Введение

Газотурбинная установка (ГТУ) является тепловым двигателем, предназначенным для производства работы за счёт тепловой энергии.

Техническая термодинамика изучает общие принципы построения циклов тепловых двигателей и некоторые общие закономерности для этих циклов.

Закономерности различных термодинамических процессов выявляются при рассмотрении циклов и принципиальных схем реальных тепловых установок. Тепловые установки, в которых осуществляется прямой цикл (т.е. цикл, в котором производится работа, отдаваемая внешнему потребителю), называются теплосиловыми установками, а установки, работающие по обратному циклу (т.е. циклу, для осуществления которого затрачивается работа, подводимая извне), — холодильными установками.

Циклы теплосиловых установок обычно подразделяют на три основные группы: газовые; паровые; прямого преобразования теплоты в электроэнергию.

Такая классификация циклов определяется следующими причинами. Общим для всех теплосиловых газовых циклов является то, что в течение всего цикла рабочее тело находится в одном и том же агрегатном состоянии — в виде газа. При этом рабочее тело находится в состоянии, далеком от линии насыщения, и благодаря сравнительно невысоким давлениям в сочетании с весьма высокими (по сравнению с критической) температурами его можно с точностью, вполне достаточной для качественного анализа, рассматривать как идеальный газ.

Отличительной чертой второй большой группы циклов теплосиловых установок (паровых циклов) является использование таких рабочих тел, агрегатное состояние которых в цикле меняется: в одной части цикла рабочее тело находится в жидком состоянии, в другой части — в виде двухфазной смеси (влажного пара), в третьей — в виде перегретого пара. Обычно перегретый пар находится в состояниях, настолько близких к области насыщения, что к нему неприменимы законы идеального газа.

Третья группа объединяет стоящие несколько особняком от первых двух групп циклы теплосиловых установок, в которых осуществляется так называемое прямое преобразование теплоты в электроэнергию.

ГТУ относится к группе газовых теплосиловых установок, называемых двигателями внутреннего сгорания.

Как видно из самого названия, двигатель внутреннего сгорания представляет собой такую тепловую машину, в которой подвод теплоты к рабочему телу осуществляется за счет сжигания топлива внутри самого двигателя. Рабочим телом в таких двигателях является на первом этапе воздух или смесь воздуха с легко воспламеняющимся топливом, а на втором этапе — продукты сгорания этого жидкого или газообразного топлива (бензин, керосин, соляровое масло и др.). В газовых двигателях давления рабочего тела не слишком высоки и температуры его намного превышают критические, что позволяет с хорошим приближением рассматривать рабочее тело как идеальный газ; это существенно упрощает термодинамический анализ цикла.

Двигатели внутреннего сгорания обладают двумя существенными преимуществами по сравнению с другими типами тепловых двигателей. Во-первых, благодаря тому что у двигателя внутреннего сгорания горячий источник теплоты находится как бы внутри самого двигателя, отпадает необходимость в больших теплообменных поверхностях, через которые осуществляется подвод теплоты от горячего источника к рабочему телу. Это приводит к большей компактности двигателей внутреннего сгорания, например, по сравнению с паросиловыми установками. Второе преимущество двигателей внутреннего сгорания состоит в следующем. В тех тепловых двигателях, в которых подвод теплоты к рабочему телу осуществляется от внешнего горячего источника, верхний предел температуры рабочего тела в цикле ограничивается температурой, допустимой для конструкционных материалов (так, повышение температуры водяного пара