Цикл газотурбінної установки з ізобарним підведенням теплоти і регенерацією

Максимальна температура циклу газотурбінної установки, а отже ступінь стиску є, обмежені тією температурою, при якій можуть досить тривалий час працювати лопатки газових турбін. Тим самим обмежуються й досяжні значення термічного ККД газотурбінної установки. З метою підвищення термічного ККД газотурбінної установки застосовують регенеративні пристрої.

Рис. 3 На рис. 3 показана принципова схема такого роду газотурбінної установки з ізобарним підведенням теплоти. Регенерація полягає в тому, що гази у турбіні, що відпрацювали, використовуються на підігрів повітря, що надходить із компресора в камеру згоряння. Ізобари р1 і р2 відводи й підведення теплоти в циклі газотурбінної установки на діаграмі Ts є еквідистантними кривими. Якщо в зазначених ізобар є відрізки, розташовані між ізотермами, що перетинають обидві ізобари, то на цих ділянках ізобар можливо організувати регенерацію теплоти.

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

На рис. 4 показаний у координатах pv і Ts цикл газотурбінної установки з повною регенерацією теплоти. Як видно з діаграми Ts, питома теплота, що підводиться на ділянці 2-4' ізобари р2, дорівнює питомій теплоті, що відводиться на ділянці 2'-4 ізобари р1. Ці кількості теплоти (позначені qp) не тільки рівні один одному, але, що особливо важливо, процеси відводу й підведення теплоти відбуваються в однакових температурних умовах (у межах температур від Т2 до Т4). Тому можливо шляхом введення в цикл спеціального теплообмінника передати теплоту, що відводиться на ділянці 2'- 4 від газів турбіни, що відпрацювали, повітрю, що нагнітається в камеру згоряння.

Р

Рис.4

Такий захід істотно підвищує термічний ККД газотурбінної установки, тому що із зовнішнього середовища запозичиться менша кількість теплоти q’i = qi - qp і в зовнішнє середовище виділяється також менша кількість теплоти q'2 = q1 - qp, де qi і q2 — теплота, що підводиться й відводиться у циклі без регенерації.

Термічний ККД розглянутого циклу дорівнює

q cp (тз - T4)

З формули (3)

Ґ т T2 -1 T1

T3 -1 T4

T1

/

1----- rjt - = 1 - 1/p

T1

T

(6)

T

де p= v3/v2.

З формули (6) витікає, що термічний ККД циклу газотурбінної установки з ізобарним підведенням і повною регенерацією залежить тільки від температури Т4 наприкінці адіабатного розширення газу в турбіні (температура Т1, що є температурою зовнішнього середовища, змінюється досить незначно).

У дійсних умовах для здійснення теплообміну між газом і повітрям необхідна деяка різниця температур. Тому температура нагрітого повітря на виході з регенератора буде Т5<Т4, а температура газів Т6>Т2. Повнота регенерації, що відбувається, оцінюється значенням відношення

Т - t2 )

а =

(7)

(4 - T2)

називаного ступенем регенерації. У дійсних умовах о = 0,5...0,7. при с<1 термічний ККД циклу буде менше, ніж у випадку повної регенерації.