130
Zwiększenie ijt z wartości 0,5 do 0,9 powoduje 9-krotny wzrost powierzchni wymiany ciepła w rek operatorze. Odpowiednio rośnie jego koszt, gabaryty i ciężar. Z tego względu sprawność regeneratora przyjmuje się nie większą niż
7* * 0,75 -0,85.
Rek uperator jest aparatem dużym gabarytowo i ciężkim, jego masa równa się w przybliżeniu masie całego zespołu obejmującego kompresor, turbinę i komorę spalania. Z tej przyczyny układy z regeneracją nie znalazły dotychczas zastosowania w silnikach lotniczych.
W 1939 r. szwajcarska firma Escher-Wyss zaprezentowała pierwszą turbinę gazową zbudowaną według projektu Ackereta i Kellera w układzie zamkniętym. Schemat najprostszego układu zamkniętego przedstawiono na rysunku
Układ składa się z kompresora K, turbiny T oraz dwóch wymienników ciepła - nagrzewnicy (wymiennika wysokotemperaturowego) WT i chłodnicy (wymiennika niskotemperaturowego) NT. Proces termodynamiczny w układzie jest taki sam jak w układzie otwartym. Różnica polega na tym, że krążący w obiegu zamkniętym gaz nie zmienia swego składu chemicznego.
Układ zamknięty przedstawia jako całość określoną objętość, w której zawarta jest konkretna masa gazu. Z uwagi na nieuniknione straty nieszczelności masa ta musi być stale uzupełniana. Do tego celu służy specjalna instalacja, w której skład wchodzi zbiornik ciśnieniowy Z napełniany za pomocą oddzielnego kompresora (nie zaznaczonego na rysunku). Stosując doładowanie układu przez otwarcie zaworu a lub rozładowanie przez otwarcie zaworu b zmieniamy masową ilość czynnika w obiegu, a tym samym poziom ciśnienia. Czynnością tą steruje specjalny regulator. W punkcie znamionowym ciśnienia
hi
wynoszą pt, p2, stosunek ciśnień x = pjpx- Chcąc zmniejszyć moc turbozespołu otwieramy przejściowo zawór b upuszczając pewną ilość czynnika, dzięki czemu ciśnienie przed kompresorem obniża się do wartości p\ < pt. Przy stałej prędkości obrotowej sprężarki n'» n • «0 stosunek ciśnień me zmienia się, tt* = jc, wobec czego ciśnienie górne wynosi p'2 = p\ •*. Nagrzewnica gazu WT regulowana jest podobnie jak kocioł w siłowni parowej, utrzymując stałą temperaturę gazu t3 przez odpowiednie nastawienie strumienia paliwa. Wobec tego temperatura górna obiegu t2 = r9 pozostaje stała. Dolna temperatura wynosząca niewiele stopni ponad temperaturę wody chłodzącej, jest również stała. W tych warunkach wykres procesu w układzie i-sjest przy obciążeniu częściowym taki sam jak przy obciążeniu nominalnym, stanowiąc jedynie jego przesunięcie w kierunku poziomym. Opisana tu metoda regulacji poślizgowej, tj. regulacji zmianą ciśnienia górnego p2, zapewnia stałość sprawności procesu niezależnie od obciążenia maszyny.
Główne cechy odróżniające układ zamknięty od otwartego to:
1) możliwość spalania dowolnego paliwa;
2) możliwość stosowania wysokiego ciśnienia na wlocie do kompresora;
3) możliwość stosowania dowolnego gazu w obiegu.
W układzie otwartym można spalać paliwo gazowe lub płynne, przy czym pożądane jest, aby produkty spalania nie powodowały zanieczyszczeń, osadów i korozji w układzie przepływowym turbiny. Nakłada to ograniczenia na gatunki paliw i wymaga z reguły wysokiej ich jakości. W układzie zamkniętym spaliny nie mieszają się z czynnikiem pracującym i nie powodują jego zanieczyszczenia. Pozwala to na stosowanie paliwa gorszego jakościowo, tańszego. Może to być paliwo gazowe, ciekłe lub stałe. Takie korzyści daje stosowanie powierzchniowej nagrzewnicy gazu. Jednocześnie jednak zastąpienie małej, lekkiej i taniej komory spalania przez dużą, ciężką i drogą nagrzewnicę WT powoduje wzrost gabarytów, ciężaru i ceny wni gazo-wo-turbinowej. Dodatkowy wzrost gabarytów wiąże się z wprowadzeniem powierzchniowej chłodnicy gazu. W rezultacie układ zamknięty jest mniej przydatny do celów trakcyjnych, nie nadaje się zniszczą do napędów lotniczych. Istotną zaletą układu zamkniętego jest możliwość stosowania podwyższonego ciśnienia pl przed kompresorem, dzięki zemu iicdnh gęstość czynnika w obiegu rośnie, maleją wymiary kompresora i turbi.iy, a więc powstaje szansa realizacji technicznej znacznie większej mocy silnika niż w układzie otwartym.
Współcześnie rozważa się zastosowanie turbin gazowych v, jedno konturowych siłowniach nuklearnych z reaktorami wysokotemperaturowymi chłodzonymi helem HTGR. Wchodzi tu w rachubę obieg zamknięty, w którym reaktor pełni funkcję nagrzewnicy gazu. Sprężony gorący hel ekspanduje w turbinie, po czym zostaje schłodzony w chłodnicy, sprężony w mpręsouc i skierowany jako czynnik chłodzący do reaktora. W takim bloku energetycznym można realizować bardzo dużą moc rzędu 1000 MW i więcej. Jedną z propozycji zilustrowano na rysunku lii.2^. W schemacie przewidziany jest