Способы повышения термодинамического кпд ГТУ

Для всережимных установок, обеспечивающих все хода судна, а также для установок транспортных судов, для которых важна высокая экономичность на полном ходу, простые ГТУ не подходят. Такие ГТУ имеют низкий кпд даже при высокой температуре газа перед турбиной. Поэтому их обычно используют на лёгких судах в качестве ускорительных двигателей. Главная причина низкой экономичности ГТУ с простым циклом — значительные потери тепла с обработавшими газами. Термический кпд можно повысить, используя теплоту отработавших газов для подогрева воздуха после компрессора перед камерой сгорания. Такой способ использования бросового тепла называется регенерацией. Аппарат регенератор представляет собой теплообменник, в котором воздух после сжатия в компрессоре подогревается отработавшими газами.

Цикл состоит из следующих процессов: 1-2 – сжатие воздуха в компрессоре, 2-3 – подогрев сжатого воздуха в регенераторе за счёт тепла отработавших газов, 3-4 – горение топлива в камере сгорания, 4-5 – расширение продуктов сгорания в турбине, 5-6 – охлаждение газов в регенераторе сжатым воздухом после компрессора, 6-1 – процесс выброса тепла в окружающую среду. Регенеративные циклы оцениваются по степени регенерации j – отношению количества теплоты, переданного воздуху в регенераторе, к тому количеству тепла, которое можно было бы передать при охлаждении отработавших газов до температуры воздуха перед регенератором. Предельно возможная степень регенерации имеет место при T₃ = T₅.

Рис. 8.6. Схема и цикл ГТУ с регенерацией

На рис. 8.6 представлены схема и цикл ГТУ с регенерацией.

Повысить термический кпд ГТУ можно также применяя ступенчатое сжатие воздуха. При этом воздух между ступенями компрессоров охлаждают в воздухоохладителе. Ступенчатое сжатие с регенерацией теплоты позволяет повысить термический кпд до значений η = 28 … 30%.

На практике встречаются ГТУ закрытого типа, где циркулирующее рабочее тело не участвует в процессе горения и поэтому не содержит примесей, загрязняющих проточные части турбин, регенераторов, охладителей. Нагретый в специальном котле воздух (до t ≡ 700°C и P = 30 … 40 ат) расширяется сначала в турбине высокого давления, приводящей в действие компрессор, затем в ТНД, приводящей в действие через редуктор гребной винт.

Недостатком закрытой схемы является наличие в её составе тяжёлого и громоздкого нагревателя (воздушного котла) и специальной компрессорной станции с резервуарами сжатого воздуха для запуска ГТУ при помощи воздушной турбины.