Характеристики дизелей, газотурбинных установок

Эффективная мощность ГТУ Ne=ηм NT ,

где ηм ≈ (0,97…0,98) механический КПД ГТУ.

Теоретическая мощность компрессора составляет около 2/3 мощности турбины, а мощность на выходном валу ГТУ равна около 1/3 мощности турбины. Значения внутренних и механического КПД сильно влияют на выходную мощность и общий КПД ГТУ. Существенно влияет на мощность и КПД ГТУ температура воздуха перед компрессором. На рис. 2.17 за единицу приняты значения, отвечающие температуре окружающей среды 20° С.

Стремление к дальнейшему совершенствованию газотурбинных установок при ограниченной по условиям прочности лопаток температуре газа на входе в турбину привело к созданию более сложных их схем. Были созданы установки с регенераторами тепла отходящих газов, а также двухступенчатые установки с промежуточными охладителями между компрессорами и промежуточными нагревателями между турбинами. Такое выполнение установок способствует снижению потерь тепла и приближению процессов сжатия и расширения к адиабатическим, а, следовательно, и к повышению КПД. Однако регенераторы и промежуточные охладители представляют собой теплообменники с относительно низкими разностями температур и большой поверхностью теплообмена. Они требуют значительного места, которое не всегда может быть предоставлено на локомотиве.

На рис. 2.18 приведена схема одновальной ГТУ с регенерацией тепла. Здесь воздух, сжатый компрессором, прежде чем поступить в камеру сгорания, проходит через регенератор Р, в котором он подогревается, отбирая тепло у отработавших в турбине газов.

На рис. 2.19 представлена р(V) диаграмма цикла. В теоретическом цикле давление не меняется, а лишь увеличивается объем воздуха вследствие повышения температуры. Регенерация возможна, если Тв > Тa, и позволяет уменьшить количество подводимого тепла q1 за счет тепла, подведенного от регенератора qp, при сохранении температуры Тс на входе в турбину, т. е. уменьшить расход топлива на выполнение равной работы. Следовательно, регенерация повышает КПД установки

Теоретически максимальное количество тепла, которое может быть передано 1 кг воздуха в регенераторе, составляет

Однако в этом случае поверхность регенератора должна быть бесконечно велика. В действительности всегда Тв должна быть больше, чем TCl; qp = Cp(Tdl – Тd).

Степенью регенерации называют величину

Обычно в практике φ ≈ 0,5…0,6. Термический КПД цикла с регенерацией тепла

Индикаторный КПД для этого случая

При отсутствии регенерации приближенно можно считать, что

Для осуществления цикла с промежуточным охлаждением и подводом тепла (рис. 2.20) необходимы два компрессора и две турбины.

Воздух, нагретый в процессе сжатия в компрессор К1 от температуры Та до Tе1, охлаждается в промежуточном охладителе ПО до температуры Tе. Тем самым уменьшается работа сжатия в компрессоре К2, а также улучшаются условия регенерации вследствие относительного снижения Тd.