8.3. Регенеративный цикл гту с двухступенчатым сжатием и расширением рабочего тела

П риближение к КПД обобщенного цикла Карно 1-2-3-4 в интервале температур Т₃ и Т₁ (рис.8.14) возможно, применив для регенеративной ГТУ многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением (пунктирный пилообразный процесс 4-1) и многоступенчатое расширение с промежуточным подводом теплоты к рабочему телу (пунктирный пилообразный процесс 2-3). Такое многоступенчатое сжатие и расширение рабочего тела приближает процессы подвода и отвода теплоты в регенеративном цикле ГТУ к изотермическим.

С хема регенеративной ГТУ с двухступенчатым сжатием, промежуточным охлаждением и двухступенчатым подводом теплоты к рабочему телу показана на рис. 8.15, а ее цикл в T,s- диаграмме на рис. 8.16.

Воздух после первой ступени сжатия в компрессора К1 (процесс 1-2) поступает в охладитель, где он изобарно охлаждается до температуры Т₃=Т₁ (процесс 2-3), после чего он снова адиабатно сжимается во второй ступени компрессора К2 (процесс 3-4). Далее воздух изобарно нагревается в регенеративном подогревателе ТО (процесс 4-5) и поступает в первую камеру сгорания (КС1). В КС1 (процесс 5-6) осуществляется первая ступень изобарного подвода теплоты к рабочему телу. Далее продукты сгорания адиабатно расширяются в первой части газовой турбины ГТ1 (процесс 6-7) и поступают во вторую камеру сгорания (КС2), где осуществляется вторая ступень изобарного подвода теплоты к рабочему телу (процесс 7-8). После КС2 газы адиабатно расширяются во второй части газовой турбины ГТ2 (процесс 8-9) и поступают в регенеративный теплообменник, где за счет их изобарного охлаждения (процесс 8-9) нагревается воздух перед КС1. После ТО газы выбрасываются в атмосферу, где они изобарно охлаждаются до температуры окружающей среды (процесс 10-1).

Методика термодинамического расчета многоступенчатой ГТУ

Оптимальное распределение повышения давления между ступенями компрессора соответствует выражению

. (8.32)

При этом охлаждение воздуха за первой ступенью компрессора осуществляется до Т₃=Т₁.

Расширение газа в турбинах ГТ1 и ГТ2 происходит от Т₆=Т₈ в интервале тех же давлений, что и в компрессорах

.

Степень регенерации такого цикла определяется величиной

. (8.33)

В соответствии с этими условиями теплота, подведенная к рабочему телу, в данном цикле рассчитывается как

. (8.34)

Теплота, отведенная от рабочего тела, определяется суммой теплоты с уходящими газами и теплоты отведенной от воздуха в охладителе

. (8.35)

Работа компрессора ГТУ представляет сумму работ первой и второй ступеней компрессора:

. (8.36)

Работа газовой турбины представляет сумму работ первой и второй ступеней турбины:

. (8.37)

Работа цикла и внутренний абсолютный КПД такой ГТУ рассчитываются стандартным образом:

.

Такие сложные циклы и схемы ГТУ нашли практическое применение при температуре газов перед газовой турбиной, не превышающей 750 ^оС. Количество воздуха в газах, выходящих из первой камеры сгорания, при таких температурах достаточно для сжигания топлива во второй камере сгорания. При температурах газов перед газовой турбиной 1000 ^оС и более двухступенчатое сжигание топлива в камерах сгорания ГТУ практически невозможно.