3.3. Расчет цикла гту с регенерацией теплоты.

Рис. 2. Схема ГТУ с ренерацией.

Схема газотурбинной установки со сгоранием при р=const и с регенерацией теплоты представлена на рис. 2.

Отличие газотурбинной установки с регенерацией теплоты от установки без регенерации состоит в том, что сжатый воздух поступает из компрессора 1 не сразу в камеру сгорания 2, а предварительно проходит через воздушный регенератор-теплообменник 3, в котором он подогревается за счет теплоты отработавших газов. Соответственно газы, выходящие из турбины, перед выходом их в атмосферу проходят через воздушный регенератор, где они охлаждаются, подогревая сжатый воздух. Таким образом, определенная часть теплоты, ранее уносившейся отра­ботавшими газами в атмосферу, теперь полезно используется.

Изобразим в pv- и Ts-диаграммах цикл газотурбинной уста­новки со сгоранием при p=const и с регенерацией теплоты.

Рассматриваемый цикл состоит из процесса сжатия воздуха в ком­прессоре 1-2, который может быть как изотермическим, так и адиабат­ным, процесса 2-5, представляющего собой изобарный подогрев возду­ха в регенераторе, изобарного процесса 5-3, соответствующего подводу теплоты в камере сгорания за счет сгорания топлива, процесса адиабат­ного расширения газов 3-4 в турбине, изобарного охлаждения выхлоп­ных газов в регенераторе 4-6 и, наконец, замыкающего цикл условного изобарного процесса 6-1.

Полнота регенерации теплоты обычно определяется степенью реге­нерации

т. е. по существу отношением теплоты, которая была фактически исполь­зована в процессе регенерации (процесс 2-5), к располагаемой теплоте, соответствующей возможному перепаду температуры от Т₄ до Т₂

Количество теплоты, воспринятой сжатым воздухом в регенераторе, естественно, должно быть равно количеству теплоты, отдаваемой в нем отработавшими газами, т. е.

откуда с учетом принятого ранее условия о том, что теплоемкость воз­духа не меняется с температурой, получаем:

Т₅-Т₂ = Т₄-Т₆.

_{Определим температуру T5 по формуле, определяющей степень регенерации:}

K

Определим температуру T₆ уравнения, показывающего равенство между количествами теплоты, забираемыми и отдаваемыми теплообменником:

К

Определим требуемые удельные объемы. Расчет приведет в таблице 4.

ТАБЛИЦА 4

	T,K	,м3/кг	P,105 Па
1	273	0,783	1
2д	523,9	0,164	8,9
5	739,4	0,268	8,9
3	1078	0,348	8,9
4д	632,2	1,845	1
6	592,6	1,668	1

Процесс 1-2 - адиабатное сжатие:

, кДж.

Работу техническую определим по формуле:

кДж/кг.

Работа на сжатие определяется по формуле:

кДж/кг.

_{Процесс 2}^д_{-5:изобарное расширение:}

кДж/кг;

_;

кДж/кг.

Процесс 5-3 изобарный:

кДж/кг;

;

кДж/кг.

Процесс 3-4^д:адиобатный (расширение):

, кДж;

кДж/кг;

кДж/кг.

Процесс 4^д-6 : изобарное сжатие :

кДж/кг;

;

кДж/кг.

Процесс 6-1:изобарный:

кДж/кг;

;

кДж/кг.

Определим внутренний КПД по формуле:

Тогда .

Задача повышения КПД без повышения максимальных параметров рабочего тела достигается введением регенерации тепла, под которой понимается использование части тепла, отводимого к нижнему источнику, внутри цикла, т.е. в качестве части тепла, подводимого к рабочему телу.

Общий термодинамический анализ циклов ГТУ приводит к однозначному результату: организация регенерации тепла (если она принципиально возможна и конструктивно выгодна) приводит к повышению его термического коэффициента полезного действия.

Что касается конструктивной выгоды, то можно утверждать, что регенерация тепла в транспортных установках (особенно в авиации) конструктивно невыгода, так как ее введение требует усложнения установки, что неизбежно ведет к увеличению ее веса и, что особенно важно, к уменьшению надежности. В стационарных же установках введение регенерации во многих случаях возможно и выгодно.