Циклы газотурбинных установок
Цикл со смешанным подводом тепла.
Этот цикл является комбинацией двух предыдущих. В нем тепло сначала сообщается по изохоре, а затем по изобаре. Цикл состоит из следующих термодинамических процессов:
1-2 – адиабата сжатия;
2-3 – изохорный подвод тепла;
3-4 – изобарный подвод тепла;
4-5 – адиабата расширения;
5-1 – изохорный отвод тепла.
Характеристиками цикла являются:
· Степень сжатия 
;
· Степень предварительного расширения 
;
Определение параметров в характерных точках.
Для точки 1 неизвестен удельный объем, который определяем из уравнения состояния идеального газа.
.
Для точки 2:
Для точки 3:
Для точки 4:
.
Для точки 5:
Теплоты в цикле определяются:
Подведенная теплота 
+ 
Отведенная теплота: 
Полезноиспользованная теплота: 
.
Термический КПД цикла определяется из выражения:
Термический КПД зависит от трех параметров цикла. С увеличением степени сжатия и степени повышения давления термический КПД увеличивается, а с увеличением степени предварительного расширения КПД уменьшается. Работа в цикле определяется из выражений:
Работа сжатия: 
;
Работа расширения: 
.
Полезная работа: 
= 
.
В системе координат T-S цикл изображается следующим образом.
Для построения графика определяем:
;
;
;
.
Поскольку кривые 2-3, 3-4, и 5-1 являются логарифмическими, то задаемся промежуточными точками в интервале температур 
, 
и определяем:
;
;
.
Сравнение циклов с подводом теплоты при 
и 
.
При равенстве работ, будут равны и использованные теплоты в циклах. Рассмотрим оба цикла в системе T-S.
1) При одинаковых степенях сжатия точка 2 (конца сжатия) будет совпадать. Так как в T-S изобара располагается над изохорой, то линия 2-3 должна располагаться под линией 2- 
. А ввиду равенства теплот и равенства площадей 1-2-3-4 и 1-2- - 
, точка 3 должна лежать правее 
отсюда можно сделать вывод, что в цикле при 
отвод тепла больше, чем при 
. А это говорит, что при одинаковых степенях сжатия цикл с экономичнее цикла при .
2) При одинаковых максимальных давлениях будем рассматривать оба цикла при условии получения в них равных работ, что приведет к равенству полезных теплот. Точка 
лежит выше точки 2, так как в цикле с степень сжатия больше. Равенство площадей 1234 и 1 
будет возможно при расположении точки 3 вправо от линии 
b. Но при таком расположении циклов площадь a1 b будет меньше площади a14c. Следовательно, при рассматриваемых условиях цикл с экономичнее цикла с .
Циклы газотурбинных установок
Газотурбинной установкой (ГТУ) называется теплоэнергетическое устройство, в котором рабочим теплом служат продукты сгорания топлива, а рабочим двигателем является газовая турбина.
Схема газотурбинной установки представлена на рисунке 1.
1 – насос для подачи топлива;
2 – воздушный компрессор;
3 – камера сгорания;
4 – газовая турбина;
5 – электрогенератор.
Воздушный компрессор 2 сжимает воздух до требуемого давления 
и направляет его в камеру сгорания 3, туда же топливным насосом 1 подается топливо. Сгорание топлива происходит при . Образующиеся продукты сгорания топлива поступают на лопатки турбины, где совершают работу, приводя во вращение вал турбины. Турбина является приводом электрогенератора 5, вырабатывающего электрический ток, а также приводом компрессора 2 и насоса 1.
Отработавшие газы в турбине при давлении, несколько превышающие атмосферное, выбрасываются в окружающую среду.
К числу возможных идеальных цикло ГТУ относят:
1. Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении;
2. Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме;
3. Цикл с регенерацией теплоты.
Цикл ГТУ с подводом теплоты при .
В системе координат 
– 
изображается:
1-2 – процесс адиабатного сжатия воздуха в компрессоре;
2-3 –подвод теплоты в камеру сгорания при ;
3-4 – адиабатное расширение газа в турбине;
4-1 – изобарная отдача теплоты окружающему воздуху.
Характеристиками цикла являются:
· Степень сжатия ;
· Степень предварительного расширения 
.
1. Параметры газа в характерных точках находим:
Для точки 1
;
Для точки 2
;
Для точки 3
;
Для точки 4
.
2. Подведенная теплота 
Отведенная теплота: 
Полезноиспользованная теплота: .
3. Термический КПД цикла:
.
Выражение показывает, что термический КПД ГТУ при данном рабочем теле (данном 
зависит только от степени сжатия в компрессоре, причем с ростом КПД цикла увеличивается. Несмотря на то, что увеличение 
благоприятно сказывается на экономичности ГТУ, повышение этой величины приводит к увеличению температуры газов перед рабочими лопатками турбины. Величины этой температуры лимитируются прочностью сплавов, из которых изготовлены лопатки. В настоящее время максимально допустима температура газов перед турбиной составляет 800-1000 
и дальнейшее повышение может быть достигнуто только при применении новых жаропрочных материалов и внутренних турбин с охлажденными компонентами.
4. Работа сжатия: 
.
Работа расширения: 
.
Полезная работа:
5. В системе координат T-S цикл изображается
Для построения цикла определяем изменение энтропии в каждом процессе:
;
;
.
Цикл ГТУ с подводом теплоты при .
Отличительной особенностью от предыдущего цикла является установка в рабочей камере клапана, обеспечивающего сгорание топлива при постоянном объеме.
В системе координат – изображается:
1-2 – процесс адиабатного сжатия воздуха в компрессоре;
2-3 –подвод теплоты в камеру сгорания при ;
3-4 – адиабатное расширение газа в турбине;
4-1 – изобарная отдача теплоты окружающему воздуху.
Характеристиками цикла являются:
· Степень сжатия ;
· Степень предварительного расширения 
.
1. Параметры газа в характерных точках находим:
Для точки 1
;
Для точки 2
;
Для точки 3
Для точки 4
.
2. Подведенная теплота
Отведенная теплота:
Полезноиспользованная теплота: .
3. Термический КПД цикла:
= 
.
Выражение показывает, что термический КПД цикла 
зависит степени сжатия и степени повышения давления. При одинаковых степенях сжатия и одинаковом количестве отведенной теплоты, при выгоднее цикла при 
. Несмотря на это преимущество, цикл с подводом теплоты при широко применения в практике не нашел в связи с усложнением конструкции камеры сгорания и ухудшением работы турбины в пульсирующем потоке газа.
4. Работа сжатия: .
Работа расширения: 
.
Полезная работа:
5. В системе координат T-S цикл изображается
Для построения цикла определяем изменение энтропии в каждом процессе:
;
;
.
Регенеративные циклы.
Одной из мер повышения совершенства перехода теплоты в работу в газотурбинной установке является применение регенерации теплоты. Регенерация теплоты заключается в использовании теплоты отработавших газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.
В системе координат P-V цикл изображается.
AC –адиабатное сжатие воздуха в компрессоре;
C1 –изобарный подогрев воздуха в регенераторе;
1Z –подвод тепла при в камере сгорания;
ZL –адиабатное расширение газа в турбине;
L2 –отдача теплоты при в регенераторе;
2A –отдача теплоты при в окружающую среду.
Подведенная теплота 
Отведенная теплота: 
Тогда:
При принятых параметров цикла:
;