Эффективность промежуточного охлаждения в компрессоре действительного двигателя ГТУ

Отвод теплоты в процессе сжатия приводит к уменьшению работы компрессора и увеличению полезной работы установки, а также к росту подведенной в камере сгорания теплоты.

Рисунок 1 – Сравнение экономичности циклов с охлаждением при сжатии и без охлаждения.

Идеальная работа сжатия без теплоотвода H_К пропорциональна площади 12К’А’, идеальная работа сжатия с охлаждением H_К.о пропорциональна площади 12К_о’А’, идеальная работа расширения H_Т пропорциональна площади 12Г’Т’.

Строятся адиабата АК и изотерма АК_о, и находится точка А:

Через точку Т проводится адиабата ТГ, и находится точка Т:

Действительная работа компрессор без охлаждения пропорциональна площади 12АК:

Тогда действительная работа компрессора с охлаждением:

а полезная работа турбины:

Работа действительного цикла при сжатии без охлаждения:

а работа действительного цикла при сжатии с теплоотводом:

С уменьшением КПД компрессора и турбины площади, соответствующие работам L_К и L_К.о, возрастают, а площади, соответствующие работам L_Т, L_е и L_ео, уменьшаются, но L_ео всегда больше L_е. Если представить настолько низкие значения η ’_к и η ’_т, что точки А и Т совпадут, кривые АК и ГТ сольются и при сжатии без охлаждения площадь цикла (L_е) и КПД цикла (η _е) станут =0. В этом случае L_ео, пропорциональная площади АК_оК, и η _ео будут > 0. Следовательно, всегда можно найти такие значения КПД узлов η _к ≥ η ’_к и η _т ≥ η ’_т, когда охлаждение газа при сжатии становится выгодным.

На рисунке 1б дано изменение КПД η _е и η _ео в зависимости от произведения КПД узлов η _к и η _т. При идеальных процессах сжатия и расширения (η _к и η _т равны 1) выгоднее сжатие без охлаждения.

При увеличении степени повышения давления с введением охлаждения в процесс сжатия можно повысить КПД простейшей ГТУ по сравнению с ГТУ без охлаждения, но при этом возрастут размеры, масса и стоимость лопаточных машин и установки в целом.