Цикл ГТУ с регенерацией

Максимальная температура цикла газотурбинной установки, а следовательно, и степень сжатия е, ограничены той температурой, при которой могут достаточно длительное время работать лопатки газовых турбин. Тем самым ограничиваются и достижимые значения термического КПД газотурбинной установки.

В целях повышения термического КПД газотурбинной установки применяют регенеративные устройства. На рис. 5.16 показана принципиальная схема такого рода газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты. Регенерация заключается в том, что отработавшие газы турбины используются на подогрев воздуха, поступающего из компрессора в камеру сгорания.

Изобары р_{ и р₂ отвода и подвода теплоты в цикле газотурбинной установки на диаграмме Ts являются эквидистантными кривыми. Если у указанных изобар имеются отрезки, расположенные между изотермами, пересекающими обе изобары, то на этих участках изобар возможно организовать регенерацию теплоты.

• 1 — компрессор; 2 — камера сгорания;
• 3 — турбина; 4 — регенератор

На рис. 5.17 в координатах pv и Ts показан цикл газотурбинной установки с полной регенерацией теплоты. Как следует из диаграммы Ts, удельная теплота, подводимая на участке 2—4' изобары р₂, равна удельной теплоте, отводимой на участке 2'—4 изобары р_{. Эти количества теплоты (обозначенные q_p) равны друг другу, и, что особо важно, процессы отвода и подвода теплоты происходят в одинаковых температурных условиях (в пределах температур от Т₂ до Т_л). Поэтому возможно путем введения в цикл специального теплообменника передать теплоту, отводимую на участке 7—4 от отработавших газов турбины, воздуху, нагнетаемому в камеру сгорания.

Такое мероприятие существенно повышает термический КПД газотурбинной установки, так как из внешней среды заимствуется меньшее количество теплоты.

где q_{ и q₂ — соответственно подводимая и отводимая теплота в цикле без регенерации.

Термический КПД рассматриваемого цикла.

Поскольку следовательно, или так как Из (5.18) следует, что термический КПД цикла газотурбинной установки с изобарным подводом и полной регенерацией зависит только от температуры Т_А в конце адиабатного расширения газа в турбине (температура Т_{, являясь температурой внешней среды, изменяется весьма незначительно).

В действительных условиях для осуществления теплообмена между газом и воздухом необходима некоторая разность температур. Поэтому температура нагретого воздуха на выходе из регенератора будет Т₃ < Т_А, а температура газов Г_б > Т₂. Полнота совершающейся регенерации оценивается значением отношения.

называемого степенью регенерации. В действительных условиях о = 0,5⁰, 7. При, а < 1 термический КПД цикла будет меньше, чем в случае полной регенерации.