И с промежуточным охлаждением воздуха

Газотурбинный привод с промежуточным подводом тепла

Газотурбинный привод простой схемы (рис.2) получил наибольшее распространение благодаря простоте конструкции и достаточной надежности в эксплуатации. Однако экономичность простого газотурбинного привода сравнительно невелика.

Ценой усложнения схемы можно несколько улучшить основные характеристики газотурбинного привода: увеличить КПД и коэффициент полезной работы, снизить удельный расход газа и поднять удельную мощность установки.

Рассмотрим для примера одновальную газотурбинную установку (рис.6) с рекуперацией тепловой энергии, промежуточным подводом тепла и промежуточным охлаждением воздуха.

топливо

5 охлаждающая среда

7 P_d1,T_d1

P_c2, T_c2

P_a2, T_a2 P_b1, T_b1

4 3 2 1 9

P_c1, T_c1 P_b2,T_b2

Топливо воздух

Р_а1, Т_а1

8

T_e

P_d2, T_d2

6

Рис. 6. Схема одновальной газотурбинной установки

с промежуточным подводом тепла и охлаждением воздуха

1, 2 – компрессоры низкого и высокого давления 3, 4 – турбины высокого и низкого давления 5 – холодильник для воздуха 6 – регенератор 7, 8 – камеры сгорания низкого и высокого давления

Рабочий цикл данной газотурбинной установки представлен на рис.7

T

c₁

c₂

d₁

e

d₂

b₂

b₁ f

a₂

a₁

S

Рис.7

a₁ – b₁ – воздух сжимается в компрессоре низкого давления; b₁ – a₂ –воздух охлаждается в холодильнике; a₂ – b₂ -воздух сжимается в компрессоре высокого давления; b₂ – e –воздух нагревается в регенераторе; е – с₁ –воздух попадает в камеру сгорания высокого давления и нагревается;с₁ – d₁ –расширение рабочего газа в турбине высокого давления;d₁ – c₂ –газ нагревается в камере сгорания низкого давления;c₂ – d₂ –газ расширяется в турбине низкого давления; d₂ – f – газ отдает тепловую энергию в регенераторе; f – a₁ – газ охлаждается до температуры воздуха.

Для двухступенчатого газотурбинного привода КПД рассчитывается по формуле

(55)

Здесь , - степени расширения газа в турбинах высокого и низкого давлений; - КПД турбин высокого и низкого давлений;

- степени повышения давления воздуха в компрессорах низкого и высокого давлений; - КПД компрессоров низкого и высокого давлений.

Кроме одновальных газотурбинных приводов существуют двух, трех и многовальные газотурбинные установки, одна из которых представлена, например, на рис. 8 .

Продукты сгорания воздух

1 2 3

4 5

охлаждающая среда

6 7

Рис.8. Схема двухвального газотурбинного привода

1 – турбина низкого давления 2 – компрессор низкого давления 3 –потребитель 4 – камера сгорания низкого давления 5 – холодильник воздуха 6 – турбина высокого давления 7 – компрессор высокого давления 8 – камера сгорания высокого давления

Если газотурбинный привод имеет Х компрессоров с промежуточным охлаждением и Y турбин с камерой сгорания перед каждой, то КПД такого привода имеет вид

(56)

а коэффициент полезной работы рассчитывается по формуле

(57)

Для сравнения простая газотурбинная установка (рис.3) имеет КПД порядка 28,2%, установка с промежуточным охлаждением – 31%, установка с промежуточным подводом тепла – 31,8%, установка с промежуточным охлаждением и промежуточным подводом тепла – 36%. Дальнейшее увеличение числа ступеней охлаждения и подогрева ведет к возрастанию КПД. Однако усложнение схемы установки увеличивает капитальные затраты. Потому оптимальная схема установки выбирается на основе технико-экономического обоснования.