Идеальный цикл газотурбинного двигателя

Газотурбинные двигатели относятся к ДВС. Они обладают многими преимуществами по сравнению с поршневыми двигателями. Это, в первую очередь, большие мощности при сравнительно малых габаритах и достаточно высокая экономичность.

В качестве компонентов топлива в газотурбинных двигателях используются жидкое или газообразное горючее и воздух как окислитель. Принципиальная схема авиационного газотурбинного двигателя приведена на рис.5.7, где 1 – компрессор, 2 – камера сгорания, 3 – турбина, 4 – реактивное сопло

Рис.5.7

Сжатый в компрессоре воздух с высоким давлением и значительной температурой подается в камеру сгорания, туда же через форсунки поступает горючее. Перемешанная топливная смесь воспламеняется и сгорает. Высокотемпературные продукты сгорания устремляются к расширительной машине – турбине. В сопловом аппарате рабочее тепло разгоняется до высокой скорости, а на рабочих лопатках турбины кинетическая энергия потока преобразуется в механическую работу, приводя во вращение ротор турбины. От ротора турбины крутящий момент передается компрессору и другим потребителям мощности.

В некоторых типах авиационных газотурбинных двигателей часть энергии рабочего тела используется для создания реактивной силы (тяги двигателя).

В газотурбинных стационарных и авиационных двигателях сгорание топлива осуществляется при постоянном давлении.

Идеальный цикл изобарного газотурбинного двигателя, рис. 5.8, включает следующие процессы:

1-2 – адиабатный процесс сжатия рабочего тела в компрессоре;

2-3 – изобарный подвод тепла;

3-4 – адиабатное расширение рабочего тела в турбине;

4-1 – изобарный процесс отвода тепла в окружающую среду.

Заданными в цикле являются параметры на входе в компрессор p_1, v₁, T₁, степень повышения давления = р₂/р₁ и степень предваритель-

Рис. 5.8 ного расширения = v₃/v₂ = T₃/T₂.

Параметры состояния в характерных точках определяются аналогично

рассмотренным выше циклам.

Точка 2: p₂= p ; v₂ = v₁ ; T₂= T₁ .

Точка 3: p₃ = p₂ = p₁ ; v₃ = v₁; T₃= T₂ = T₁ .

Точка 4: p₄= p₁ ; v₄ = v₁; T₄ = T₁ .

Значения теплоты q₁ и q₂ в изобарных процессах будут равны:

q₁ = c_p (T₃ –T₂) = c_p ( ) T₁ и q₂ = c_p (T₄-T₁ )= c_p( -1)T₁.

После подстановки q₁ и q₂ в выражение (1.21) получим значение термического КПД цикла газотурбинного двигателя в виде:

. (5.6)

Из выражения (5.6) следует, что термический КПД газотурбинного двигателя зависит только от степени повышения давления и показателя адиабаты продуктов сгорания. С увеличением и кзначение растет.