燃气轮机3完整版本

三、实际简单循环

特点：热力过程中有各种能量损耗，是不可逆的；工质的热力性质和数量因燃烧而变。假定条件（为便于与理想循环比较）：

①具有相同的压比

和初始温度T1*

；

②涡轮前燃气初温相同，T3*=T3s*

；③环境参数均为pa、Ta，即p1*=pa

、T1*=Ta

。

比较时，暂不考虑工质流量的差异。燃气轮机实际简单循环进气、压缩；加热；膨胀；排气、放热1、实际与理想简单循环的区别（1）进气过程(进气道、空滤器）

流动阻力压力降低但总温不变（2）压缩过程1-2存在能损，不可逆绝热，熵增加空气绝热指数相同压比下，理想压缩过程与实际压缩过程所耗功的比值（3）燃烧过程2-3

存在摩擦和热阻力，总压降低

燃烧不完全，燃烧效率

B=0.90~1.0<1.0q1=fHu

B

，实际吸热量降低（4）膨胀过程3-4存在能损，不可逆绝热，熵增加

膨胀终了的压力大于大气压力燃气绝热指数透平的实际膨胀比

T（4）膨胀过程3-4

相同的膨胀比下，实际膨胀过程与理想膨胀过程所作功的比值。（5）排气放热过程4-1要克服排气道等部位的阻力，实际膨胀终压力高于大气压力实际排气放热过程不是等压线。燃气轮机实际简单循环综合定性分析结果

由于各种不可逆因素的存在，机组性能变差。（1）压气机压缩功wC增大、透平膨胀功wT减少，使机组比功wn降低，即：

wC

=wCs/

C↑

wT

=wTs

T↓

wn=wT

-wC

↓

，动力性能变差

（2）工质吸热量q1减少、放热量q2增大，使机组热效率

t降低，即：

q1=q1s

B

↓

q2=cp(T4*-T1*)↑

t=1-

q2/q1

↓

，热经济性能恶化2、实际简单循环的比功wn实际简单循环存在各种能损，偏离了理想循环。

采用两种方法表示不可逆程度：

(一)相当于加热的多变过程

用多变指数n的大小衡量过程的不可逆程度；只要确定n值，则wT和wC容易求得。

(二)引入比较直观的参数

压气机绝热压缩效率

C；透平绝热膨胀效率

T。

实际采用较多较少采用假设工质仍为理想气体，且不考虑工质流量的变化。实际简单循环的比功wn压力损失工质热力性质we=wn

m3、实际简单循环的热效率

t

e=

n

m

4、实际简单循环的有用功系数

不考虑压力损失、工质物性变化和流量差异时，三、影响实际简单循环性能的因素温比

、压比

；部件效率

C

T

和

B；压力损失；工质的热力性质差异；工质流量变化；机械损失

m1.温比

、压比

为了简化而又使结论不失其一般意义暂不考虑：工质物性变化及流量差异当各部件效率和压力损失一定时进行讨论简化公式由简化后的公式可知：当压比

=1时，比功wn=0、热效率

t=0；当提高时，wn和

t都增大；但当压比提高到所谓极限压比时，压气机耗功等于透平膨胀功，比功wn=0、热效率

t=0。最佳压比两种极端情况之间，必存在使比功达到极大值的最佳压比

wmax

和使热效率达到极大值的最佳压比

max

。对简化公式的

m求一阶偏导数，并令其等于零求得。实线按计算公式计算绘制，表示比功、热效率随循环主要

热力参数变化的变化规律；

虚线按最佳压比绘制，表示最佳压比随温比的变化规律。实际简单循环比功实际简单循环效率

C=0.87

T=0.88

B=0.98

m=0.97

cl

=0.04

=0.94

we=wn

m

e=

t

m温比

、压比

的影响发动机压比的选择Ⅰ重量尺寸是主要矛盾，例如军用机组。

应选在

wmax

附近，使比功最大，降低气耗量及机组重量尺寸。Ⅱ热经济性是主要矛盾，例如民用发电机组。

应选在

max附近，使热效率最大，把耗油率降低到最低限度。Ⅲ一般，可把压比取在wmax与

max之间，兼顾热经济性和重量尺寸。温比

、压比

的影响

温比对实际循环性能的影响很大，特别是对效率的影响。

不断地提高燃气初温T3*以提高效率。降低T1*也可提高温比，从而提高效率。但T1*一般就是大气温度，人们不能控制。在T3*相同的情况下，燃气轮机在冬季和寒冷地区使用时效率较高，而在夏季和热带地区使用时效率较低。

实际简单循环比功：但在相同

和

时实际比功值下降较多，且较低时下降幅度大。

=2时实际比功已变为负的，故图上已无这条线。最佳压比

wmax仍存在，只是具体的数值有所不同。理想简单循环比功图形相似

理想简单循环效率实际简单循环效率：首先，实际循环热效率不仅与压比

有关，且与温比

有关。

越大热效率越高。其次，一定的温比

下，存在效率最佳压比

max。再次，在

与

相同时，实际循环热效率下降得较多，

越低时下降得越多。二者有很大差别实际简单循环的有用功系数：与理想循环相比，变化相似。主要不同：在相同的压比和温比下其数值降低较多。2、部件效率

C、

T的影响

从图看出：（1）主要是使循环比功数值减小；（2）对循环比功随压比

的变化趋势无影响。理想循环（1）

C和

T对实际循环比功的影响温比

=4

C和

T对简单循环效率的影响

C和

T小于1时不同温比对循环效率的影响（2）

C和

T对实际循环热效率的影响温比=4

C=

T=0.85首先，

C和

T不仅使效率下降，而且改变了效率随压比

的变化趋势，出现了最佳压比

max。其次，使实际循环热效率与温比有关。由此可见，导致实际循环效率变化的根本原因是

C和

T的影响。（3）压气机和透平效率的一般范围轴流式压气机

C=0.85-0.90，离心式压气机

C=0.75-0.85；轴流式透平

T=0.85-0.92，向心式透平

T=0.75-0.88。（2）

C和

T对实际循环热效率的影响鉴于wT>wC，在

C和

T变化相对量相同时，

T对循环比功的影响较大。可见，提高透平效率

T对改善循环性能的影响，要比提高压气机效率

C的影响大。3、燃烧效率

B的影响一般0.96～0.99，多数达0.98左右，已达到很高水平。

B主要影响循环效率：工质在燃烧室中达到要求的温升时，实际所需燃料量大于理论所需的量，故

B下降时

t降低。

B对循环比功的影响很小，基本无影响。

通过影响燃料流量qf，影响工质流量的差别，进而影响比功。但燃料流量一般仅占1%～2%。

B变化的相对量，就是它对效率

t、

e影响的相对变化量。式中298—燃料低位发热值测量时基准温度，K；T2*、cP

—燃烧室进口空气温度K和比热容kJ/(kg

K)；Tf

、cPf—燃料的温度K和比热容kJ/(kg

K)；液体燃料cPf≈2kJ/(kg

K)T3*、cPg

—燃烧室出口燃气温度K和比热容kJ/(kg

K)。4、压力损失的影响

压力损失由进气道流动阻力、燃烧室流阻和热阻、排气道的流动阻力引起的。

压力损失减小了透平膨胀比，使透平比功减少，导致循环比功和热效率下降较多。

T=

↓

，一般

=0.96~0.90。

压力损失对比功的影响

压力损失对效率的影响

C=0.87

T=0.88

B=0.98

=5

=5压力损失使循环的比功和热效率下降较多。其他因素的影响5、工质流量的差别透平进口的燃气流量与压气机进口的空气流量不一样。通常qT

/q<1

，导致实际循环比功和效率下降。燃气空气燃料漏气和冷却用空气燃料空气比漏气和冷却用的相对空气量视T3*高低和冷却状况而变化透平叶片冷却对

e的影响一般来说，叶片冷却效果好的T3*高，效率

e高。但是要考虑冷却空气量增大对

e下降的影响。改进透平叶片冷却技术，在提高冷却效果的同时，冷却空气量增加较少或很少。图2-15透平冷却空气消耗对性能的影响———无冷却空气（理想的）

—

—

—有冷却空气六、机械损失在燃气轮机中，还有轴承摩擦和传动辅机等机械损失，可用机械效率

m来表示。we=wn

m

m一般可取为0.99。机械损失使we和

e降低，因而在设计燃气轮机时应尽可能地减少这部分损失。7、工质热力性质的差别空气与燃气的组成成分是不一样的，它们的热力性质不同。为使循环计算更准确，除需考虑焓值随温度的变化外，还应考虑工质不同的影响。目前，国内广泛应用吴仲华燃气热力性质表来计算气体的热力性质。工质热力性质的差别粗略估算时：过程分段，各段按平均温度计算cp和k。附录B更为粗略的计算：采用定值比热容和定值绝热指数计算。空气：cp=1.005kJ/(kg

K)，k=1.4；燃气：cpg=1.147kJ/(kg

K)，kg=1.333；空气及燃气的气体常数：Rg=0.287kJ/(kg

K)。工质热力性质的差别详细精确的计算：宜查用详细的图表，目前国内广泛应用吴仲华“燃气热力性质表”。在燃料品种差别较大时，也需要做出适当的修正，例如重油和天然气，具体见附录B相关内容。采用计算机进行热力计算时：将热力性质拟合成多项式表示更为合适。

对于空气的热力性质比热容cp、焓h和相对压比

0

可以用温度T为变量的多项式：——空气的比热容cp、焓h和相对压比

0的系数。——燃气的比热容cpg、焓hg和相对压比

g0的修正项系数。对于由标准燃油产生的燃气空气比为f的燃气的热力性质，可加上燃气的修正项，其表达式：给定了各系数、温度T和燃料空气比f后，就可算出空气和燃气的热力性质。表2-1计算空气和燃气的热力性质的系数表系数空气系数燃气修正项cphln

0cpghgln

g0E01047.8389-4040.62.81661E

0261.067080.010.276527Eln003.650244E

ln000.921799E1-0.38813451047.8389-1.352102

10-3E

19.2322154278.24020.03217804E28.8819258

10-4-0.194067271.547050

10-6E

2-0.01866944.6061438-3.2535245

1