Методы повышения КПД ГТУ. Термический КПД ГТУ со сгоранием топлива при p=const растёт с увеличением степени повышения давления β

Термический КПД ГТУ со сгоранием топлива при p=const растёт с увеличением степени повышения давления β. Однако с ростом β увеличивается температура газов в конце сгорания топлива Т3,в результате чего быстро разрушается лопатки турбин и сопловые аппараты, охлаждения которых затруднительно.

Что бы увеличить КПД ГТУ частично изменили условия их работы. В установках стали применять регенерацию теплоты, многоступенчатое сжатие воздуха в компрессоре, многоступенчатое сгорание и т.д. Это дало значительный эффект и повысило в установках степень совершенства превращение теплоты в работу.

Регенерация теплоты при p=const

Сжатый воздух из турбокомпрессора 4 направляется в регенератор 8, где получает теплоту при постоянном давлении от газов, вышедших из камеры сгорания 1 через сопло 2 в турбину 3. Подогретый воздух из регенератора 8 через форсунку 7,а топливо из топливного насоса 5 через форсунку 6 направляется в камеру сгорания 1. (1)

Идеальный цикл ГТУ с регенераций теплоты при p=const.

На этих рисунках: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-5 – изобарный подвод теплоты в регенераторе; 5-3 – подвод теплоты при постоянном давлении в камере сгорания; 3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах турбины; 4-6 – Изобарный отвод теплоты от газов в регенераторе; 6-1 – изобарный отвод теплоты от газов по выходе из регенератора теплоприёмнику.

Если предположить, что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры воздуха, поступающего в него, т.е. от Т₄ до Т₆=Т₂, то регенерация будет полная.

Термический КПД цикла при полной регенерации, когда Т4-Т6=Т5-Т2,найдём по уравнению

Где

Тогда

Температура в основных точках цикла определяется по формуле:

КПД цикла

Термический КПД цикла с подводом теплоты при p=const и полной регенерацией зависит от начальной температуры газа T1 и от температуры в конце адиабатного расширения Т4.

Практически полную регенерацию осуществить нельзя вследствие ограниченных размеров регенераторов и наличия конечной разности температур между нагреваемым и охлаждаемым потоками газа. В этом случае нагреваемый в регенераторе воздух будет иметь температуру Т7, несколько меньшую Т5, а охлаждаемые газы – температуру Т8, более высокую, чем Т6. Поэтому термический КПД Цикла должен зависеть от степени регенерации, которая определяется как соотношение температур:

Термический КПД цикла ГТУ с неполной регенерацией, т.е. при , определяется следующим образом:

η_t _{per =}1-[T₄-T₁-σ(Т₅-Т₂)]/[Т₃-Т₂-σ(Т₅-Т₂)] (1)

Идеальный цикл ГТУ с подводом теплоты при v=const

Поскольку процесс регенерации осуществляется в теплообменнике при постоянном давлении, то подвод теплоты в этом случае в этом случае производится как по изобаре, так и по изохоре

Данный цикл состоит из следующих процессов: 1-2 адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 – нагрев сжатого воздуха в регенераторе при p=const; 3-4 подвод теплоты при v=const в камере сгорания;;4-5 – адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах турбины; 5-6 – отвод теплоты от газов при p=const; 6-1 – отвод теплоты от газов при p=const теплоприёмнику.

Количество подведённой и отведённой теплоты составит: