Сложные циклы. Цикл с регенерацией

Существенный недостаток газотурбинного двигателя, работающего по простому циклу – сравнительно низкая его экономичность даже при высоких значениях температуры газов перед турбиной. Одна из причин такого недостатка – большая потеря теплоты с уходящими газами. Однако эта потеря теплоты может быть значительно уменьшена, если ввести в цикл регенерацию, т.е. если теплоту отработавших газов из турбины использовать для подогрева сжатого воздуха. В данном случае воздух будет поступать в камеру сгорания с более высокой температурой, что потребует меньшего количества топлива для получения газов заданной температуры, т.е. приведет к повышению экономичности работы двигателя.

Рис. 1.3

На рис. 3 изображена схема газотурбинной установки, работающей по циклу с регенерацией. Воздух, сжатый в компрессоре 6, вначале поступает в теплообменный аппарат (регенератор) 5, где он несколько подогревается, а затем в камеру сгорания 4. Образовавшиеся здесь газы направляются в турбину 3, расширяясь в ней до давления близкого к атмосферному, и поступают в регенератор, отдавая часть теплоты воздуху. Мощность, развиваемая турбиной, затрачивается на привод компрессора и потребителя 1 через редуктор 2.

Степень использования уходящей теплоты в цикле характеризуется коэффициентом регенерации. Коэффициентом регенерации или степенью регенерации называется отношение теплоты, полученной воздухом в регенераторе, к той максимальной теплоте, которую он мог бы получить, будучи нагретым, до температуры газов, выходящих из турбины. Считая теплоемкость воздуха и газов одинаковыми, можем записать

где	- температура воздуха на входе в камеру сгорания
	- температура воздуха за компрессором
	- температура газов за турбиной.

Регенераторы имеют весьма большую площадь нагрева. Например при r = 0.75 и мощности установки 10 000 кВт площадь регенератора составляет ~ 2 550 м².

С увеличением степени регенерации площадь регенератора резко возрастает и при r = 1 .

Таким образом, увеличение степени регенерации, а вместе с этим и к.п.д. установки влечет за собой увеличение поверхности теплообмена регенератора.

В результате рассмотрения цикла с регенерацией необходимо сделать следующие выводы. Регенерация – эффективное средство повышения экономичности газотурбинной установки возможное только за счет ее усложнения и утяжеления.

При рассмотрении цикла с регенерацией не учитывались дополнительные потери на преодоление гидравлических сопротивлений, которые имеются при прохождении воздуха и газов через регенератор. Это снижает полезную работу установки и ее к.п.д., что в относительных случаях не приносит экономического эффекта.