Ступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением воздуха (ПОВ)
|
|
| Рис. 58. Цикл ГТУ с изотермическим сжатием воздуха. |
Из курса термодинамики известно, что максимальным КПД из термодинамических циклов тепловых двигателей обладает цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат (цикл Карно), а работа, затрачиваемая компрессором на сжатие воздуха минимальна при осуществлении изотермического сжатия. Обеспечив в цикле ГТУ изотермическое сжатие воздуха, можно приблизить КПД цикла ГТУ к КПД идеального цикла Карно.
|
На диаграмме (рис. 58) видно, на какую величину увеличится полезная работа цикла ГТУ при применении изотермического сжатия в компрессоре. Осуществление на практике принципа изотермического сжатия сопряжено с определенными техническими трудностями, поэтому этот процесс обычно заменяют ступенчатым сжатием воздуха с промежуточным его охлаждением в воздухоохладителях между ступенями сжатия.
Схема ГТУ с трехступенчатым сжатием и двухступенчатым промежуточным охлаждением воздуха (схема ПОВ) изображена на рис. 59, а термодинамический цикл такой установки – на рис. 60.
|
Рис. 59. Схема ГТУ с трехступенчатым сжатием и двухступенчатым промежуточным охлаждением воздуха. |
Атмосферный воздух с параметрами 
последовательно проходит следующие преобразования: сжатие в КНД, промежуточное охлаждение в воздухоохладителе ВО1, сжатие в КСД, промежуточное охлаждение в воздухоохладителе ВО2 и окончательное сжатие в КВД. Турбина в данной схеме является приводной для всех трех компрессоров и передает мощность на движитель судна.
Термодинамический цикл ГТУ, построенной по приведенной схеме, состоит из следующих процессов (рис. 60):
| – | сжатие воздуха в КНД; |
| – | изобарное охлаждение воздуха в промежуточном охладителе воздуха – ВО1; |
| – | сжатие воздуха в КСД; |
| – | изобарное охлаждение воздуха в промежуточном охладителе воздуха – ВО2; |
| – | окончательное сжатие воздуха в КВД; |
| – | подвод теплоты в камере сгорания двигателя; |
| – | расширение газов в газовой турбине; |
| – | изобарное охлаждение газов в атмосфере (условный замыкающий процесс). |
|
Рис. 60. Термодинамический цикл ГТУ со ступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением воздуха (ПОВ). |
Увеличивая количество ступеней сжатия и проме-жуточных охладителей до бесконечности, можно вплот-ную приблизится к процессу термодинамического сжатия. Но использование большого числа компрессоров и охладителей влечет за собой значительное усложнение установки, увеличение ее массогабаритных показателей и удорожание (с каждым последующим увеличением ступеней сжатия воздуха и промежуточного охлаждения КПД цикла меняется менее значительно). По этой причине в судовых ГТУ наиболее целесообразным считается применение двухступенчатого сжатия воздуха с однократным его промежуточным охлаждением.
Из диаграммы (рис. 60) видно, что применение ПОВ не только сопряжено с уменьшением работы, затрачиваемой на сжатие воздуха в компрессоре, но одновременно влечет за собой увеличение затрат теплоты на подогрев воздуха в камере сгорания: при использовании цикла с ПОВ по линии 
необходимо подвести большее количество теплоты, чем при однократном сжатии воздуха (линия 
) без охлаждения. Отсюда следует, что КПД цикла с ПОВ в чистом виде будет всегда меньше КПД исходного цикла 
при той же степени повышения давления. По этой причине ГТУ, выполненные по схеме ПОВ, используются только в совокупности с регенерацией тепла в цикле. Наличие регенерации значительно увеличивает эффективность ступенчатого сжатия и промежуточного охлаждения и является необходимым условием повышения КПД установки.