0. 3.3 Газотурбинные установки.

Газотурбинные установки(ГТУ) применяются для привода насосов и компрессоров на магистральных нефте- и газопроводах, в турбореактивных двигателях самолетов, приводов судов и т.д. Газотурбинные установки обладают малыми габаритами и массой, могут работать на жидком и газообразном топливе, что обеспечило их широкое применение в технике.

На рис.3.3 представлена схема газотурбинной установки. Воздух засасывается компрессором 3 и сжимается, затем поступает в теплообменник 5, где нагревается за счет тепла отходящих газов. Нагретый воздух подается в камеру сгорания 1, куда поступает топливо. Продукты сгорания поступают в газовую турбину, приводя во вращение рессор 3 и генератор электрического тока 4. Отработанные газы, пройдя теплообменник 5, выбрасывают в атмосферу.

Мощность турбины зависит от разности температур газа на входе в турбину Т₁ и на выходе из нее Т₂. Удельная работа l одного кг газа, прошедшего через лопатки турбины равна

l=С_Р(T₁ – T₂) _e , (3.6)

где С_р – изобарная теплоемкость, ;

_e - Кпд установки ( _e =0,1-0,3);

Рис.3.2-Схема газотурбинной установки:

1- камера сгорания; 2- турбина; 3- компрессор; 4- генератор; 5- теплообменник

0. 3.4 Турбореактивные двигатели.

Широкое применение турбореактивные двигатели нашли в авиации. На рис. 3.4. показана схема турбореактивного двигателя. В нем газовая турбина 4 приводит во вращение осевой компрессор 2. В диффузоре 1 используется скоростной напор набегающего воздуха для повышения давления перл компрессором.

Компрессор 2 сжимает воздух и подает его в камеру сгорания 3. Продукты сгорания направляются в газовую турбину 4, где газы частично расширяются, совершая работу. На выходе из турбины газы расширяются в сопле 5, создавая реактивную тягу самолета. Турбореактивные двигатели отличаются компактностью, легкостью, большой мощностью, которая достигает 30000 КВт.

1- диффузор; 2- компрессор; 3- камера сгорания; 4- газовая турбина; 5- сопло.

Рис. 3.3-Схема турбореактивного двигателя

3.5. Холодильные машины

Холодильная машина – устройство для отвода теплоты от охлаждаемого тела, температура которого ниже чем температура окружающей среды. Холодильные машины используются для получения температур от 10 до -150⁰ С.Область более низких температур относится к криогенной технике. Холодильные машины отнимают теплоту от охлаждаемого тела и передают охлаждающей среде (воде или окружающему воздуху) с затратой энергии.

Применяются несколько типов холодильных машин:

- воздушные холодильные машины;

- паровые компрессорные холодильные машины;

- абсорбционные холодильные машины.

Воздушная холодильная машина. Хладагентом в ней служит воздух. Принцип ее действия заключается в следующем. Воздух из охлаждаемой камеры 3 засасывается компрессором 1, где подвергается адиабатическому сжатию. Сжатый воздух поступает затем в теплообменник 2, где охлаждается водой. Далее воздух направляется в расширительную машину – детандер 4, где расширяется и производит полезную работу. Температура воздуха при расширении снижается до -60…-70⁰ С. Охлажденный воздух затем поступает в холодильную камеру 3, где отнимает тепло от охлаждаемого тела.

Холодильный коэффициент теоретического цикла воздушной холодильной машины равен

, (3.7)

где q₁ - количество теплоты, отнимаемого от охлаждаемого тела, ;

q₂ - количество теплоты, передаваемое охлаждающей воде, .

Рис.3.4-Схема воздушной холодильной машины

Паровая компрессорная холодильная машина. Рабочим телом такой машины являются низкокипящие тела: аммиак, фреоны и др. При атмосферном давлении температура их кипения ниже 0⁰ С. Компрессор 1 сжимает пары рабочего тела, которые затем поступают в конденсатор 2, где отдают теплоту при постоянном давлении. Пары при этом конденсируются, превращаясь в жидкость за счет охлаждения водой. Далее жидкость проходит через дроссельный клапан 4, где расширяясь, превращается в пар. Затем рабочее тело виде пара поступает в охлаждаемую камеру 3 (испаритель), где при постоянных давлении и температуре насыщенный пар превращается в нагретый, отнимая теплоту от охлаждаемого тела. Далее пар подается в компрессор и цикл повторяется.

Холодильный коэффициент машины равен

. (3.8)

где q₂ – количество теплоты, отнимаемое от охлаждающего тела, ;

l – затраченная работа, ;

i₁ и i₂ – энтальпия рабочего тела на входе и выходе из компрессора, ;

i - энтальпия рабочего тела на входе в испаритель, .

Рис.3.5-Схема паровой компрессорной холодильной машины

Паровая компрессорная холодильная машина имеет более высокий КПД, чем воздушная.

Абсорбционная холодильная машина. В основу принципа действия абсорбционной холодильной машины положено свойство растворов изменять температуру кипения в зависимости от концентрации. В этих машинах в качестве рабочего тела используется водно-аммиачный раствор, температура которого снижается с повышением концентрации аммиака в растворе (рис.3.12.).

Абсорбционная холодильная машина работает следующим образом. Пары аммиака из генератора 1 сжижаются в конденсаторе 2 и через редукционный вентиль 3 поступают в испаритель 4, находящийся в охлаждаемой камере. При дросселировании давление паров падает от р_к до давления в испарителе р_х, а температура снижается от t₁ до t₄ . Рабочее тело при этом переходит в газожидкостное состояние, отнимая теплоту Q_x.

1 – генератор; 2 – конденсатор; 3 – редукционный вентиль;

4 – испаритель; 5 – абсорбер; 6 – насос.

Рис.3.6-Схема абсорбционной холодильной машины

Образовавшиеся в испарителе пары аммиака направляются в абсорбер 5, где поглощаются слабым водно-аммиачным раствором. Здесь использовано свойство слабого аммиачного раствора поглощать холодные пары аммиака. В абсорбер 5 из генератора 1 поступает слабый раствор аммиака, который по мере поглощения паров NH₃ понижает свою концентрацию, а также давление паров р_х и температуру t₅. Насыщенный раствор аммиака насосом 6 перекачивается в генератор 1. В генераторе 1, благодаря подводу извне теплоты Q_ген, происходит кипение раствора при давлении р_к с выделением почти чистого аммиака NH₃. По мере отгонки аммиака раствор обедняется и отводится через редукционный вентиль в абсорбер 5. Выделенные пары аммиака поступают в конденсатор 2, где сжижаются путем отвода теплоты Q_k. Перекачивающий насос 6 повышает давление раствора от Р_х до Р_к. Теплота растворения аммиака в абсорбере Q_a отводится охлаждающей водой или воздухом.

Эффективность работы абсорбционной холодильной установки оценивается коэффициентом использования тепла

, (3.9)

где q_x – холодопроизводительность, т. е. тепло, отбираемое в испарителе;

q₁ – количество тепла, подведенное греющим паром в генераторе;

q_H – затраты тепла на работу насоса.

Абсорбционная холодильная машина имеет ряд преимуществ, благодаря которым они получили широкое распространение: простота обслуживания, невысокая стоимость, возможность использования отработанного тепла. К недостаткам относятся низкий КПД, большой расход воды.