توربين گاز

-۱ تاريخچه توربين گاز
از حدود ۷۰ سال قبل توربين هاي گازي جهت توليد برق مورد استفاده قرار مي گرفته اند، اما در بيست سال اخير توليد اين نوع توربين ها بيست برابر افزايش يافته است.
اولين طرح توربين گازي مشابه توربين هاي گازي امروزي در سال ۱۷۹۱ به وسيله «جان پاير» پايه گذاري شد كه پس از مطالعات زيادي بالاخره در اوايل قرن بيستم اولين توربين گازي كه از يك توربين چند طبقه عكس العملي و يك كمپرسور محوري چندطبقه تشكيل شده بود، توليد گرديد.

اولين دستگاه توربين گازي در سال ۱۹۳۳ در يك كارخانه فولادريزي در كشور آلمان مورد بهره برداري قرار گرفت و آخرين توربين گازي با قدرت ۲/۲۱۲ مگاوات در فرانسه نصب و مورد بهره برداري مي گردد. [۱]
در صنعت برق ايران اولين توربين گازي در سال ۱۳۴۳ در نيروگاه شهر فيروزه (طرشت) مو

رد استفاده قرار گرفته است كه شامل دو دستگاه بوده و هر كدام ۵/۱۲ مگاوات قدرت داشته است. در حال حاضر كوچكترين توربين گازي موجود در ايران توربين گاز سيار «كاتلزبرگ» با قدرت اسمي يك مگاوات و بزرگترين آن توربين گازي ۴۹-۷ شركت زيمنس با قدرت ۱۵۰ مگاوات مي باشد. [۱]
۱-۲- نقش توربين گاز در صنعت برق
توربين هاي گاز جدا از توليد برق به خاطر خصوصيات ويژه اي كه دارند مي تواند در موارد ديگري مثل موتورهاي جت در هواپيماها براي تأمين نيروي محركه هواپيما و نيروي جلوبرندگي به كار رود يا مثلاً جهت به گردش درآوردن يك پمپ قوي به كار رود.
اما چون بحث ما پيرامون توربين هاي گازي است كه در صنعت برق وجود دارد. لذا مطالب خود را بر اساس همين موضوع پيگيري مي كنيم.
با توجه به آمار و ارقام مشخص مي شود كه ميزان مصرف برق در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است مثلاً در بعضي از ساعات شبانه روز (فاصله ساعت ۱۰:۰۰ تا ۱۲:۰۰ صبح و از تاريك شدن هوا به مدت تقريباً دو ساعت در شب) مصرف برق خيلي زياد است و به ميزان حداكثر خود مي رسد (پيك بار) و در بعضي ساعات مثل ساعات بين نيمه شب تا بامداد مصرف برق خيلي پايين است و در بقيه اوقات يك مقدار متعادل را دارد.

************************************************************
شكل (۱-۱) تغييرات بار به ازاء شبانه روز (منفي بار)
همانطوري كه در شكل ۱-۱ ديده مي شود [۱] يك مقدار از بار مصرف تقريباً در تمام ساعات شبانه روز ثابت است كه به آن بار پايه مي گوييم و يك مقدار بار نيز تنها در ساعات محدودي از شبانه روز اتفاق مي افتد و مقدار آن بيشتر از بار در بقيه ساعات شبانه روز مي باشد. اين بار را بار حداكثر يا پيك مي گوييم. نوسانات بين بار پايه و بار پيك را نيز بنام بار متوسشد. اين نيروگاه ها شامل نيروگاه هاي بخار (به خاطر سوخت ارزان- چون سوخت مصرفي آنها معمولاً سوخت هاي سنگين مثل ماژوت است) نيروگاه هاي هسته اي و نيروگاه هاي آبي مي باشد. اما براي تأمين بار پيك به نوعي نيروگاه احتياج داريم كه مخارج نصب پايين و سرعت راه اندازي و باردهي بالا داشته باشد. [حتي اگر مخارج جاري آن بالا باشد و در رابطه با تأمين بار پيك توربين هاي گازي مطرح مي شوند، زيرا خصوصيات تقاضا شده فوق را دارا مي باشند.
توربين هاي بخار به خاطر آنكه براي راه اندازي و رسيدن به مرحله باردهي چندين ساعت وقت لازم دارند و استفاده از آنها به صورت رزرو به صرفه نيست در اين مورد استفاده نمي شوند.
بار مياني نيز توسط تركيبي از نيروگاه هاي مختلف كه اقتصادي تر باشد، تأمين مي شود. بنابراين يكي از بارزترين موارد استفاده توربين هاي گاز در صنعت برق، تأمين بار پيك توسط اين واحدهاست البته در كشورهايي مثل ايران كه مسأله سوخت حتي گاز و گازوئيل مسأله مهمي را ايجاد نمي كند از واحدهاي گازي براي تأمين بار پايه نيز استفاده مي شود.

از ويژگي هاي ديگر واحدهاي گازي كه با ديزل استارت مي شود قادرند با استفاده از باتري ها موجود در باتري خانه كه همواره شارژ كامل هستند بدون وابستگي به شبكه استارت شده و به مرحله باردهي برسند لذا از واحدهاي گازي مي توان براي مناطقي كه به شبكه سراسري متصل نيستند و نيز براي شروع برقراركردن شبكه پس از خاموشي كامل شبكه استفاده كرد. در بعضي از واحدهاي گازي كلاچ مخصوص بين محور توربين و محور ژنراتور وجود دارد كه مي توان اين دو محور را از هم جدا كند و در واحدهايي كه به اين نوع كلاچ مجهز هستند مي توان در حالي كه ژنراتور به

شبكه متصل است با خاموش كردن توربين و باز شدن كلاچ موردنظر كه با افت دور توربين نسبت به ژنراتور صورت مي گيرد ژنراتور را به صورت موتور درآورد و به اين وسيله عمل تنظيم ولتاژ شبكه را انجام داد. اين كار معمولاً در شبهايي كه بخاطر پايين بودن مصرف در شبكه ولتاژ بالا مي رود انجام مي شود به اين نوع استفاده از ژنراتور اصطلاحاً كندانسور كردن گويند.
۱-۳-۱- مزاياي توربين گازي

الف) واحدهاي گازي بخاطر جمع كوچك و ساده بودن نصب خيلي سريع نصب مي شود.
ب) واحدهاي گازي بعد از استارت، در عرض چند دقيقه (معمولاً كمتر از ده دقيقه) به مرحله بازدهي مي رسند كه در اين زمان كوتاه، توربين هاي گازي را قادر ساخته است كه براي منظورهاي اضطراري و در مواقعي كه ماكزيمم مصرف برق را در سيستم قدرت داريم مورد استفاده قرار گيرد. در ضمن تغيير بار (قدرت توليد) در اين واحد، سريع صورت مي گيرد.
ج) قيمت و هزينه نصب واحدهاي گازي پايين است (حدود واحدهاي بخار براي قدرت برابر)
د) به علت سادگي ساختمان و كم بودن قسمت هاي كمكي و نوعي در توربين گاز بهره برداري از آن آسان مي باشد. در ضمن در واحدهاي گازي امكان كنترل و بهره برداري در محل و از راه دور وجود دارد.
هـ ) در توربين هاي گازي، امكان استفاده از سوخت هاي مختلف و تعويض نوع سوخت در حال كار واحد به هنگام باردهي، قدرت مانور خوبي به واحد مي دهد.
۱-۳-۲- معايب توربين گازي
الف) راندمان يا بازدهي واحدهاي گازي به خاطر دفع مقدار زيادي انرژي، به صورت گرما از اگزوز، (براي يك واحد گازي با قدرت ۲۵ مگاوات دماي خروجي اگزوز، بيش از Cْ۵۰۰ مي باشد) و تشعشع مقداري گرما از جدار اتاق احتراق، پايين تر مي باشد (ماكزيمم تا حدود ۲۷% براي سيكل ساده)
ب) چون در واحدهاي گازي، معمولاً از گاز طبيعي يا سوخت هاي سبك استفاده مي كنند، لذا مخارج جاري آنها بالا مي باشد (به علت گراني اينگونه سوختها)، ولي در عوض ميزان آلودگي محيط زيست نسبت به ساير نيروگاه هاي حرارتي ديگر با قدرت مشابه كمتر است.
فص دوم
تئوري فرايندهاي توربين گازي در افزايش قدرت و راندمان
۲-۱- مقدمه
با منبسط شدن گازهاي حاصل از احتراق (كه داراي دما و فشار بالايي مي باشند) در چندين طبقه از پره هاي ثابت و متحرك قدرت در توربين گاز توليد مي شود.
براي توليد بالا جهت محفظه احتراق (حدود ۴ تا ۱۳ اتمسفر) از كمپرسورهاي محوري با چندين

طبقه استفاده مي شود. در هر طبقه بر ميزان فشار هواي مكيده شده توسط كمپرسور افزوده مي شود. كمپرسور توسط توربين به گردش در مي آيد به همين منظور محور كمپرسور و توربين به هم متصل است. اگر همه چيز را ايده آل فرض كنيم يعني اصطكاك و تلفات ترموديناميكي سيال صفحه فرض شوند. همه فرآيندها در تمام طبقات كمپرسور و توربين ايده آل است و افت فشار در محفظه احتراق نيز صفر است. بعد از راه اندازي توربين گاز اگر كل سيستم را به حالت خود رها كنيم (بدو

ن اينكه سوختي مصرف كنيم) قاعدتاً بايد قدرت توليد شده در توربين مساوي قدرت مصرف شده در كمپرسور باشد. اما اين از لحاظ علمي غيرممكن است. در توربين گاز حدود قدرت توليد شده در توربين صرف به گردش آوردن كمپرسور شده و آن به عنوان كار خروجي جهت توليد برق (يا هر مصرف ديگر) مصرف مي شود. بنابراين لازم است كه قدرت توليدي در توربين بيشتر از قدرت مصرف

ي در كمپرسور باشد. براي اين منظور مي توان با اضافه كردن حجم سيال عامل در فشار ثابت يا افزايش فشار آن در حجم ثابت قدرت توليدي توربين را افزايش داد. هر يك از دو روش فوق را مي توان با بالا بردن دماي سيال عامل پس از متراكم ساختن آن به كار برد. براي افزايش دماي سيال عامل يك محفظه احتراق لازم است تا با احتراق سوخت دماي هوا بالا رود. به اين ترتيب يك سيكل ساده توربين گاز شامل قسمت هاي زير است:
۱- كمپرسور
۲- اتاق احتراق
۳- توربين
در توربين هاي گاز ممكن است يكي از دو نوع سوخت گازوئيل يا گاز طبيعي استفاده شود. توربين هاي گازي را از روي عمل انبساط گازها (مانند توربين بخار) تقسيم بندي مي كنند كه عبارتند از:
۱- توربين هاي ضربه اي
۲- توربين هاي ضربه اي- عكس العملي
توربين هاي گاز را از روي سيو سيال عامل نيز طبقه بندي مي كنند كه عبارتند از:
۱- توربين هاي گازي با سيكل باز (سيال عامل از هواي بيرون موتور وارد و به داخل هواي محيط تلمبه مي گردد.)
۲- توربين هاي گاز با سيكل بسته (سيال عامل از هواي بيرون موتور وارد و به داخل هواي محيط تخليه مي گردد.)
۳- توربين هاي گاز با سيكل نيمه بسته (مقداري از سيال عامل در داخل دستگاه گردش مي كند و مقدار ديگر به داخل هواي محيط تخليه مي گردد.)
۲-۲- سيكل استاندارد هوايي
*******************************************
شكل (۲-۱) توربين گاز با سيكل ساده
در شكل (۲-۱) علائم زير استفاده شده است:
C= كمپرسور
B= اتاق احتراق
T= توربين
P= كوپلينگ بين توربين و دستگاه مصرف كننده
S= راه انداز
**************************************************
شكل (۲-۲): نمودار ۷-P سيكل برايتون

همانطور كه در شكل (۲-۲) پيدا است هواي محيط در داخل كمپرسور از فشار ۱P تا ۲P طي يك فرآيند آيزونتروپيك متراكم مي گردد و بعد در اتاق احتراق توسط سوخت پاشيده شده احتراق صورت مي گيرد.
فرآيند احتراق تقريباً در فشار ثابت انجام مي شود. در اثر احتراق دماي سيال عامل زياد مي شود و از T2 به T3 مي رسد محصولات احتراق از اتاق احتراق خارج شده و در داخل توربين از P3 تا فشار جو منبسط مي گردد و به داخل هواي محيط تخليه مي شود. توربين و كمپرسور به طور مكانيكي به هم متصل شده اند. بنابراين كار خالص برابر است با اختلاف بين كار انجام شده توسط تو

ربين و كار مصرف شده توسط كمپرسور. براي آغاز كار كمپرسور يك راه انداز (استاتور) لازم خواهد بود، وقتي توربين شروع به كار كرد، راه انداز قطع مي شود.
نمودار سيكل آرماني (نظر) برايتون روي نمودار P-V يا T-S در شكل هاي شماره (۲-۲) و (۲-۳) نشان داده شده است.
فرآيند ۲-۱: تراكم ايزونتروبيك در كمپرسور
فرآيند ۳-۲: افزودن حرارت در فشار ثابت در اتاق احتراق
فرآيند ۴-۳: انبساط آيزونتروبيك در توربين
فرآيند ۱-۴: بس دادن حرارت در فشار ثابت
************************************************
شكل (۲-۳): نمودار T-S سيكل برايتون
با مراجعه به شكل (۲-۲) مي توان بازده حرارتي سيكل را بر مبناي يك كيلوگرم از سيال عامل پيدا نمود.
(۲-۱) حرارت افزوده شده
و چون گرماي ويژة فشار ثابت CP در كل فرآيند ۳-۲ ثابت است:
(۲-۲) = حرارت پس داده شده
حرارت پس داده شده – حرارت افزوده شده = Wnet= كار خالص
(۲-۳) =
اين مقدار كار را مي توان از راه محاسبه كار توربين و كمپرسور نيز به دست آورد.
(۲-۴) كار انجام شده به وسيله توربين
(۲-۵) كار مصرف شده به وسيله كمپرسور
كار مصرف شده به وسيله كمپرسور- كار توليد شده به وسيله توربين= Wnet

(۲-۶) = Wnet
بازده حرارتي عبارت است از نسبت كار خالص سيكل به هزينة انجام شده

و به طور خلاصه:
(۲-۷)
مي دانيم كه در يك فرايند آيزونتروبيك بين فشار، دما و حجم گاز در رابطه زير برقرار است:

نظر به اينكه P2=P3 و P1=P4 مي توان نوشت:

با قرار دادن مقدار از معادله فوق در معادله (۲-۷) خواهيم داشت:
(۲-۸)
نسبت فشار را به rp نشان مي دهيم، بنابراين:

(۲-۹)
***********************************************
شكل (۲-۴): منحني تغييرات بازده حرارتي سيكل نظري بر حسب تغييرات فشار
حال اگر راندمان حرارتي را بر حسب نسبتهاي فشار متفاوت رسم كنيم نمودار شكل (۲-۴) به دست مي آيد. [۲]
همانطور كه از شكل (۲-۴) پيداست راندمان حرارتي با افزايش نسبت فشار افزايش مي يابد. اما همانطور كه از اين نمودار پيداست اين افزايش يكنواخت و خطي نيست، بلكه از نسبت فشار ۱ تا ۴ داراي شيب تند خطي مي باشد و از آن به بعد نرخ آن كاسته مي شود. از نسبت فشار ۱۶ به بعد تغييرات راندمان حرارتي بر حسب نسبت فشار خيلي محسوس نيست، بنابراين مي توان پيشنهاد كرد كه براي راندمان حرارتي ماكزيمم يك نسبت فشار بهينه بايد وجود داشته باشد.
۲-۳- نسبت فشار براي حداكثر كار خالص ويژه سيكل نظري برايتون
اگر شرايط سيكل را ايده آل فرض كنيم، براي تغيير قدرت خروجي، تنها عامل متغير نسبت فشار مي باشد. حداقل نسبت فشار، يك است كه به ازاء آن قدرت خروجي صفر مي شود، در اين صورت:
(۲-۱۰)
اگر دماي خورجي كمپرسور به دماي ورودي توربين يعني T3 برسد حرارت افزوده شده در اتاق احتراق صفر خواهد بود. در نتيجه مقدار كار كمپرسور و توربين با هم برابر مي شود. و كار خروجي (خالص) در اين حالت هم صفر مي شود. اين نسبت فشار ماكزيمم برابر است با:
(۲-۱۱)
بنابراين هيچ كدام از دو روش فوق الذكر عملي نيست و بايد يك نسبت فشار مياني وجود داشته باشد كه به ازاء آن قدرت خروجي يا بازده (با توجه به محدوده دمايي كه توربين با آن مواجه است) حداكثر بشود. شكل (۲-۵) دياگرام T-S اين سيكل با مقادير حداقل، حداكثر و مياني نسبت فشار نشان مي دهد. براي به دست آوردن نسبت فشاري كه به ازاء آن قدرت خروجي حداكثر شود (قدرت خروجي به ازاء يك كيلوگرم سيال عامل) به روش زير عمل مي كنيم با توجه به شكل (۲-۵):

(۲-۱۲)
از طرفي داريم
و
با توجه به اينكه دوطرف راست معادله فوق با هم برابر است مي توان نوشت:

بنابراين معادله (۲-۱۲) به صورت زير در مي آيد:
(۲-۱۳)

*****************************************
شكل (۲-۵) حداكثر و حداقل فشار در سيكل برايتون
در معادله (۲-۱۳) T3 , T1 حداقل و حداكثر دماي سيال مي باشند، r و CP مقادير ثابت محسوب مي شوند. براي به دست آوردن فشاري كه به ازاء آن قدرت خروجي حداكثر مي شود از معادله (۲-۱۳) بر حسب rP مشتق مي گيريم و آن را مساوي صفر قرار مي دهيم:

طرفين معادله فوق را بر تقسيم مي كنيم در نتيجه معادله به صورت زير در م
(۲-۱۵)
۲-۴- سيكل عملي برايتون:
سيكل عملي (واقعي) توربين گاز از نقطه نظرهاي زير با سيكل نظري برايتون تفاوت دارد:
۱- به علت وجود تلفات اصطكاكي در كمپرسور و توربين، فرآيند تراكم و انبساط بدون اصطكاك نيست و با مقداري افزايش در انتروپي همراه مي باشد (اين فرآيندها آدياباتيك برگشت ناپذير مي باشند) در حالت ايده آل بازده كمپرسور و توربين ۱۰۰% مي باشد اما در عمل كمتر است.
۲- در اتاق احتراق افت فشار مختصري وجود دارد. اين افت فشار (تلفات) به قدري كم است كه به منظور ساده شدن مسأله هرجا كه لازم باشد مي توان از آن صرفنظر نمود.
۳- جرم گازي كه از داخل توربين عبور مي كند (۱+f) برابر جرم هوايي است كه از داخل كمپرسور عبور مي كند كه f نشان دهنده نسبت جرم سوخت به جرم هوا مي باشد.
۴- گرماي ويژه گازهاي حاصل از احتراق كمي بيشتر از گرماي ويژه هوا مي باشد. البته اين افزايش به قدري كم است كه گرماي ويژه گازهاي حاصل از احتراق را مي توان براي ساده شدن مسأله هرجا كه لازم است با گرماي ويژه هوا مساوي فرض كرد.
****************************************************
شكل (۲-۱۶) نمودار T-S سيكل واقعي برايتون
در شكل شماره (۲-۶) نمودار T-S براي يك سيكل واقعي برايتون نشان داده شده است.
تلفات فشار در اتاق احتراق بصورت P2-P3 نشان داده مي شود. در اين سيكل:
فرآيند َ۱-۲ تراكم آيزوتروبيك.
فرآيند ۲-۱: تراكم واقعي.
فرآيند َ۳-۴: انبساط آيزوتروبيك
فرآيند ۴-۳: انبساط واقعي.
بازده كمپرسور

چون CP ثابت است:
(بازده كمپرسور)
بازده توربين
اگر گرماي ويژه گازهاي حاصل از سوخت با گرماي ويژه هوا با هم برابر فرض شود:
(۲-۱۷)
بازده حرارتي سيكل بصورت زير محاسبه مي گردد:
كار مصرفي كمپرسور- كار واقعي توربين = Wnet= كار خالص واقعي

= حرارت افزوده شده
بنابراين بازده حرارتي سيكل برابر است با:

(۲-۱۸)
اگر بجاي مقدار آنها را از معادله (۲-۱۶) و (۲-۱۷) در معادله (۲-۱۸) قرار دهيم خواهيم داشت:

(۲-۱۹)
از روي معادله (۲-۱۹) واضح است كه بازده حراتي واقعي سيكل با اصلاح يا هر دو افزايش مي يابد.
۲-۵- راههاي اصلاح بازده و كار خروجي ويژه سيكل ساده
براي اصلاح كار يك مولد قدرت با سيكل ساده مي توان از روشهاي زير استف

اده نمود.
۲-۵-۱- بازيابي حرارت
با گرم كردن اوليه هوا با استفاده از گرماي گاز خروجي توربين در مصرف سوخت صرفه جويي مي شود. اين روش را بازياب حرارتي گويند.
***********************************************
شكل (۲-۷) نمودار جريان و T-S براي يك چرخه بسته غير ايده آل برايتون با مبادله گرما.
به دليل اينكه بازده سيكل توربين گازي با بازياب بيشتر از بازده سيكل ساده توربين گازي است، مصرف سوخت در اين سيكل تا ۳۰ درصد و حتي بيشتر كاهش مي يابد.
۲-۵-۲- اصلاح قدرت خروجي واحد توربين
اين عمل به روشهاي زير انجام مي شود:
الف) گرم كردن مجدد انبساط كامل در توربين در دو يا چند طبقه حاصل مي شود و پس از هر مرحله از انبساط گرم كردن مجدد صورت مي گيرد.
ب) بالا بردن حداكثر دماي سيكل (دماي گاز ورودي توربين) اين عمل به روشهاي زير انجام مي شود:
۱- استفاده از سوختي با كيفيت بهتر
۲- استفاده از مولد بهتر براي پره هاي توربين كه بتواند دماي زيادتري را تحمل كند.
۳- استفاده از روشهاي خنك كردن پره ها
۴- اصلاح بازده توربين كه بستگي به اصلاح طرح آن دارد.
۲-۵-۳- كاستن از قدرت مصرفي كمپرسور
اين عمل به راههاي زير انجام مي گيرد.
الف) خنك كردن مياني: كار مصرفي كمپرسور با خنك كردن هوا در فاصله بين طبقات كمپرسور كاهش مي يابد.
ب) بالا بردن بازده كمپرسور: اين عمل با اصلاح طرح كمپرسور قابل اجرا است.
ج) تزريق آب: با تزريق آب در دهانه ورودي كمپرسور، كار خروجي و بازده در اثر جرم اضافي آب تزريق شده و افزايش دانسيته هوا و خشك كردن هوا زياد مي شود.
***************************************************
شكل (۲-۸) نمودار جريان و T-S يك سيكل بسته ايده آل برايتون با دو مرحله خنك كردن مياني و يك مرحله باز گرمايش و يك دستگاه مبادله گرما
مقدار كار در دستگاه هايي مانند كمپرسور يا توربين با استفاده از معادله زير است:

اين معادله براي گاز كامل با توجه به اينكه براي آن pv=Mrt است بصورت زير در مي آيد:

بنابراين به ازاء معين مقدار كار مستقيماً با دما متناسب است، لذا كمپرسور كه بين حالت ۱ و ۲ كار مي كند با افزايش دما كار بيشتري مصرف خواهد كرد از آنجا كه كار كمپرسور منفي است افزايش آن كار خالص سيكل را كاهش مي دهد، بهتر است در حالي كه مي خواهيم به فشار P2 برسيم T=T2-T1 را در حد پايين نگاه داريم، اين كار را از لحاظ نظري مي توان با خنك كردن متوالي گاز متراكم و نگهداشتن دماي آن در حد T1 انجام داد. اين روش با استفاده از خط بريده پاييني در شكل (۲-۸) نشان داده شده است. اما اين كار از لحاظ فيزيكي امكان پذير نيست و خنك كردن گاز را بين دو مرحله تراكمي مي توان انجام داد. در شكل (۲-۸) براي سادگي كار فرآيند تراكمي و انبساطي بصورت ايده آل (آيزونتروپيك) نشان داده شده اند و در آن دو مرحله خنك كن مياني ديده مي شوند. گاز پس از تراكم نسبي از ۱ تا ۲ خنك مي شود و دماي آن در حالي كه فشارش ثابت است (در فرآيند ايده آل) به دماي نقطه َ۱ مي رسد. مجدداً گاز تا َ۲ متراكم مي شود و پس از آن دوباره تا ً۱ خنك مي شود و سرانجام تا ً۲ متراكم مي شود. در فرآيند ايده آل و است تحت اين شرايط كمپرسور از سه قسمت تشكيل مي شود كه كار مصرفي هر قسمت يكسان است.
با توجه به معادله مي توان نتيجه گرفت كه با بالا نگهداشتن دماي گاز در توربين مي توان كار توربين را افزايش داد. اين فرآيند به وسيله خط بريده افقي شكل (۲-۸) نشان داده شده است.
در شكل (۲-۸) دو دستگاه توربين نشان داده شده است كه بين آنها يك مرحله بازگرمايشي قرار دارد. گاز در قسمت فشار بالاي توربين از ۳ تا ۴ منبسط مي شود و آنگاه در ضمن يك فرآيند فشار ثابت (در حالت ايده آل) تا حالت َ۳ باز گرم مي شود و بالاخره در قسمت فشار پايين توربين تا َ۴ انبساط پيدا مي كند. مساحت مقدار افزايش كار در سيكل را نشان مي دهد در حالي كه مقدار گرماي داده شده به سيكل به اندازه مي باشد.
از عمليات خنك سازي مياني، بازگرمايش و بازيابي مي توان توأماً در يك سيكل مطابق شكل (۲-۸) استفاده كرد.

****************************************
شكل (۲-۹) نمودار جريان T-S يك سيكل دو محوري توربين گازي با تزريق آب و مبادله گرما
تزريق آب به سيكل توربين گازي روشي است كه به وسيله آن مي توان قدرت خروجي سيكل را به طور محسوسي و بازده آن را به طور جزئي افزايش داد. در بعضي از هواپيماها و در بعضي از واحدهاي ثابت، آب به داخل كمپرسور تزريق مي شود و ضمن افزايش دماي هوا در فرآيند تراكمي به صورت بخار در مي آيد از اين رو گرماي تبخير موجب كاهش دماي هواي متراكم مي شود و در نتيجه آن كار كمپرسور كاهش مي يابد. اين اثر در واقع مشابه اثر خنك كن مياني است (كه قبلاً مورد بررسي قرار گرفت.)

تزريق آب به سيكل توربين گازي كه داراي مبادله گرما است در صورتي كه آب بين كمپرسور و مبادله گرما تزريق شود سودمندتر است[۲]. اين روش را مي توان به وسيله پاشش براي سيكل هاي تك محوري و دو محوري به كار برد. اين روش در شكل (۲-۹) آب بين كمپرسور و مبادله گرما نشان داده شده است. در نمودار T-S، ۱-۲-۴-۵-۷-َ۹-۱ سيكل بدون تزريق آب را نشان مي دهد. كه در آن ۴ و َ۹ به ترتيب عبارتند از هواي متراكم خروجي و گازهاي خروجي از مبادله ي گرما. دماي هواي متراكم در نقطه ۲ در نتيجه تزريق آب ضمن يك فرآيند تقريباً با فشار ثابت به دليل تبخير آب از مقدار مربوط به

۲ تا دماي ۳ كاهش مي يابد (فشار به اندازه كمي از ۲ تا ۳ افزايش پيدا مي كند) آنگاه هواي

متراكم خنك شده با حالت ۳ وارد مبادله گرما مي شود و در آن تا دمايي تقريباً برابر با دماي ۴ پويش گرم مي شود. (عملاً دما به مقدار جزئي كمتر از دماي ۴ است). گرماي اضافي لازم براي گرم كردن هواي مرطوب از ۳ تا ۲ از گازهاي خروجي و ضمن فرآيند َ۹ تا ۹ تأمين مي شود. كه در غير اين صورت اين انرژي از دست مي رفت از اين رو دماي نقطه ۹ دماي جديد گازهاي خروجي محسوب مي شود. آب ورودي ممكن است پيش از تزريق به وسيله گاز در نقطه ۹ پينس گرم شود مطابق شكل (۲-۹) و همچنين ممكن است اين عمل صورت نگيرد.
آب به اندازه اي مي توانند تزريق شود كه هواي متراكم در دماي T3 به صورت اشباع درآيد. بيش از اين مقدار آب موجب مي شود كه مايع آب توسط هوا حمل شود و با اين عمل هر چند كه كار تا حدي افزايش مي يابد ولي بازده در مقايسه با حالت هواي اشباع كاهش پيدا مي كند و

مشكلاتي مانند پركار كردن مبادله كن گرما، اختلاف دماي شديد موضعي و تنش هاي گرمايي ناشي از آن بوجود مي آيد.
افزايش كار نيروگاه در نتيجه تزريق آب تا حدي در نتيجه افزايش كار توربين به علت افزايش آهنگ جرمي جريان هوا و بخار آب از توربين است، بدون اينكه كار كمپرسور افزايش يافته باشد. مقدار افزايش جرم عبارت است از تفاضل جرم بخار اشباع در نقطه ۳ شكل (۲-۹) و جرم بخار آبي كه از اول در هوا در نقطه ۱ موجود بود.
۲-۶- تأثير متغيرهاي كار روي بازده