燃氣輪機簡單循環(huán)Pp

1、 第一章第一章 燃氣輪機熱力循環(huán)燃氣輪機熱力循環(huán)1-1 理想簡單熱力循環(huán)理想簡單熱力循環(huán)簡單燃氣輪機理想循環(huán)（布雷頓（簡單燃氣輪機理想循環(huán)（布雷頓（Brayton） 1、絕熱壓縮、絕熱壓縮 1-2 2、定壓吸熱、定壓吸熱 2-3 3、絕熱膨脹、絕熱膨脹 3-4 4、定壓放熱、定壓放熱 4-1Ts1234P2P1 1-2 燃氣輪機循環(huán)的主要指標燃氣輪機循環(huán)的主要指標一、性能指標一、性能指標 1、裝置比功裝置比功wn 定義：定義：單位質(zhì)量工質(zhì)單位質(zhì)量工質(zhì)所作的功，即單位流量工質(zhì)所發(fā)所作的功，即單位流量工質(zhì)所發(fā)的功率。的功率。 對燃氣輪機，裝置比功是流過燃氣輪機的對燃氣輪機，裝置比功是流過燃氣輪機的

2、單位質(zhì)量空單位質(zhì)量空氣所作的有用凈功氣所作的有用凈功。 wn wT-wc kJ/kg 比功越大，裝置可以做得越小。比功越大，裝置可以做得越小。2 裝置效率裝置效率 ： 裝置輸出的有用功與輸入的燃料熱值之比。裝置輸出的有用功與輸入的燃料熱值之比。其中：其中： Hu 為每千克燃料的低位熱值，為每千克燃料的低位熱值，kJ/kg ； f 為燃空比，即為燃空比，即燃料流量燃料流量與與空氣流量空氣流量的比值。的比值。unfHw 最重要的性能評價指標之一，多年來燃氣輪機的發(fā)最重要的性能評價指標之一，多年來燃氣輪機的發(fā)展瞄準了如何提高效率來進行。展瞄準了如何提高效率來進行。2 壓比壓比 定義：壓氣機壓縮過程前

3、后的滯止壓力之比。定義：壓氣機壓縮過程前后的滯止壓力之比。 *1*2PP 無因次量，壓比大小表明壓縮的程度，表明壓氣無因次量，壓比大小表明壓縮的程度，表明壓氣機性能的優(yōu)劣。機性能的優(yōu)劣。 壓氣機將不斷向大壓比，大流量、高效率方向發(fā)展，壓氣機將不斷向大壓比，大流量、高效率方向發(fā)展，依賴于依賴于氣動熱力學(xué)及流體力學(xué)氣動熱力學(xué)及流體力學(xué)的發(fā)展。的發(fā)展。二、熱力參數(shù)二、熱力參數(shù) 1、溫比、溫比 定義：循環(huán)最高滯止溫度定義：循環(huán)最高滯止溫度T3*與最低滯止溫度與最低滯止溫度T1*之比。之比。*1*3TT 無因次量，無因次量， 決定燃機循環(huán)性能的決定燃機循環(huán)性能的主要參數(shù)主要參數(shù)之一，之一，溫比的提高主要

4、依靠溫比的提高主要依靠耐熱材料耐熱材料的發(fā)展的發(fā)展1-3 等壓燃氣輪機理想簡單循環(huán)等壓燃氣輪機理想簡單循環(huán)一、基本熱力過程分析一、基本熱力過程分析 熱力學(xué)第一定律解析式：熱力學(xué)第一定律解析式： q= h+wtTs1234P2P1 假設(shè)工質(zhì)為理想氣體，四個過程均假設(shè)工質(zhì)為理想氣體，四個過程均為可逆過程，為可逆過程，cp和流量保持不變。假和流量保持不變。假定空氣比熱與燃氣比熱近似相等。定空氣比熱與燃氣比熱近似相等。四個過程能量分析：四個過程能量分析： 1-2壓氣機絕熱等熵壓縮壓氣機絕熱等熵壓縮 q=0 WC=h2-h1=CP(T2-T1) 2-3燃燒室中等壓加熱燃燒室中等壓加熱 W2-3=0 qb

5、=h3-h2=CP(T3-T2) 3-4透平中絕熱等熵膨脹透平中絕熱等熵膨脹 q=0 Wt=h3-h4=CP(T3-T4) 4-1大氣中等壓放熱大氣中等壓放熱 W4-1=0 q4-1=h4-h1=CP(T4-T1) 二、性能指標計算二、性能指標計算 1、比功計算、比功計算 wn=wt-wc=CP(T3-T4)-CP(T2-T1) 利用可逆絕熱時參數(shù)關(guān)系：利用可逆絕熱時參數(shù)關(guān)系：kkvpvp2211122111122111pTpTvTvT*)*(*11212kkppTT)1()11 (111kkkkpnTcw若令若令m=(k-1)/k，)1()11 (1mmpnTcw則：則：（1）可以推出：可以

6、推出：圖圖 比功隨燃氣輪機壓比變化關(guān)系比功隨燃氣輪機壓比變化關(guān)系 2、循環(huán)效率計算、循環(huán)效率計算mpppbnTTTTTTcTTcTTcqw111)()()(2314231243（1）效率只與壓比有關(guān)，壓比越大，效率越高。）效率只與壓比有關(guān)，壓比越大，效率越高。 壓比增大，達到同一壓比增大，達到同一T3 吸熱量減少，而吸熱量減少，而T4也因膨脹也因膨脹比增大而降低，熱量損失減小比增大而降低，熱量損失減?。?）當(dāng)）當(dāng) 12后，增幅減小。后，增幅減小。（3）等壓燃氣輪機簡單循環(huán)效率在）等壓燃氣輪機簡單循環(huán)效率在理論上只與壓比有理論上只與壓比有關(guān)，與溫比無關(guān)關(guān)，與溫比無關(guān)。這與實際不符。這與實際不符。

7、圖圖 效率隨燃氣輪機壓比變化關(guān)系效率隨燃氣輪機壓比變化關(guān)系 對于理想簡單燃氣輪機循環(huán)，對于理想簡單燃氣輪機循環(huán)， 效率最佳壓比效率最佳壓比要遠大于要遠大于比功最佳壓比比功最佳壓比maxmaxw1-4 改善簡單燃氣輪機循環(huán)性能的措施及循環(huán)分析改善簡單燃氣輪機循環(huán)性能的措施及循環(huán)分析目的目的: : 提高效率提高效率 增大比功增大比功 同時提高效率和比功同時提高效率和比功1、 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) 利用燃氣輪機排氣加熱壓氣機出口空氣，提高效率利用燃氣輪機排氣加熱壓氣機出口空氣，提高效率回?zé)嵫h(huán)燃氣輪機系統(tǒng)簡圖回?zé)嵫h(huán)燃氣輪機系統(tǒng)簡圖回?zé)嵫h(huán)燃氣輪機回?zé)嵫h(huán)燃氣輪機T-ST-S圖圖性能計算：性能計算：1、

8、比功計算、比功計算 wn=wt-wc=CP(T3-T4)-CP(T2-T1) 理想循環(huán)時，與理想循環(huán)時，與不采用回?zé)釙r功率相同不采用回?zé)釙r功率相同 2、效率計算、效率計算KKapnRTTTTTTTTcW/ ) 1(431243231)(討論：討論： （1）理想回?zé)嵫h(huán)效率理想回?zé)嵫h(huán)效率與與溫比和壓比溫比和壓比都有關(guān)系，都有關(guān)系，溫比溫比越大，效率越高越大，效率越高 （2）當(dāng)）當(dāng) =1， R=1-1/ =1-T1/T3 達卡諾循環(huán)效率，效達卡諾循環(huán)效率，效率最高。率最高。但無實際意義，壓氣機和透平均不工作，但無實際意義，壓氣機和透平均不工作，此時此時w=0 (3)隨著隨著 增加，效率將下降。增

9、加，效率將下降。T4變小，變小，回?zé)釢摿責(zé)釢摿υ絹碓絹碓叫?，?dāng)越小，當(dāng)T4=T2時，將不能再回?zé)帷４藭r對應(yīng)壓比時，將不能再回?zé)?。此時對應(yīng)壓比為為臨界壓比，即臨界壓比，即 = k/2(k-1)時，時， R=1-1/ （k-1)/k ，此時效率等于無回?zé)釙r效率此時效率等于無回?zé)釙r效率。對于理想回?zé)崛細廨啓C循環(huán)，對于理想回?zé)崛細廨啓C循環(huán)， 效率最佳壓比效率最佳壓比要遠小于要遠小于比功最佳壓比比功最佳壓比maxmaxw2 2 間冷循環(huán)間冷循環(huán) 為了降低壓氣機耗功，采用為了降低壓氣機耗功，采用多級壓縮帶中間冷卻多級壓縮帶中間冷卻措施，使壓縮措施，使壓縮盡可能接近盡可能接近等溫壓縮等溫壓縮。com bu

10、storfuelAirLCHCTurbineexhausted gas燃氣輪機間冷循環(huán)簡圖燃氣輪機間冷循環(huán)簡圖 1/1*1*1*2KKPPCTCTTCW）（）（不同壓縮過程耗功比較不同壓縮過程耗功比較圖圖 一級間冷壓縮燃氣輪機循環(huán)一級間冷壓縮燃氣輪機循環(huán)T-ST-S圖圖 q=h3-h2=CP(T3-T2) =Wn /q )()(12122112mpmPmmCTTcTTcWWW)()()(121243mpmppCtnTTcTTcTTcWWW最佳壓比分配：最佳壓比分配： 總壓比一定時，兩級壓縮，總壓比一定時，兩級壓縮， 每級壓比如何每級壓比如何分配可使比功最大分配可使比功最大21圖圖 理想間冷循環(huán)

11、比功和效率隨壓比變化關(guān)系理想間冷循環(huán)比功和效率隨壓比變化關(guān)系 藍色藍色代表間冷循環(huán)代表間冷循環(huán) 紅色代表簡單循環(huán)紅色代表簡單循環(huán) 對于理想間冷燃氣輪機循環(huán)對于理想間冷燃氣輪機循環(huán) 效率最佳壓比效率最佳壓比要大于要大于比功最佳壓比比功最佳壓比maxmaxw3、理想再熱循環(huán)、理想再熱循環(huán) 燃氣膨脹一部分功后再到燃燒室吸熱升溫再膨脹燃氣膨脹一部分功后再到燃燒室吸熱升溫再膨脹一般設(shè)高壓透平、低壓透平一般設(shè)高壓透平、低壓透平CompressorcombustorfuelAirHTcombustorLTfuel再熱循環(huán)燃氣輪機簡圖再熱循環(huán)燃氣輪機簡圖再熱循環(huán)燃氣輪機再熱循環(huán)燃氣輪機T-S圖圖比功和效率計算

12、：比功和效率計算： 兩級膨脹，假定膨脹比為兩級膨脹，假定膨脹比為21)()()(124365TTcTTcTTcWWWpppCtnqWTTcTTcqnPp/)()(4523代入壓比代入壓比最佳膨脹比分配：最佳膨脹比分配： 總膨脹比一定時，兩級膨脹，總膨脹比一定時，兩級膨脹， 每級膨脹如每級膨脹如何分配可使比功最大何分配可使比功最大理想再熱循環(huán)時，理想再熱循環(huán)時，膨脹比與壓比數(shù)值上相等膨脹比與壓比數(shù)值上相等21圖圖 理想再熱循環(huán)比功和效率隨壓比變化關(guān)系理想再熱循環(huán)比功和效率隨壓比變化關(guān)系 藍色藍色代表再熱循環(huán)代表再熱循環(huán) 紅色代表簡單循環(huán)紅色代表簡單循環(huán) 對于理想再熱燃氣輪機循環(huán)，對于理想再熱燃氣

13、輪機循環(huán)， 效率最佳壓比效率最佳壓比要大于要大于比功最佳壓比比功最佳壓比maxmaxw不同溫比時，理想簡單、間冷和再熱循環(huán)比功比較不同溫比時，理想簡單、間冷和再熱循環(huán)比功比較理想簡單、間冷和再熱循環(huán)比功比較理想簡單、間冷和再熱循環(huán)比功比較紅色為簡單循環(huán)紅色為簡單循環(huán) 藍色為間冷循環(huán)藍色為間冷循環(huán) 綠色為再熱循環(huán)綠色為再熱循環(huán)理想再熱和回?zé)峤Y(jié)合理想再熱和回?zé)峤Y(jié)合理想間冷、再熱和回?zé)峤Y(jié)合理想間冷、再熱和回?zé)峤Y(jié)合如果無窮級間冷壓縮、理想回?zé)?、無窮級分級膨脹如果無窮級間冷壓縮、理想回?zé)?、無窮級分級膨脹變?yōu)楦爬ㄐ钥ㄖZ循環(huán)，變?yōu)楦爬ㄐ钥ㄖZ循環(huán)， 效率效率=1-T1/T3 1-5 實際簡單循環(huán)實際簡單循環(huán)壓氣機效率，燃燒室效率、透平效率壓氣機效率，燃燒室效率、透平效率實際循環(huán)總功：實際循環(huán)總功： 實際循環(huán)效率實際循環(huán)效率 = wn/(f Hu)CCSTSTCTnWWWWW/,實際循環(huán)比功：實際循環(huán)比功：GaWwnn/比功和效率隨壓比、溫比變化曲線比功和效率隨壓比、溫比變化曲線1-7 實際回?zé)嵫h(huán)實