10-07-2024 - Energy systems - Cycle variants [EN]-[IT]

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ENGLISH
10-07-2024 - Energy systems - Cycle variants[EN]-[IT]

Cycle variants
The cycle variants in a gas turbine plant are adjustments to the thermodynamic cycle that are made to the basic cycle of the gas turbine to improve efficiency.
Below are some cycle variations:
Regenerative Brayton Cycle
Heat Recovery Cycle
Interrefrigerated cycle:
Cycle with post-combustion

Regenerative cycle
The regenerative cycle has as its main purpose the recovery of the heat present in the gases discharged from the turbine to increase the temperature of the air entering the combustion chamber.
Regeneration is always less than 1, in fact the regeneration efficiency is approximately 0.85-0.9.
Below is the T-s diagram of a regenerative gas turbine cycle.

Below is the system diagram of a gas turbine cycle

Thermodynamic efficiency
Below is the expression of the thermodynamic efficiency of a regenerative gas turbine cycle

Gas turbine system with inter-refrigerated compression
The gas turbine cycle with intercooled compression consists of introducing one or more cooling stages (intercooling) between the various stages of the compressor.
This is done to obtain the following advantages:
Reduction of compression work
Increased thermal efficiency
Improved overall performance

We can summarize as follows. The cycle with intercooled compression is therefore one of the variants of the basic turbogas cycle which improves the efficiency and overall performance of the turbogas system through intermediate cooling of the compressed air.

**Below is the T-s diagram of a gas turbine cycle with intercooled compression.

**Below is the system diagram of a gas turbine cycle with intercooled compression.

When using interrefrigeration, the compressed air is cooled between compression stages. Cooling reduces the air temperature, which leads to a reduction in specific volume. This lowering of the specific volume reduces the work required for further compression stages, improving the overall efficiency of the compression process.

NOTE:
In the case of interrefrigerated compression, the specific volume of the overall gas evolving in the compressor is reduced

thermodynamic efficiency
Below is the thermodynamic efficiency of a gas turbine cycle with intercooled compression

System with gas turbine cycle with recombustion
The main purpose of a gas turbine plant with recombustion is to increase the net work of the plant. To do this, i.e. to increase the net work, it is possible to divide the expansion into several steps by inserting a combustion chamber between each of them.

T-s diagram
Below is the T-s diagram of a gas turbine cycle with recombustion

System diagram
Below is the system diagram of a gas turbine cycle with recombustion

Yield
Below is the thermodynamic efficiency of a gas turbine cycle with recombustion

Conclusions
Are the gas turbine cycle variants all solutions designed to increase the efficiency of a gas turbine system?

Request
Do you know other gas turbine basic cycle variants besides the three described in this post?

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ITALIAN
10-07-2024 - Sistemi energetici - Varianti di ciclo[EN]-[IT]

Varianti di ciclo
Le varianti di ciclo in un impianto turbogas sono degli accorgimenti al ciclo termodinamico che vengono apportati al ciclo base della turbina a gas per migliorare l’efficienza.
Qui di seguito alcune varianti di ciclo:
Ciclo Brayton Rigenerativo
Ciclo a Recupero di Calore
Ciclo Interrefrigerato:
Ciclo con Postcombustione

Ciclo rigenerativo
Il ciclo rigenerativo ha come scopo principale il recupero del calore presente nei gas scaricati dalla turbina per aumentare la temperatura dell’aria entrante in camera di combustione.
La rigenerazione è sempre inferiore ad 1 infatti l’efficienza di rigenerazione è di circa 0,85-0,9.
Qui di seguito il diagramma T-s di un ciclo turbogas rigenerativo.

Qui di seguito lo schema d’impianto di un ciclo turbogas

Rendimento termodinamico
Qui di seguito l’espressione del rendimento termodinamico di un ciclo turbogas rigenerativo

Impianto turbogas con compressione interrefrigerata
Il ciclo turbogas con compressione interrefrigerata consiste nell'introdurre uno o più stadi di raffreddamento (intercooling) tra i vari stadi del compressore.
Questo si fa per ottenere i seguenti vantaggi:
Riduzione del lavoro di compressione
Aumento dell'efficienza termica
Miglioramento delle prestazioni complessive

Possiamo sintetizzare come segue. Il ciclo con compressione interrefrigerata è quindi una delle varianti del ciclo turbogas base che migliora l'efficienza e le prestazioni complessive dell'impianto turbogas attraverso un raffreddamento intermedio dell'aria compressa.

**Qui di seguito il diagramma T-s di un ciclo turbogas con compressione interrefrigerata.

**Qui di seguito lo schema di impianto di un ciclo turbogas con compressione interrefrigerata.

Quando si utilizza l'interrefrigerazione, l'aria compressa viene raffreddata tra gli stadi di compressione. Il raffreddamento riduce la temperatura dell'aria, il che comporta una riduzione del volume specifico. Questo abbassamento del volume specifico riduce il lavoro richiesto per ulteriori stadi di compressione, migliorando l'efficienza complessiva del processo di compressione.

NOTA:
Nel caso di compressione interrefrigerata si riduce il volume specifico del gas complessivamente evolvente nel compressore

rendimento termodinamico
Qui di seguito il rendimento termodinamico di un ciclo turbogas con compressione interrefrigerata

Impianto con ciclo turbogas con ricombustione
Lo scopo principale di un impianto turbogas con ricombustione è quello di aumentare il lavoro netto dell’impianto. Per fare questo ,cioè per aumentare il lavoro netto, è possibile suddividere in più salti l’espansione inserendo una camera di combustione tra ognuno di essi.

Diagramma T-s
Qui di seguito il diagramma T-s di un ciclo turbogas con ricombustione

Schema d’impianto
Qui di seguito lo schema di impianto di un ciclo turbogas con ricombustione

Rendimento
Qui di seguito il rendimento termodinamico di un ciclo turbogas con ricombustione

Conclusioni
Le varianti di ciclo turbogas sono tutte soluzioni ideate per aumentare l'efficienza di un impianto turbogas?

Domanda
Conoscete altre varianti di ciclo base turbogas oltre alle tre descritte in questo post?

THE END