2.5.3. Цикл с регенерацией теплоты

Одной из мер повышения совершенства перехода теплоты в работу в газотурбинной установке является применение регенерации теплоты. Регенерация теплоты заключается в использовании теплоты отработавших газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания (рис. 2.16). Экономичность ГТУ при применении регенерации повышается.

Воздух из компрессора К направляется в регенеративный теплообменник Р, где он получает теплоту от газов, вышедших из турбины. После подогрева воздух направляется в камеру сгорания КС, в которую подается топливо. Воздух, получивший теплоту от отработавших газов, должен получить в камере сгорания меньше теплоты для достижения определенной температуры газа перед турбиной.

Цикл ГТУ с регенерацией теплоты показан на рис. 2.16. На диаграммах: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-5  изобарный подогрев воздуха в регенераторе; 5-3 – подвод теплоты при р = const в камере сгорания; 3-4 – адиабатное расширение газа в турбине; 4-6 – отдача теплоты при р = const в регенераторе; 6-1 – отдача теплоты при р = const в окружающую среду.

Если предположить, что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры воздуха, поступающего в него, Т₆ = Т₂, то регенерация будет полной.

а	б	в
Рис. 2.16. Схема ГТУ с регенерацией (а) и цикл в диаграммах р- (б) и Т-s (в): К  компрессор; Р  регенератор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; ЭГ  электрогенератор

Термический КПД цикла при полной регенерации, когда Т₄ – Т₆ = Т₅ – T₂, рассчитывается по формуле

где

Тогда

При принятых параметрах цикла ГТУ с подводом теплоты при р = const температуры в точках 2, 3 и 4 соответственно равны:

Термический КПД цикла

Анализ последней формулы показывает, что термический КПД цикла при полной регенерации зависит от начальной температуры и от температуры в конце адиабатного расширения. Обычно двигатели работают не при полной регенерации, поэтому Т₆ > Т₂. При этом термический КПД цикла должен учитывать степень регенерации, определяемую как отношение количества теплоты, переданной воздуху, к тому количеству теплоты, которое могло бы быть передано при охлаждении газов до температуры воздуха.

Степень регенерации

Величина степени регенерации определяется качеством и величиной рабочих поверхностей теплообменника (регенератора).

В настоящее время регенерация теплоты находит практическое применение в основном в стационарных установках и реже в транспортных установках из-за большой массы и габаритов регенератора.

2.6. Поршневые двигатели внутреннего сгорания

Двигатели, в которых процесс сгорания осуществляется в рабочем пространстве машины, называют двигателем внутреннего сгорания (ДВС).

В ДВС могут быть использованы следующие циклы:

а) цикл с подводом теплоты при постоянном объеме ( = const);

б) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (р = const);

в) цикл со смешанным подводом теплоты, как при постоянном объеме, так и при постоянном давлении.

Во всех перечисленных циклах отвод теплоты в цикле производится при постоянном объеме в силу того, что расширение газа происходит не полностью, и степень возможного расширения в двигателе определяется положением поршня в нижней мертвой точке.