燃气轮机简单循环Pp.

1、 第一章第一章 燃气轮机热力循环燃气轮机热力循环1-1 理想简单热力循环理想简单热力循环简单燃气轮机理想循环（布雷顿（简单燃气轮机理想循环（布雷顿（Brayton） 1、绝热压缩、绝热压缩 1-2 2、定压吸热、定压吸热 2-3 3、绝热膨胀、绝热膨胀 3-4 4、定压放热、定压放热 4-1Ts1234P2P1 1-2 燃气轮机循环的主要指标燃气轮机循环的主要指标一、性能指标一、性能指标 1、装置比功装置比功wn 定义：定义：单位质量工质单位质量工质所作的功，即单位流量工质所发所作的功，即单位流量工质所发的功率。的功率。 对燃气轮机，装置比功是流过燃气轮机的对燃气轮机，装置比功是流过燃气轮机的

2、单位质量空单位质量空气所作的有用净功气所作的有用净功。 wn wT-wc kJ/kg 比功越大，装置可以做得越小。比功越大，装置可以做得越小。2 装置效率装置效率 ： 装置输出的有用功与输入的燃料热值之比。装置输出的有用功与输入的燃料热值之比。其中：其中： Hu 为每千克燃料的低位热值，为每千克燃料的低位热值，kJ/kg ； f 为燃空比，即为燃空比，即燃料流量燃料流量与与空气流量空气流量的比值。的比值。unfHw 最重要的性能评价指标之一，多年来燃气轮机的发最重要的性能评价指标之一，多年来燃气轮机的发展瞄准了如何提高效率来进行。展瞄准了如何提高效率来进行。2 压比压比 定义：压气机压缩过程前

3、后的滞止压力之比。定义：压气机压缩过程前后的滞止压力之比。 *1*2PP 无因次量，压比大小表明压缩的程度，表明压气无因次量，压比大小表明压缩的程度，表明压气机性能的优劣。机性能的优劣。 压气机将不断向大压比，大流量、高效率方向发展，压气机将不断向大压比，大流量、高效率方向发展，依赖于依赖于气动热力学及流体力学气动热力学及流体力学的发展。的发展。二、热力参数二、热力参数 1、温比、温比 定义：循环最高滞止温度定义：循环最高滞止温度T3*与最低滞止温度与最低滞止温度T1*之比。之比。*1*3TT 无因次量，无因次量， 决定燃机循环性能的决定燃机循环性能的主要参数主要参数之一，之一，温比的提高主要

4、依靠温比的提高主要依靠耐热材料耐热材料的发展的发展1-3 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环一、基本热力过程分析一、基本热力过程分析 热力学第一定律解析式：热力学第一定律解析式： q= h+wtTs1234P2P1 假设工质为理想气体，四个过程均假设工质为理想气体，四个过程均为可逆过程，为可逆过程，cp和流量保持不变。假和流量保持不变。假定空气比热与燃气比热近似相等。定空气比热与燃气比热近似相等。四个过程能量分析：四个过程能量分析： 1-2压气机绝热等熵压缩压气机绝热等熵压缩 q=0 WC=h2-h1=CP(T2-T1) 2-3燃烧室中等压加热燃烧室中等压加热 W2-3=0 qb

5、=h3-h2=CP(T3-T2) 3-4透平中绝热等熵膨胀透平中绝热等熵膨胀 q=0 Wt=h3-h4=CP(T3-T4) 4-1大气中等压放热大气中等压放热 W4-1=0 q4-1=h4-h1=CP(T4-T1) 二、性能指标计算二、性能指标计算 1、比功计算、比功计算 wn=wt-wc=CP(T3-T4)-CP(T2-T1) 利用可逆绝热时参数关系：利用可逆绝热时参数关系：kkvpvp2211122111122111pTpTvTvT*)*(*11212kkppTT)1()11 (111kkkkpnTcw若令若令m=(k-1)/k，)1()11 (1mmpnTcw则：则：（1）可以推出：可以

6、推出：图图 比功随燃气轮机压比变化关系比功随燃气轮机压比变化关系 2、循环效率计算、循环效率计算mpppbnTTTTTTcTTcTTcqw111)()()(2314231243（1）效率只与压比有关，压比越大，效率越高。）效率只与压比有关，压比越大，效率越高。 压比增大，达到同一压比增大，达到同一T3 吸热量减少，而吸热量减少，而T4也因膨胀也因膨胀比增大而降低，热量损失减小比增大而降低，热量损失减小（2）当）当 12后，增幅减小。后，增幅减小。（3）等压燃气轮机简单循环效率在）等压燃气轮机简单循环效率在理论上只与压比有理论上只与压比有关，与温比无关关，与温比无关。这与实际不符。这与实际不符。

7、图图 效率随燃气轮机压比变化关系效率随燃气轮机压比变化关系 对于理想简单燃气轮机循环，对于理想简单燃气轮机循环， 效率最佳压比效率最佳压比要远大于要远大于比功最佳压比比功最佳压比maxmaxw1-4 改善简单燃气轮机循环性能的措施及循环分析改善简单燃气轮机循环性能的措施及循环分析目的目的: : 提高效率提高效率 增大比功增大比功 同时提高效率和比功同时提高效率和比功1、 回热循环回热循环 利用燃气轮机排气加热压气机出口空气，提高效率利用燃气轮机排气加热压气机出口空气，提高效率回热循环燃气轮机系统简图回热循环燃气轮机系统简图回热循环燃气轮机回热循环燃气轮机T-ST-S图图性能计算：性能计算：1、

8、比功计算、比功计算 wn=wt-wc=CP(T3-T4)-CP(T2-T1) 理想循环时，与理想循环时，与不采用回热时功率相同不采用回热时功率相同 2、效率计算、效率计算KKapnRTTTTTTTTcW/ ) 1(431243231)(讨论：讨论： （1）理想回热循环效率理想回热循环效率与与温比和压比温比和压比都有关系，都有关系，温比温比越大，效率越高越大，效率越高 （2）当）当 =1， R=1-1/ =1-T1/T3 达卡诺循环效率，效达卡诺循环效率，效率最高。率最高。但无实际意义，压气机和透平均不工作，但无实际意义，压气机和透平均不工作，此时此时w=0 (3)随着随着 增加，效率将下降。增

9、加，效率将下降。T4变小，变小，回热潜力回热潜力越来越来越小，当越小，当T4=T2时，将不能再回热。此时对应压比时，将不能再回热。此时对应压比为为临界压比，即临界压比，即 = k/2(k-1)时，时， R=1-1/ （k-1)/k ，此时效率等于无回热时效率此时效率等于无回热时效率。对于理想回热燃气轮机循环，对于理想回热燃气轮机循环， 效率最佳压比效率最佳压比要远小于要远小于比功最佳压比比功最佳压比maxmaxw2 2 间冷循环间冷循环 为了降低压气机耗功，采用为了降低压气机耗功，采用多级压缩带中间冷却多级压缩带中间冷却措施，使压缩措施，使压缩尽可能接近尽可能接近等温压缩等温压缩。com bu

10、storfuelAirLCHCTurbineexhausted gas燃气轮机间冷循环简图燃气轮机间冷循环简图 1/1*1*1*2KKPPCTCTTCW）（）（不同压缩过程耗功比较不同压缩过程耗功比较图图 一级间冷压缩燃气轮机循环一级间冷压缩燃气轮机循环T-ST-S图图 q=h3-h2=CP(T3-T2) =Wn /q )()(12122112mpmPmmCTTcTTcWWW)()()(121243mpmppCtnTTcTTcTTcWWW最佳压比分配：最佳压比分配： 总压比一定时，两级压缩，总压比一定时，两级压缩， 每级压比如何每级压比如何分配可使比功最大分配可使比功最大21图图 理想间冷循环

11、比功和效率随压比变化关系理想间冷循环比功和效率随压比变化关系 蓝色蓝色代表间冷循环代表间冷循环 红色代表简单循环红色代表简单循环 对于理想间冷燃气轮机循环对于理想间冷燃气轮机循环 效率最佳压比效率最佳压比要大于要大于比功最佳压比比功最佳压比maxmaxw3、理想再热循环、理想再热循环 燃气膨胀一部分功后再到燃烧室吸热升温再膨胀燃气膨胀一部分功后再到燃烧室吸热升温再膨胀一般设高压透平、低压透平一般设高压透平、低压透平CompressorcombustorfuelAirHTcombustorLTfuel再热循环燃气轮机简图再热循环燃气轮机简图再热循环燃气轮机再热循环燃气轮机T-S图图比功和效率计算

12、：比功和效率计算： 两级膨胀，假定膨胀比为两级膨胀，假定膨胀比为21)()()(124365TTcTTcTTcWWWpppCtnqWTTcTTcqnPp/)()(4523代入压比代入压比最佳膨胀比分配：最佳膨胀比分配： 总膨胀比一定时，两级膨胀，总膨胀比一定时，两级膨胀， 每级膨胀如每级膨胀如何分配可使比功最大何分配可使比功最大理想再热循环时，理想再热循环时，膨胀比与压比数值上相等膨胀比与压比数值上相等21图图 理想再热循环比功和效率随压比变化关系理想再热循环比功和效率随压比变化关系 蓝色蓝色代表再热循环代表再热循环 红色代表简单循环红色代表简单循环 对于理想再热燃气轮机循环，对于理想再热燃气

13、轮机循环， 效率最佳压比效率最佳压比要大于要大于比功最佳压比比功最佳压比maxmaxw不同温比时，理想简单、间冷和再热循环比功比较不同温比时，理想简单、间冷和再热循环比功比较理想简单、间冷和再热循环比功比较理想简单、间冷和再热循环比功比较红色为简单循环红色为简单循环 蓝色为间冷循环蓝色为间冷循环 绿色为再热循环绿色为再热循环理想再热和回热结合理想再热和回热结合理想间冷、再热和回热结合理想间冷、再热和回热结合如果无穷级间冷压缩、理想回热、无穷级分级膨胀如果无穷级间冷压缩、理想回热、无穷级分级膨胀变为概括性卡诺循环，变为概括性卡诺循环， 效率效率=1-T1/T3 1-5 实际简单循环实际简单循环压气机效率，燃烧室效率、透平效率压气机效率，燃烧室效率、透平效率实际循环总功：实际循环总功： 实际循环效率实际循环效率 = wn/(f Hu)CCSTSTCTnWWWWW/,实际循环比功：实际循环比功：GaWwnn/比功和效率随压比、温比变化曲线比功和效率随压比、温比变化曲线1-7 实际回热循环实