Цикл с промежуточным охлаждением и регенерацией

Полезная работа цикла может быть увеличена путем осуществления процесса сжатия до требуемого давления в двух компрессорах с охлаждением воздуха между ними. При этом работа, затраченная на привод второго компрессора, уменьшается пропорционально понижению абсолютной температуры воздуха на входе в компрессор.

Рис. 1.4

Судовые газотурбинные установки выполняются многовальными; обычно каждый из компрессоров находится на отдельном валу и приводится в действие собственной турбиной. Таким образом, наличие в схеме, например, двух компрессоров требует как минимум двух турбин.

Однако, чтобы показать влияние промежуточного охлаждения на характеристики установки, достаточно рассмотреть упрощенную схему ГТУ с двумя компрессорами расположенными на одном валу и приводимыми в действие одной турбиной, обеспечивающей также и привод гребного винта.

Полезная удельная работа рассматриваемого цикла определяется из выражения

где и - удельные работы компрессоров низкого и высокого давления

и - степени повышения давления в КНД и КВД.

- общая, или полная степень повышения давления.

Удельная работа турбины

Для уменьшения габаритов промежуточного воздухоохладителя принимают .

Количество теплоты, подведенной к рабочему телу в цикле, определится

Температура воздуха на входе в камеру сгорания может быть найдена из выражения для степени регенерации

Температура воздуха на входе в регенератор и температура газов за турбиной могут быть найдены из следующих выражений

Внутренний к.п.д. установки определится как

Принимая теплоемкость воздуха и газа одинаковыми, а также пренебрегая их массовым различием, после подстановки в уравнение для определения значения и , установим, что внутренний к.п.д. ГТУ с промежуточным охлаждением и регенерацией при заданной общей степени повышения давления возрастает с увеличением и с уменьшением и .

На внутренний к.п.д. рассматриваемой установки влияет также степень повышения давления в компрессоре низкого давления . При этом с увеличением внутренний к.п.д. вначале растет, так как работа сжатия уменьшается быстрее, чем увеличивается количество подведенной теплоты.

По достижении определенного значения работа сжатия начинает уменьшаться медленнее, чем увеличивается количество подведенной теплоты, вследствие чего происходит замедление роста , а затем и его падение.

При дальнейшем увеличении наблюдается уже увеличение работы сжатия, и уменьшение становится еще более заметным.

Оптимальное значение , обеспечивающее максимум к.п.д., приближенно может быть принято равным

Анализ показывает, что промежуточное охлаждение воздуха между ступенями компрессора значительно повышает полезную работу установки (уменьшает удельный расход воздуха), что сокращает проходные сечения труб, компрессоров, турбин и регенератора.

Расчеты показывают, что применение промежуточного охлаждения повышает к.п.д. ГТУ (в относительном выражении) примерно на 7% и уменьшает удельный расход воздуха (при оптимальных значениях ) примерно ~ 20%. С учетом всех факторов к.п.д. газотурбинного двигателя с регенерацией и промежуточным охлаждением при и составит ~ 31,5%.