Obieg Braytona-Joule’a

W dzisiejszym świecie Obieg Braytona-Joule’a stał się tematem o ogromnym znaczeniu, jego implikacje są tak różnorodne, jak wpływowe we współczesnym społeczeństwie. Od wpływu na gospodarkę po wpływ na kulturę popularną, Obieg Braytona-Joule’a zyskał bezprecedensowe znaczenie w sferze globalnej. Przez lata budziła zainteresowanie zarówno naukowców, ekspertów, jak i ogółu społeczeństwa, wywołując ciągłą debatę mającą na celu zrozumienie jej wielorakich aspektów i konsekwencji. W tym artykule szczegółowo zbadamy różne wymiary Obieg Braytona-Joule’a i jego wpływ w różnych obszarach, zapewniając szeroki i pełny obraz jego dzisiejszego znaczenia.

Rzeczywisty i teoretyczny obieg Braytona-Joule’a na wykresie T-s. Linią przerywaną zaznaczone są przemiany rzeczywiste.

Obieg Braytona-Joule’a jest obiegiem porównawczym turbin gazowych. Składa się on z następujących przemian:

  • 1-2 – sprężanie adiabatyczne, bez strat, czyli reprezentowane przez adiabatę odwracalną, będącą jednocześnie izentropą,
  • 2-3 – izobaryczne dostarczenie ciepła (w układach rzeczywistych realizowane zwykle przez spalanie wewnętrzne paliwa),
  • 3-4 – rozprężanie adiabatyczne, bez strat, czyli odwracalne i jednocześnie izentropowe,
  • 4-1 – izobaryczne chłodzenie (w układach rzeczywistych realizowane zwykle poprzez wydalenie gorącego czynnika po rozprężeniu w turbinie i zassanie zimnego powietrza z otoczenia).

Teoretyczna sprawność obiegu wynosi:

Maksymalna temperatura obiegu (T3) w przypadku rzeczywistym ograniczana jest od góry przez własności materiałów, z których wykonywane są pierwsze stopnie turbiny (żaroodporność, żarowytrzymałość).

Obieg rzeczywisty turbiny gazowej różni się od porównawczego występowaniem strat. Straty te to tarcie wewnętrzne w procesach sprężania i rozprężania, oraz straty ciśnienia w procesach ogrzewania i chłodzenia czynnika.

W celu podniesienia sprawności obiegu Braytona-Joule’a wprowadza się regenerację ciepła (podgrzewanie sprężonego powietrza przed komorą spalania przez gorące spaliny), międzystopniowe chłodzenie (chłodzenie powietrza między dwoma stopniami sprężarki) i/lub dwustopniowe rozprężanie z przegrzewem wtórnym. Możliwe jest również wykorzystanie ciepła spalin z punktu 4 do produkcji pary zasilającej turbinę parową (por. układ gazowo-parowy, który może osiągać sprawność rzędu 60%).

Większość (ok. 2/3) mocy produkowanej przez turbinę zużywane jest na napęd sprężarki, co jest przyczyną stosunkowo niskiej sprawności obiegu w konfiguracji prostej.

Zobacz też

Bibliografia

  • T. Chmielniak: Obiegi termodynamiczne turbin cieplnych. Maszyny przepływowe. T. 2. Wrocław: Zakład Narodowy im. Ossolińskich Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk., 1988.
  • T. Chmielniak, A. Rusin, K. Czwiertnia: Turbiny gazowe. Maszyny przepływowe. T. 25. Wrocław: Zakład Narodowy im. Ossolińskich Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk, 2001.
  • T. Giampaolo: The Gas Turbine Handbook: Principles and Practices. Lilburn: The Fairmont Press, Inc., 1997.
  • Damazy Laudyn, Maciej Pawlik, Franciszek Strzelczyk, Elektrownie, Warszawa: WNT, 1997, ISBN 83-204-2155-1, OCLC 749403322.
  • S. Perycz: Turbiny parowe i gazowe. Maszyny przepływowe tom 10. Wrocław: Zakład Narodowy im. Ossolińskich Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk, 1992.
  • J. Szargut: Teoria procesów cieplnych. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1973.
  • J.I. Sznee: Teoria turbin gazowych. Warszawa: Państwowe Wydawnictwa Techniczne, 1954.
  • E. Tuliszka: Turbiny cieplne. Zagadnienia cieplne i przepływowe. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1973.