Топливный насос, 5 — камера

сгорания, 6 — регенератор

Рис. 58. Цикл ГТУ с регенера­цией теплоты в Г, s-диаграмме

ров. В этих аппаратах уходящие газы передают теплоту сжатому компрессором воздуху.

Схема ГТУ с регенерацией теплоты показана на рис. 57. Рабо­чий газ покидает турбину 2, имея температуру Та, и направляется в регенератор 6, куда после компрессора / поступает воздух, име­ющий температуру Ть- В регенераторе воздух нагревается до температуры Т_е. Чтобы подогреть его в камере сгорания до необходи­мой температуры Т_с, нужно уменьшить на с_р(Т_в — Ть) количество* подведенной теплоты. Таким образом, экономичность ГТУ с.регенерацией выше, чем простых ГТУ. В регенераторе газ остывает до температуры T_f и выбрасывается в атмосферу.

Цикл ГТУ с регенерацией теплоты в Т, s-диаграмме показан на рис. 58. Линия be —соответствует нагреву воздуха в регенера­торе, а линия df — охлаждению газа. Количество теплоты, пере­данное воздуху в регенераторе, qb=i_e — ib, а наибольшее количество теплоты, которое могло быть передано в идеальном регенераторе, qm=id — ib- Эффективность передачи теплоты в регенераторе оце­нивается степенью регенерации, которая равна отношению этих количеств теплоты:

А —

Ят

Т_е~Т_ь

Степень регенерации зависит от конструкции регенератора и прежде всего от площади его теплопередающей поверхности. Так, в регенераторе с противотоком воздуху в единицу времени пере­дается количество теплоты

где k и / — коэффициент теплопередачи и площадь теплопередаю­щей поверхности регенератора.

При нагреве воздуха его температура увеличивается от Ть до 7'е» поэтому то же самое количество теплоты можно определить по формуле Q=Cp(T_e — T_b).

Эти два соотношения для Q позволяют определить удельную площадь теплопередающей поверхности регенератора на 1 кг воз­духа через степень регенерации:

f ^ср^в ~G ~ fe(l — о) '

где G — расход воздуха через регенератор.

Так как мощность газотурбинной установки N—GH, то

N kH (1-о)

Удельная поверхность регенератора f/N при степени регенера­ции а; стремящейся к единице, неограниченно растет (рис. 59) и одновременно растут масса и размеры регенератора. На практике нецелесообразно изготавливать регенераторы со степенью регене­рации более 0,8. Размеры и масса их при этом получаются при­емлемыми.

В газотурбинных установках с регенерацией в камеру сгорания подводится количество теплоты.

Температуру воздуха за регенератором можно определить из формулы для расчета степени регенерации:

В общем виде кпд газотурбинной установки с регенерацией, определяемый, кш и простой ГТУ (т,= (Я,-Я,)/*), зависит от степеней сжатия в компрессоре и расширения в турбине, относи­тельной температуры и экономичности агрегатов, входящих в со­став ГТУ (турбины, компрессоры, камеры сгорания), а также от степени регенерации:

-*-->-

 

Рис. 59. Зависимость удельной

поверхности регенератора от

степени регенерации

Рис. 60. Зависимость кпд ГТУ с реге­нерацией теплоты от степени сжатия и степени регенерации

Зависимость кпд ГТУ с регенерацией теплоты от степени сжа­тия е и степени регенерации а показана на рис. 60. Как видно из этого рисунка, все кривые при определенной степени сжатия схо­дятся в одну точку. При такой степени сжатия температура газа за турбиной равна температуре воздуха за компрессором (Td= — Т_ь) и передача теплоты в регенераторе невозможна (рис. 61).

Г (

т

	Те = const
	>	4,	у*
			{\г ' Ть	%(Т*Г
ф	' \/	Та-	const

Рис. 61. Предельный цикл ГТУ в Т, s-диаграмме, при котором ре­генерация нецелесообразна

Рис. 62. Влияние регенерации на опти­мальную степень сжатия.

При дальнейшем увеличении степени сжатия е температура воз­духа на входе в регенератор становится больше температуры газа на выходе из турбины (T_b>T_d) и газ, отбирая теплоту у воздуха, выбрасывает в атмосферу.

Регенерация' увеличивает кпд цикла и уменьшает оптимальную степень сжатия вц. С увеличением степени сжатия е при постоян­ных температурах Т_а и Т_с уменьшается разница температур Та —

— Т_ь ъ регенераторе, а следо­вательно, и эффект регенера­ции (рис. 62).

Удельную полезную работу ГТУ с регенерацией теплоты определяют по той же фор­муле, что и простой ГТУ, т. е. оптимальная степень сжа­тия гн формально не за­висит от степени регене­рации ст. Зависимость степени сжатия en, при которой дости­гается наибольший кпд, от степени регенерации приведена

на рис. 63.

-При степени регенерации ст=0,64-0,8 для уменьшения размеров и массы ГТУ нужно выбирать рабочую степень сжатия несколько больше, оптимальной е,,, так как 'наибольшую удельную работу получают при

,Рис. 63. Зависимость оптимальной сте­пени сжатия от степени регенерации

Коэффициент полезной работы ц> с введением регенерации воз­растает, так как уменьшается оптимальная степень сжатия е„.