Ugrás a tartalomhoz

Energetika – Energiamenedzsment

Dr. Benkő Zsolt István, Dr. Pitrik József (2011)

Elméleti Brayton-Joule körfolyamat

Elméleti Brayton-Joule körfolyamat

A körfolyamatot George Brayton mérnök dolgozta ki (1872). A körfolyamatot megvalósító eszközök a gázturbinák, melyeket főleg gázturbinás erőművekben illetve repülőgépmotorokban használnak[43] [44] . A fő részei az 5.7 ábrán láthatóak. A kompresszor összesűríti és az égéstérbe juttatja a levegőt. Az égéstérbe juttatják az üzemanyagot is, majd a levegővel elégetik. A forró égéstermékek a turbinán keresztül hagyják el a berendezést, miközben a turbina tengelyét forgásba hozzák, s így mechanikai munkát végeznek. A működés szigorúan véve nem körfolyamat, hiszen a levegő egyfolytában átáramlik a rendszeren és nem tér vissza. De mivel a kompresszor előtt és a turbina után az állapotok nem változnak működés közben, ezért a számítások során tekinthetjük zárt körfolyamatnak. A körfolyamat két izobár és két adiabatikus folyamatból áll. Az izobár folyamatok során az entalpiával kell számolni. Az entalpia a 4.25 egyenlet mintájára felírható az alábbi alakban:

(5.13)

A kompresszor adiabatikus módon összenyomja a levegőt (5.8-10 ábra; 1-2 szakasz). Ezt követően az égéstérben állandó nyomáson az üzemanyag és levegő keveréke elég (hőfelvétel: 5.8-10 ábra; 2-3 szakasz). A forró gázok adiabatikusan kitágulva lehűlnek, miközben munkát végeznek (5.8-10 ábra; 3-4 szakasz).

A turbinából kilépve állandó nyomáson leadják a felesleges hőt a környezetnek (5.8-10 ábra; 4-1 szakasz).

5.7. ábra - Gázturbina elvi felépítése

Gázturbina elvi felépítése


5.8. ábra - Brayton-Joule körfolyamat (gázturbina) p-V diagramja

Brayton-Joule körfolyamat (gázturbina) p-V diagramja


5.9. ábra - Brayton-Joule körfolyamat (gázturbina) T-S diagramja

Brayton-Joule körfolyamat (gázturbina) T-S diagramja


5.10. ábra - Brayton-Joule körfolyamat (gázturbina) H-S diagramja

Brayton-Joule körfolyamat (gázturbina) H-S diagramja


H-S diagram segítségével összehasonlítható a kompresszor és a turbina munkája, valamint a felvett és leadott hő. A hatásfok az 5.8 egyenlet alapján számítható:

(5.14)

A hő felvétele és leadása is állandó nyomáson történik, tehát az entalpia segítségével felírható:

(5.15)

(5.16)

Így a hatásfok:

(5.17)

A 4.34 egyenlet alapján belátható, hogy a hatásfok:

(5.18)

gázturbina hatásfoka a nyomásviszony növelésével javítható. A fordított Brayton-Joule körfolyamat (Bell-Coleman körfolyamat) sugárhajtású repülőgépeken használatos légkondícionálásra.



[43] Budó Ágoston: Kísérleti fizika I., Tankönykiadó, Budapest, 1978, pp. 477-478

[44] Litz József: Fizika II., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2005, pp. 226-227