Регенерация теплоты в цикле ГТУ

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 3
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

 

Цикл ГТУ с регенерацией предусматривает использование теплоты отработавших в турбине газов для подогрева поступающего в камеру сгорания воздуха. Схема и термодинамический цикл простейшей ГТУ с регенерацией теплоты изображены на рис. 57.

Атмосферный воздух с параметрами поступает в компрессор, где происходит его сжатие до состояния . После сжатия в компрессоре воздух направляется в регенератор – , где ему передается часть теплоты уходящих из двигателя газов; при этом температура воздуха повышается до значения , а давление остается прежним – . Подогретый в регенераторе воздух поступает в камеру сгорания двигателя. На выходе из камеры сгорания горячие газы имеют состояние, характеризующееся параметрами . В газовой турбине происходит расширение газа, в ходе которого совершается полезная работа, при этом параметры газа снижаются до значений . Отработавшие в газовой турбине газы направляются в регенератор, где отдают часть теплоты нагреваемому воздуху, и затем выбрасываются в атмосферу с параметрами .

Для цикла ГТУ с регенерацией характерны следующие термодинамические процессы:

– сжатие воздуха в компрессоре;

– изобарный подвод теплоты к воздуху в регенераторе;

– изобарный подвод теплоты в КС при сжигании топлива;

– расширение газов в газовой турбине;

– изобарный отвод теплоты от продуктов сгорания в регенераторе

и передача теплоты нагреваемому воздуху;

– изобарное охлаждение продуктов сгорания в атмосфере.

Рис. 57. Схема и термодинамический цикл ГТУ с регенерацией теплоты

 


Подвод теплоты в цикле ГТУ с регенерацией осуществляется двумя частями: сначала по линии – в регенераторе, затем по линии – в камере сгорания двигателя при сжигании топлива. Отвод теплоты также осуществляется двумя частями: сначала по линии – в регенераторе, затем по линии – в атмосферном воздухе. Площадь диаграммы соответствует количеству теплоты , переданной от продуктов сгорания нагреваемому в регенераторе воздуху. В случае идеального теплообмена, если не происходит потерь теплоты в регенераторе в окружающую среду, количество переданной газами теплоты – должно быть равно количеству теплоты, полученной воздухом в регенераторе – (площадь должна быть равна площади ). Но из-за наличия потерь количество теплоты, фактически полученной воздухом в регенераторе – , всегда меньше теплоты, отданной газами (площадь диаграммы ).

Так как по линии подводится меньшее количество теплоты, чем по линии , то в цикле ГТУ с регенерацией для достижения заданной температуры газов на выходе из камеры сгорания необходимо затратить меньшее количество топлива.

Отношение количества теплоты, фактически полученной воздухом в регенераторе – к предельному количеству теплоты для идеального случая – характеризует степень использования тепла отработавшего в турбине газа и называется коэффициентом регенерации цикла ГТУ:

Количество теплоты, переданное газом воздуху в регенераторе в единицу времени можно вычислить по формуле:

где:

– общий коэффициент теплопередачи в регенераторе;

– площадь поверхности нагрева в регенераторе;

– средняя разность температур в регенераторе;

– расход воздуха;

– средняя теплоемкость воздуха в процессе его нагрева.

 

Эффективный КПД регенеративной ГТУ:

Таким образом, внедрение в цикл ГТУ регенерации уменьшает потребный запас топлива, но при этом возрастают массогабаритные показатели установки из-за наличия массивного теплообменника – регенератора.