п.д. ГТУ наряду с повышением начальной температуры газа является усложнение цикла.