И ступенчатый подвод теплоты

Регенерация теплоты в ГТУ от газов выходящих из турбины осуществляется для подогрева воздуха подводимого в камеру сгорания, что позволяет обеспечить требуемую максимальную температуру цикла T_z. Схема ГТУ с подводом теплоты при р=const и регенерацией теплоты приведена на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Схема ГТД с регенерацией теплоты:

К – компрессор; ТО – теплообменник; КС – камера сгорания;

ГТ – газовая турбина; Р – редуктор

В эту схему вводится теплообменник (ТО), в котором выходящие из турбины газы подогревают воздух, поступающий из компрессора в камеру сгорания. Термодинамический цикл такой ГТУ показан на рис. 3.16.

а) б)

Рис. 3.16. Термодинамический цикл ГТД с регенерацией теплоты:

а – в координатах pv; b – в координатах Ts

Цикл образует следующие процессы: а-с – адиабатное сжатие; c-r – изобарный подвод теплоты q_то в теплообменнике, r-z – изобарный подвод теплоты q₁ в камере сгорания, z-b – адиабатное расширение в турбине, b-e –изобарный отвод теплоты q_то от продуктов сгорания в теплообменнике, e-a – изобарный отвод теплоты q₂ в окружающую среду.

Количество теплоты, отдаваемое газом в теплообменнике и получаемое воздухом, соответствует площадям e₀-e-b-b₀-e₀ = a₀-c-r-r₀-a₀ и определяется по формулам

. (3.27)

Для оценки эффекта регенерации вводится степень регенерации, представляющей отношение значений действительного повышения температуры воздуха в теплообменнике (T_r – T_c) к максимально возможному

. (3.28)

С целью увеличения термодинамического КПД и достижения степени регенерации теплоты близкого к единице ( ) применяется регенеративный цикл с многоступенчатым сжатием воздуха и многоступенчатым расширением газа в турбинах.

Вопросы для самопроверки

1. Изобразите принципиальную схему ГТУ без регенерации и с регенерацией теплоты.

2. Какими методами можно повысить термический КПД ГТУ?

3. Покажите графически в координатах T, s, что использование регенерации теплоты, ступенчатого сжатия и подвода теплоты приближает термический КПД цикла ГТУ к термическому КПД цикла Карно в том же интервале температур.

4. Почему в идеальном цикле ГТУ отвод теплоты принимается изобарным?