間冷回熱燃氣輪機

冷卻器和排氣回熱器組成的機器間冷回熱燃氣輪機01簡介發(fā)展歷程優(yōu)點工作過程設(shè)計要求目錄03050204基本信息間冷回熱燃氣輪機是在簡單循環(huán)的基礎(chǔ)上，增加壓縮空氣中間冷卻器和排氣回熱器組成的復(fù)雜循環(huán)燃氣輪機，由于加入了中間冷卻和回熱過程，使得其效率較簡單循環(huán)燃氣輪機得到提升。簡介簡介將間冷循環(huán)和回熱循環(huán)結(jié)合在一起就構(gòu)成了間冷回熱燃氣輪機。間冷回熱燃氣輪機是在簡單循環(huán)的基礎(chǔ)上，在高、低壓氣機之間增加1個間冷器，在排氣出口增加1個回熱器。采用間冷器，降低了空氣進入高壓壓氣機時的溫度，高壓壓氣機的壓縮耗功因此減少，整個機組的比功率得到提高；高壓壓氣機的出口溫度也相應(yīng)降低，這樣，回熱器兩側(cè)空氣和燃氣的溫度差增大，回熱器效率也得到提高。采用間冷回熱燃氣輪機不僅能夠較大幅度提高燃氣輪機在額定工況下的效率、功率等總體性能，而且使機組在大部分功率工況下的經(jīng)濟性得到顯著改善。此外，采用緊湊而高效的回熱器使燃氣輪機具有較低的排氣噪聲和紅外特征。工作過程工作過程間冷回熱燃氣輪機工作循環(huán)進口空氣經(jīng)低壓壓氣機壓縮后(壓縮比約為總壓縮比的30%)，通過中冷器進入高壓壓氣機。中冷器降低了空氣進入高壓壓氣機時的溫度,高壓壓氣機的壓縮耗功因此減少，整個機組的比功率得到提高。同時,由于中冷器的使用，高壓壓氣機的出口溫度也相應(yīng)降低，這樣，增加了回熱器兩側(cè)空氣和燃氣的溫度差，回熱器回熱效率因此也得到提高。從高壓壓氣機出來的壓縮空氣先通過回熱器，吸收動力渦輪排氣中的熱量，這樣可相應(yīng)的減少為達到某一渦輪前進口溫度而需要在燃燒室加入的熱量，降低燃油消耗率，這一效果在部分工況時特別顯著。發(fā)展歷程發(fā)展歷程早在1946年，Rolls2Royce公司就與英國海軍簽訂了生產(chǎn)艦用中冷回熱燃氣輪機RM60的合同，并與次年開始研制，要求機器在整個功率范圍內(nèi)有低的耗油率(尤其是部分負荷)。RM60設(shè)計功率4400kW，壽命1000h，燃氣初溫827℃，增壓比18，這在當初都是比較高的。1954年在“灰鵝”號炮艇上進行航行試驗。試驗結(jié)果表明RM60雖然達到了良好的部分負荷性能，卻使發(fā)動機的購置成本大大提高，且體積龐大，換熱器方面也存在問題，像燃氣側(cè)煙灰沉積使回熱器效率下降，中冷器凝出的水滴對壓氣機葉片產(chǎn)生侵蝕等等。另一方面，由于簡單循環(huán)燃氣輪機在結(jié)構(gòu)和布置的緊湊性方面有顯著的優(yōu)點，加之當時人們對巡航-加速相結(jié)合方案的強烈興趣，ICR技術(shù)未能獲得進一步的發(fā)展。從那以后，艦用燃氣輪機均采用簡單循環(huán)，第二代燃氣輪機也發(fā)展起來，其工作參數(shù)(燃氣初溫，增壓比)及各項性能指標比第一代均有很大提高。然而，繼續(xù)提高燃氣輪機的工作參數(shù)遇到了更大的困難，且無論工作參數(shù)多高，其低負荷時燃耗率的惡化趨勢也不會發(fā)生本質(zhì)的變化，這是簡單循環(huán)難以克服的缺點。因此，從八十年代開始，美國轉(zhuǎn)向了對中冷回熱循環(huán)燃氣輪機的研究，此時，由于燃氣輪機和熱交換器方面的技術(shù)進展，使中冷回熱循環(huán)在達到最高的循環(huán)效率、優(yōu)良的變工況性能的同時仍能使裝置結(jié)構(gòu)緊湊，特別適于艦用。1985年10月美國海軍同時與美國GE和英國Rolls2Royce公司(聯(lián)合Allison、Garrett公司)簽訂了兩個研制中冷回熱燃氣輪機的合同。同時，德國的MTU公司慕尼黑分部也在論證研制ICR燃氣輪機。設(shè)計要求回熱器中間冷卻器設(shè)計要求中間冷卻器中冷器的使用可以明顯提高燃氣輪機的比功率，同時對部分工況時的效率改善也有幫助。設(shè)計中冷器時要注意限制空氣壓降，研究表明，如果空氣壓降過大，壓力損失以及由此帶來的氣體溫度升高會極大的抵消中冷器的中冷效果。此外，還要考慮其結(jié)構(gòu)和布置，應(yīng)盡量和母型機配合，降低流通損失、減小尺寸。需要注意的是，如果只單獨使用中冷器，發(fā)動機熱效率將會降低，因為中冷器從循環(huán)中帶走了熱量，只有和回熱器一起使用，才能在提高比功的同時又提高循環(huán)效率?；責崞骱唵窝h(huán)燃氣輪機中燃燒產(chǎn)生的熱能中有近70%隨排氣而損失，用回熱器回收廢氣中熱能使循環(huán)具有更好的熱效率。燃氣輪機回熱器不像中冷器那樣需要嚴格限定壓降的范圍，保持較高的回熱效率是其主要設(shè)計目標。燃氣輪機回熱器屬于氣-氣熱交換器，氣體的換熱系數(shù)比較小，為達到一定的換熱效率，回熱器的體積有可能變得很龐大。因此，回熱器的選型是一個重要問題，管殼式回熱器的尺寸大，旋轉(zhuǎn)式回熱器的密封性差，僅適于低壓應(yīng)用場合。一次表面式回熱器的尺寸雖比板翅式回熱器更小，但還是建議采用板翅式，主要是由于板翅式回熱器的強度、耐久性更好和易于建造大尺寸的回熱器。優(yōu)點優(yōu)點間冷回熱循環(huán)燃氣輪機是在簡單循環(huán)燃氣輪機基礎(chǔ)上增加了壓縮空