8.3. Регенеративный цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и расширением рабочего тела

Приближение к КПД обобщенного цикла Карно 1234 в интервале температур Т₃ и Т₁ (рис.8.14) возможно, применив для регенеративной ГТУ многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением (пунктирный пилообразный процесс 41) и многоступенчатое расширение с промежуточным подводом теплоты к рабочему телу (пунктирный пилообразный процесс 23). Такое многоступенчатое сжатие и расширение рабочего тела приближает процессы подвода и отвода теплоты в регенеративном цикле ГТУ к изотермическим.

Схема регенеративной ГТУ с двухступенчатым сжатием, промежуточным охлаждением и двухступенчатым подводом теплоты к рабочему телу показана на рис. 8.15, а ее цикл в T,s- диаграмме на рис. 8.16.

Воздух после первой ступени сжатия в компрессора К₁ (процесс 12) поступает в охладитель, где он изобарно охлаждается до температуры Т₃=Т₁ (процесс 23), после чего он снова адиабатно сжимается во второй ступени компрессора К₂ (процесс 34). Далее воздух изобарно нагревается в регенеративном подогревателе ТО (процесс 45) и поступает в первую камеру сгорания (КС₁). В КС₁ (процесс 56) осуществляется первая ступень изобарного подвода теплоты к рабочему телу. Далее продукты сгорания адиабатно расширяются в первой части газовой турбины ГТ₁ (процесс 67) и поступают во вторую камеру сгорания (КС₂), где осуществляется вторая ступень изобарного подвода теплоты к рабочему телу (процесс 78). После КС₂ газы адиабатно расширяются во второй части газовой турбины ГТ₂ (процесс 89) и поступают в регенеративный теплообменник, где за счет их изобарного охлаждения (процесс 89) нагревается воздух перед КС₂. После ТО газы выбрасываются в атмосферу, где они изобарно охлаждаются до температуры окружающей среды (процесс 10 1).

Методика термодинамического расчета многоступенчатой ГТУ

Оптимальное распределение повышения давления между ступенями компрессора соответствует выражению

(8.33)

При этом охлаждение воздуха за первой ступенью компрессора осуществляется до Т₃=Т₁.

Расширение газа в турбинах ГТ₁ и ГТ₂ происходит от Т₆=Т₈ в интервале тех же давлений, что и в компрессорах

Степень регенерации такого цикла определяется величиной

(8.34)

В соответствии с этими условиями теплота, подведенная к рабочему телу, в данном цикле рассчитывается как

(8.35)

Теплота, отведенная от рабочего тела, определяется суммой теплоты с уходящими газами и теплоты отведенной от воздуха в охладителе

(8.36)

Работа компрессора ГТУ представляет сумму работ первой и второй ступеней компрессора:

(8.37)

Работа газовой турбины представляет сумму работ первой и второй ступеней турбины:

(8.38)

Работа цикла и внутренний абсолютный КПД такой ГТУ рассчитываются стандартным образом:

Такие сложные циклы и схемы ГТУ нашли практическое применение при температуре газов перед газовой турбиной не превышающей 750 °С. Количество воздуха в газах, выходящих из первой камеры сгорания, при таких температурах достаточно для сжигания топлива во второй камере сгорания. При температурах газов перед газовой турбиной 1000 °С и более двухступенчатое сжигание топлива в камерах сгорания ГТУ практически невозможно.