Циклы парогазовых установок. ПГУ с высоконапорным парогенератором.

ПГУ представляют собой комбинацию паротурбинной и газотурбинной установок, а термодинамический цикл ПГУ – это комбинированный цикл, состоящий из цикла ПТУ (Ренкина) и цикла ГТУ (Брайтона).

В настоящее время нет рабочих тел, удовлетворяющих всем требованиям во всем температурном интервале цикла, поэтому осуществляют цикл, используя комбинацию 2-х рабочих тел, применяя каждое из них в той области температур, где это рабочее тело обладает наибольшим преимуществом - бинарные.

В комбинированных циклах ПГУ, цикл ПТУ Брайтона занимает область увеличенных температур, а циклы Ренкина – область уменьшенных температур. Объяснение:

макс температура газа в ГТУ 1350-1500, что выше пара; теплоту уходящих газов ГТУ, имеющих темп. 400-600 выгоднее использовать в низкотемпературном цикле; отвод теплоты в цикле паротурбинной установки осуществляется в изотермическом процессе, при температуре, близкой к температуре окружающей среды.

Как уже было установлено, энтропия есть функция состояния тела и,

следовательно, зависит от параметров состояния тела и совершенно не

зависит от характера протекания самого процесса, происходящего с рабочим

телом. Каждому равновесному состоянию тела соответственно вполне

определенное значение энтропии и обратно. Следовательно, энтропия может

рассматриваться как некоторый новый термодинамический параметр

состояния тела. Последнее позволяет выбрать новую систему координат Ts

для изображения термодинамических процессов и отдельных состояний

рабочего тела (рис. 4.2).

Рис.4.2

Итак, имеем

Tds = dq ; dq=Тds или для конечного участка процесса 1-2

получим

q =12∫Tds .

Тогда в системе координат Тs получим, что площадь под любым

процессом, ограниченная крайними ординатами и осью абсцисс,

представляет собой внешнее тепло, участвующее в процессе. В технической

термодинамике принято считать тепло, подводимое к системе, ТРТ,

величиной положительной, а отводимое - величиной отрицательной.

Из уравнения

Tds =dq видно, что знак у ds будет следить за знаком dq,

т.к. Т всегда существенно положительная величина.

Следовательно, если в процессе тепло подводится, то энтропия в этом

процессе будет возрастать (+dq, +ds) и, наоборот, если тепло отводится, то

энтропия будет уменьшаться (-dq, -ds).

При изображении термодинамических процессов в координатах Тs по

изменению энтропии легко можно определить подводится или отводится

тепло в этих процессах.

В этом разделе дается изложение теории основных циклов как двигателей внутреннего сгорания, так и авиационных реактивных двигателей и кратко рассмотрены обратные циклы поршневых компрессоров.

При изучении теории термодинамических циклов следует усвоить, во-первых, сами циклы и их вид в pυ- и Ts- диаграммах, четко представлять себе, какие процессы образуют данный термодинамический цикл и в каких частях двигательной установки они совершаются. А во-вторых, надо понять, какие параметры цикла и как они влияют на величину термодинамического КПД цикла и уметь объяснить сущность этого влияния.

Все термодинамические циклы можно разделить на две основные группы:

1. Циклы тепловых двигателей - прямые циклы.

2. Циклы тепловых машин-орудий - обратные циклы.

Первая группа прямых циклов в результате их совершения дает положительную результирующую работу, которая может быть использована каким-либо потребителем, и для своего осуществления требует затраты тепла. Вторая группа обратных циклов тепловых машин-орудий требует для своего совершения затраты механической работы.

Будем рассматривать идеальные циклы, т.е. обратимые равновесные термодинамические циклы. В этих циклах встречаются только обратимые термодинамические процессы подвода или отвода тепла. Никакие процессы сгорания, наполнения, выпуска газов и прочие в подобных термодинамических циклах не рассматриваются, т.к. все это процессы реальных тепловых двигателей. Поэтому будем полагать, что все рассматриваемые циклы совершаются в идеальных тепловых машинах, в частности, прямые циклы в идеальных тепловых двигателях, в которых совершаются обратимые равновесные термодинамические процессы, следовательно, отсутствуют реальные потери на трение, теплопередачу и др. В качестве рабочего тела здесь принимают идеальный газ, процессы сжатия и расширения

термодинамического рабочего тела (ТРТ) в цикле происходят по адиабате.

Исследование любого прямого цикла двигателя показывает (рис. 4.4), что круговой

процесс в цикле, в результате которого получается положительная результирующая

работа, возможен лишь в случае, если на одном участке цикла имеется подвод тепла q1 и

на другом - отвод тепла q2. При этом количество подведенного тепла должно быть

больше, чем отведенного (q1>q2).

Без этого условия невозможно осуществить прямой цикл, т.е. цикл с положительной результирующей работой.