С изохорным подводом теплоты и регенерацией

Процесс регенерации 2–8 в этом цикле, так же, как и в цикле с изобарным подводом теплоты, осуществляется по изобарному процессу, что связно со стремлением не усложнять конструкцию теплообменника-регенератора. В связи с этим воздух, сжатый адиабатно в компрессоре 1–2, а затем подогреваемый при 2–8 в теплообменнике-регенераторе, с параметрами точки 8 поступает в камеру сгорания. За счет сгорания топлива к рабочему телу в изохорном процессе 8–4 подводится теплота после чего в газовой турбине происходит адиабатное расширение 4–5 до давления окружающей среды Перед выбросом в окружающую среду отработавший газ проходит теплообменник-регенератор, где, отдавая теплоту сжатому воздуху, охлаждается при 5–7. Дальнейшее охлаждение 7–1 отработавших газов происходит в окружающей среде.

Термический КПД цикла с изохорным подводом теплоты и с полной регенерацией

Для того чтобы эту зависимость записать через параметры цикла, необходимо, кроме уже известных параметров  и , ввести степень подогрева регенерацией _Т:

При полной регенерации

Выразим температуры в характерных точках цикла через :

Тогда термический КПД .

В действительности процесса полной регенерации получить не удается, поэтому практически осуществляемые циклы с подводом теплоты при и с регенерацией имеют термические КПД меньшие, чем рассчитанные.

16.5. Цикл с многоступенчатым сжатием воздуха и промежуточным охлаждением

Термический КПД ГТУ можно также повысить, введя ступенчатый подогрев рабочего тела и ступенчатое сжатие воздуха в компрессоре с охлаждением между ступенями.

Схема газотурбинной установки, имеющей регенерацию, представлена на рис. 70, а цикл ГТУ с регенерацией, промежуточным охлаждением, подогревом рабочего тела и изобарным подводом теплоты – на рис. 71.

Рис. 70. Схема газотурбинной установки со ступенчатым сгоранием, ступенчатым

Сжатием в компрессоре и с регенерацией: 1 – топливный насос; 2 – камера сгорания;

3 – первая ступень газовой турбины; 4 – вторая ступень газовой турбины; 5 – камера сгорания; 6 – теплообменник–регенератор; 7 – компрессор второй ступени; 8 – компрессор первой ступени; 9 – теплообменник-холодильник; 10 – потребитель энергии

V

Рис. 71. Цикл ГТУ с регенерацией, промежуточным охлаждением

Сжимаемого воздуха, промежуточным подогревом рабочего тела, с подводом теплоты при постоянном давлении

Воздух, всасываемый из атмосферы, сжимается адиабатно 1–1' в первой ступени компрессора. Затем он попадает в теплообменник-холодильник, где охлаждается при постоянном давлении 1–1'' до первоначальной температуры и далее по адиабате 1''–2 сжимается во второй ступени компрессора. Сжатый воздух поступает в теплообменник регенератор, где подогревается по изобаре 2–8. Подогретый в регенераторе воздух попадает в камеру сгорания, в которой подогревается дополнительно за счет подвода теплоты по изобаре 8–4, от горячего источника теплоты (за счет сгорания топлива, поданного насосом). Рабочее тело с параметрами точки 4 подается в первую ступень газовой турбины, где происходит адиабатный процесс расширения 4–4'. Отработавшее в первой ступени рабочее тело вновь подается в камеру сгорания и по изобаре 4'–4'' подогревается до температуры в точке 4 за счет подвода теплоты Подогретое таким образом рабочее тело поступает на вторую ступень газовой турбины, где расширяется по адиабате 4''–5. Отработавшее в турбине рабочее тело поступает в теплообменник-регенератор, где отдает теплоту проходящему по змеевику воздуху по изобаре 5–7, выбрасывается в атмосферу и охлаждается по изобаре 7–1. Выработанная установкой энергия используется потребителем.

Ч ем больше промежуточных ступеней подогрева и охлаждения, тем выше термический КПД цикла. Действительно, если представить, что в цикле, показанном на рис. 72, в процессе 2–3 теплота подводится к рабочему телу только за счет охлаждения рабочего тела в процессе 4–1, то в силу эквидистантности процессов эти теплоты не должны учитываться при определении термического КПД цикла.

Для определения КПД цикла ГТУ с большим числом ступеней сжатия и сгорания представим приближенно теплоты (теплоту, подведенную к рабочему телу в процессе 3–4) и (теплоту, отведенную от рабочего тела в процессе 1–2) в виде где , – изменение энтропии в соответствующих процессах.Тогда термический КПД такого цикла будет равен

.

Ввиду эквидистантности кривых 2–3 и 4–1

, отсюда .