И регенерацией тепловой энергии

Идеальный цикл с изобарным сгоранием

Газотурбинная установка, представленная на рис.1, обладает невысоким КПД. С цель увеличения последнего в схему установки включают регенератор (рис.3). Он представляет собой теплообменник, в котором воздуху, поступающему от компрессора в камеру сгорания, передается тепловая энергия от отработавших газов, сбрасываемых из турбины в окружающую среду. Вследствие использования части энергии отработавших газов КПД установки повышается. Идеальный цикл рассматриваемой установки в PVиTSдиаграммах представлен на рис.4.

3

Топливо

Т_е

P_d T_d 5 T_f

Отработавшие

газы

P_c, T_c P_b, T_b

4 1 2

P_a, T_a

Воздух

Рис.3 . Принципиальная схема газотурбинной установки

со сгоранием топлива при постоянном давлении

и с регенерацией тепловой энергии

1 – компрессор, 2 – потребитель, 3 – камера сгорания, 4 - турбина

5 – регенератор

Идеальный цикл работы данной установки представлен на рис.3.

Р Т

e c

b c

e d

b

f

a d

f a

V S=Q/T

Рис. 4. Идеальный цикл газотурбинной установки

со сгоранием топлива при постоянном давлении

и с регенерацией тепловой энергии

Р– давление, Па; V – объем, м³; Т – температура, К; S – энтропия, Дж/К; Q - количество тепловой энергии, Дж.

Линия a – bизображает изоэнтропное сжатие воздуха в компрессоре. Линия b – eизобарный подвод тепловой энергии к воздуху в регенераторе. Линия e – c– изобарный подвод тепловой энергии в камере сгорания. Линия c – d –изоэнтропное расширение газа в турбине. Линия d – f - изобарный отвод тепловой энергии от отработавшего газа в атмосфере.

Отношение количества тепловой энергии, полученной воздухом в регенераторе, к количеству тепловой энергии, необходимой для нагрева воздуха до температуры отработанных в турбине газов, называется степенью регенерации.

При допущении того, что теплоемкость воздуха и теплоемкость отработанных газов после турбины примерно равны, величина степени регенерации рассчитывается из выражения

(17)

Степень регенерации зависит от теплопередающей поверхности регенератора,

(18)

в аналитическом выражении которой:

- является количеством тепловой энергии, сообщаемого в регенераторе воздуху в единицу времени, Дж/с;

- коэффициент теплопередачи в регенераторе, Вт/м²*К, Дж/с*м²*К. Величина коэффициента теплопередачи в регенераторе порядка 10 – 40 Вт/м²*К.

Количество тепловой энергии, передаваемой воздуху в регенераторе, рассчитывается из уравнения

(19)

в котором

- расход воздуха, кг/с;

- теплоемкость воздуха, 1005 Дж/кг*К.

После приравнивания выражений (18) и (19) получается уравнение

, (20)

пользуясь которым, легко рассчитываются технологические параметры регенератора.

Количество тепловой энергии, теряемой вместе с уходящими газами после турбины, меньше, чем в цикле без регенерации. Количество теряемой тепловой энергии рассчитывается из выражения

(21)

Количество тепловой энергии, подведенной в камере сгорания

(22)