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2-燃气轮机-第二讲(热力循环)

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燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施

燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施

燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施专业：热能与动力姓名：学号：燃气轮机热力循环的分类与改善燃气轮机性能的热力循环措施摘要：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。

本文主要介绍了燃气轮机的工作原理，基本结构，热力循环的分类及热力循环措施。

关键词：燃气轮机分类性能改善引言：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。

燃气轮机是一种先进而复杂的成套动力机械装备，是典型的高新技术密集型产品。

作为高科技的载体，燃气轮机代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平，是21世纪的先导技术。

发展集新技术、新材料、新工艺于一身的燃气轮机产业，是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一，具有十分突出的战略地位。

正文：燃气轮机（Gas Turbine）是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。

在空气和燃气的主要流程中，只有压气机（Compressor）、燃烧室（Combustor）和燃气透平（Turbine）这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环，如图1。

大多数燃气轮机均采用简单循环方案。

因为它的结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、起动快、少用或不用冷却水等一系列优点。

一、工作原理压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的燃气；然后再进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。

从透平中排出的废气排至大气自然放热。

这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。

通常在燃气轮机中，压气机是由燃气透平膨胀做功来带动的，它是透平的负载。

燃气轮机原理概述及热力循环85页PPT

燃气轮机原理概述及热力循环85页PPT
意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
燃气轮机原理概述及热力循环
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯

燃气轮机相关热力循环

燃气轮机相关热力循环
1. 压比 2. 温比 3. 比功 4. 单机功率 5. 热效率
4
1、压比
压气机出口的气体压力P2＊与进口的气体压力 P1＊之比值，反映工质被压缩的程度。
5
2、温比
温比是指循环最高温度t3*（燃气初温）与 最低温度t1*之比值。
燃气初温： 在第一级喷嘴 后缘平面处的 燃气的平均滞 止温度
6
3、比功 比功是指相应于进入燃气轮机的每lkg
燃煤联合循环 （煤的气化及燃烧）
•整体煤气化燃气—蒸汽联合循环（IGCC） •增压流化床燃气—蒸汽联合循环（PFBCCC）
•… …
26
燃机热力循环的相似性
涡轮喷气发动机的飞机
28
涡轮风扇发动机的飞机
29
涡轮螺旋桨发动机的飞机
30
涡喷发动机
31
32
涡扇发动机
33
涡桨发动机
34
35
三、燃机的复杂热力循环 （节能或增效目的）
36
回热循环
回热器（R）：Regenerator
37
理想
38
回热循环： 优点：提高热效率 缺点：1、尺寸大，增加维护费用 2、不适用高压比燃机
基于负荷估算，负荷变化的思考， 发电功率100%--70%---50%，T3，压比，温度，流量的变化
24
型号
GE PG9351 （FA）
首台 ISO额定功率
年份
KW
压比
1996 255600 15.4
流量 kg/s
624
透平前 温度 ℃
1327
进气温 度 ℃
15
排气温 度 ℃
609
= 624*1004*1600*(1-0.5076)*0.90 – 624*1004*288*(2.184-1)/0.88 = 444MW - 243MW = 201MW

燃气轮机及其热力循环资料共99页文档

燃气轮机及其热力循环资料共99页文档
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
Hale Waihona Puke 燃气轮机及其热力循环资料11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)

《燃气轮机与联合循环》第二章 燃气轮机的热力循环解析

《燃气轮机与联合循环》第二章 燃气轮机的热力循环解析

第二章 燃气轮机的热力循环
2-3 实际简单循环的特性
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C*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p0、T0， 即p1* = p0 、T1* = T0 。
一、热力参数
1、压比
—说明工质在压气机内受压缩的程度。
—压气机出口的气流压力与其进口的气流压力的比值。
用滞止压力（总压）表示：
p p
燃气轮机与联合循环
* 2 * 1
决定循环性能的重要参数
能源与动力学院
第二章 燃气轮机的热力循环
2、温比
—说明工质被加热的程度。
—透平前进口燃气温度与压气机进 口气流温度的比值
燃气轮机与联合循环
能源与动力学院
第二章 燃气轮机的热力循环
二、性能参数与压比和温比的关系
1、比功与温比压比的关系
wc cp (T2* T1* ) wt cp (T3* T4* )
wn c p (T3* T4* ) c p (T2* T1* ) * T 1 * * 2 c pT3 1 * c pT1 * 1 T3 T1 * T 4
燃气轮机与联合循环
能源与动力学院
第二章 燃气轮机的热力循环
k 1 1 wn c pT1* (1 k 1 ) ( k 1) k
（ 1）压比
一定时，温比 增大，循环比功w 增大（公式上看）。
n
4*
一定时，有一最佳压比 (3) 时， 。

轮机导论-第2讲-船舶动力装置2- 舰船燃气轮机装置

轮机导论-第2讲-船舶动力装置2- 舰船燃气轮机装置

燃气涡轮的作用是将来自燃烧室的高温高压燃气的热 能转换成轴上的机械功，以驱动压气机和通过挠性联轴节、 减速装置驱动螺旋桨。下图表示出空气—燃气流经燃气轮 机时，其流速、压力和温度的变化情况。
在空气进入涡轮膨胀作功之前是由轴流式压气机先预 先压缩的。压气机由涡轮机驱动的传动轴带动的。轴流式 压气机是一种由多级静动叶相间组成的多级压气机。在动 静叶中，空气加速、扩压，以达到预定的压力。
R0110重型燃气轮机，航母动力系统15万马力
二．舰用燃气轮机装置的组成与原理
1、主要组成部分 轴流式压气机、燃烧室、驱动压气机的燃气轮机
（高压涡轮）、动力燃气轮机（低压涡轮）。
我们常把压气机、燃烧室和高压涡轮看作一个整体， 称为燃气发生器。
图 燃气轮机装置简图
2、工作原理
在运转中，燃气轮机的压气机由大气中吸入一定量的空气 并将其压缩到某一压力后就供向燃烧室以及燃烧室与机匣之间 的环形通道。流向燃烧室的那部分空气（称为一次空气）是供 给燃烧室作油气混合并燃烧用的，而流向环型通道的那部分空 气（称为二次空气）则是用作冷却燃烧室和掺混高温燃气的。
总结：燃气轮机作为军舰动力的优势
燃气轮机第一个优势是功率密度极大。一般情况下， 同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一，
是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气
轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造成的，体积
小、功率大，非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。
总结：燃气轮机作为军舰动力的优势
燃气轮机的第二个优势是启动速度快。虽然燃机的
转速是三种动力系统中最高的，但是由于整个转子十分
轻巧，在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。
而柴油机由于转子运动源于活塞的往复，加速较慢，蒸

燃气轮机-热力循环

燃气轮机-热力循环

影响理想简单循环 循环比功Ls的重要因素：压比*和温比* 影响
（1）压比

*
*
一定时，温比

*
增大，循环比功 Ls增大。
L
规律：( 2 ) 温比 * 一定时，有一最佳压比 * 使比功最大，

* L


1 * 2m
且

时，

* L
。
[

* L


1 * 2m
]
4* 3* 2* 1*
* * p p 存在摩擦和热阻力，总压有所降低 3 2
压降
* * * p B p3 p2 (0.02 ~ 0.08) p2
* p3 压力保持系数 B * 0.92 ~ 0.98 p2
燃烧不完全，燃烧效率B<1.0 (0.90~1.0)
实际吸热量降低 q1=q1sB
* T c pBT1* * (1 *2 * ) T1



组成：2个可逆绝热过程 2个可逆定压过程
1-2s 等熵压缩 3s-4s 等熵膨胀 2s-3s 等压加热 4s- 1 等压放热
q (i i ) Ls
* 2 * 1
1、分析热力过程
q1-2s= 0 压气机消耗的功用来压缩气体，称为压缩功Lcs
①1-2s 压气机中的可逆绝热压缩过程
*k 1 k
)
* * p v图上，LTs 面积3s - 4s - p1 - p2 - 3s
T3*s * T1*
k-1 k
p* T4*s 4s * * T3s p 3s
p1* * p 2
k-1 k
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比功与压比、温比的关系： 比功与压比、温比的关系：
结论2——效率与压比、温比的关系： 结论2——效率与压比、温比的关系： 效率与压比 仅取决于压比π，而与温比τ （1）燃气轮机的循环效率 仅取决于压比 ，而与温比 ）燃气轮机的循环效率η仅取决于压比 无关； 无关； 随压比增大而增大。 （2）效率 随压比增大而增大。 ）效率η随压比增大而增大
其他多种热力循环组合的联合循环
–必要性：单独的一种热力循环各有优缺点，而几种 必要性：单独的一种热力循环各有优缺点， 必要性 热力循环结合使用则可扬长避短，达到理想效果。 热力循环结合使用则可扬长避短，达到理想效果。 –多种热力循环组合的联合循环方式： 多种热力循环组合的联合循环方式： 多种热力循环组合的联合循环方式 间冷再热循环 间冷回热循环 再热回热循环 间冷再热回热循环 燃气-蒸汽联合循环
第二讲
燃气轮机热力循环
一、燃气轮机的理想简单循环 二、理想简单循环效率的影响因素 三、燃气轮机的实际简单循环 四、燃气轮机常见其他热力循环
第一节 燃气轮机的简单循环
思考题一：何为理想循环？ 思考题一：何为理想循环？ 1、理想气体 、 2、稳定流动 、 3、可逆过程 、
二、理想简单循环
思考题二：简单循环的组成？ 思考题二：简单循环的组成？
q3-4= 0
工质在涡轮中膨胀做功，称为膨胀功wT
= c p (T3* − T4* )
= c pT3* (1 − π* -m )
* * p − v图上，wT = 面积3-4-p1 -p2 -3
④4s-1 大气中的等压放热过程
q2 = q4−1 = h − h
* 4
* 1
kJ/kg
q1
= c p (T4* − T1* )
q2
T − s图上，q2 = q4−1 = 面积4-s3 -s1 -1-4
第二节 理想简单循环效率的影响因素
思考题二：理想简单循环的比功和热来自率如何计算？ 思考题二：理想简单循环的比功和热效率如何计算？ 1、理想简单循环的比功Wt 、理想简单循环的比功
• 循环净功 wt = wT-wC
• 讨论影响循环净功的因素
p-v图和T-s图上， ws = 面积1-2-3-4-1
wt = c p (T3* − T4* ) − c p (T2* − T1* )
= cpT1
*[τ(1-
π*-m)-(
π*m-1)]
m=
k −1 k
= f( τ* , π*)
2、理想简单循环的热效率ηs 、
• 循环热效率 ηs = wt/ q1 = 1- π*-m = f(π*) π
• 理想简单循环的比功、效率与压比、温比的关系图形 理想简单循环的比功、效率与压比、
理想简单循环的比功、效率与压比、 理想简单循环的比功、效率与压比、温比的关系
思考题三：比功与压比、温比的关系？ 思考题三：比功与压比、温比的关系？比功与 压比、温比的关系？ 压比、温比的关系？
• 理想简单循环的比功、效率与压比、温比的关系图形 理想简单循环的比功、效率与压比、
比功与压比、温比的关系： 比功与压比、温比的关系：
一定时， 越高， （1）压比 一定时，温比 越高，则比功 n越大； ）压比π一定时 温比τ越高 则比功W 越大； 一定时， 从小到大变化， （2）温比 一定时，随压比 从小到大变化，比功 n呈 ）温比τ一定时 随压比π从小到大变化 比功W 先增后减的趋势，而且存在一个使比功最大的最佳压比 先增后减的趋势，而且存在一个使比功最大的最佳压比 πWmax； 越高， （3）温比是影响最佳压比的唯一因素，温比 越高，则 ）温比是影响最佳压比的唯一因素，温比τ越高 最佳压比越大。 最佳压比越大。
• 工况条件的差别 – (4) 实际工质的比定 压热容和等熵过程指 数随温度、 数随温度、压力等变 并非理想气体； 化，并非理想气体； – (5) 压气机空气流量 与透平燃气流量实际 上不相等； 上不相等； – (6) 实际燃气轮机中 存在轴承摩擦等机械 损失和传动损失。 损失和传动损失。
• 比功和效率变化趋势的异同 – (1)理想循环与实际循环的比功 理想循环与实际循环的比功Wn随压比 和温比 随压比π和温比 理想循环与实际循环的比功 随压比 和温比τ 的变化趋势一致，但实际循环的比功相对较小； 的变化趋势一致，但实际循环的比功相对较小； – (2)理想循环与实际循环的效率 随压比 的变化趋 理想循环与实际循环的效率η 理想循环与实际循环的效率 随压比π的变化趋 势一致，但随温比τ的变化趋势不同 的变化趋势不同： 势一致，但随温比 的变化趋势不同：实际循环的效 随温比τ的增加而增加 率η随温比 的增加而增加；温比一定时，随压比 随温比 的增加而增加；温比一定时，随压比π 从小到大变化，效率η呈先增后减的趋势 呈先增后减的趋势， 从小到大变化，效率 呈先增后减的趋势，而且存 在一个使效率最高的最佳压比πηmax； 效率最高的最佳压比 在一个使效率最高的最佳压比 ； – (3) 实际燃气轮机的使效率 最高的最佳压比 实际燃气轮机的使效率η最高的最佳压比 最高的最佳压比πηmax 通常大于使比功最大的最佳压比 最大的最佳压比πWmax。 通常大于使比功最大的最佳压比 。
再热循环
思考题五：什么是再热循环？ 思考题五：什么是再热循环？为什么采用再热循环能增大比 循环的效率η有所降低 有所降低。 功？循环的效率 有所降低。
–再热循环的特点 • (1)压比和温比一定时，再热循环可使比功增大；但燃 压比和温比一定时，再热循环可使比功增大； 压比和温比一定时 料消耗量和总加热量增加，效率η有所降低。 料消耗量和总加热量增加，效率 有所降低。 有所降低 相当于在简单循环的膨胀阶段增加一个附加循环， 相当于在简单循环的膨胀阶段增加一个附加循环， 而该附加循环的效率低于简单循环。 而该附加循环的效率低于简单循环。 • (2)再热循环的透平总压比 在分级串联透平之间按几 再热循环的透平总压比π在分级串联透平之间按几 再热循环的透平总压比 何平均分配，可获得最大比功。 何平均分配，可获得最大比功。 两级串联透平的压比最佳分配为： 两级串联透平的压比最佳分配为： n级串联透平之间燃气再热，则各透平的压比最 级串联透平之间燃气再热， 级串联透平之间燃气再热 佳分配为： 佳分配为： • (3)再热循环的排气温度较高，需采用回热器来提高热 再热循环的排气温度较高， 再热循环的排气温度较高 效率，因此适合在余热锅炉型联合循环中使用。 效率，因此适合在余热锅炉型联合循环中使用。 • (4)分级透平之间空间狭小，再热器布置困难。 分级透平之间空间狭小， 分级透平之间空间狭小 再热器布置困难。
◆ 燃气－蒸汽联合循环原理
• 利用燃气轮机排气余热在余热锅炉中将水加热变 为中温中压的过热蒸汽， 为中温中压的过热蒸汽，将此蒸汽引入汽轮机膨 T4* T3* 胀作功， 胀作功，这就相当于一台在 很高而 很低热源之 间工作的热机，其循环效率必定较高。 间工作的热机，其循环效率必定较高。 • 燃气和蒸汽的组合方式不同,联合循环可分为: 余热 燃气和蒸汽的组合方式不同,联合循环可分为: 锅炉型、排气补燃型、 锅炉型、排气补燃型、增压燃烧锅炉型和加热锅 炉给水型
第三节 燃气轮机的实际简单循环
思考题四：比较理想循环与实际循环的差别？ 思考题四：比较理想循环与实际循环的差别？ • 工况条件的差别 – (1)实际的压缩和膨胀过程均 实际的压缩和膨胀过程均 为有损耗的不可逆过程， 为有损耗的不可逆过程，不 是等熵过程； 是等熵过程； – (2)工质实际流动中存在压力 工质实际流动中存在压力 损失， 损失，燃烧室和进排气道内 的吸热和放热过程并非等压； 的吸热和放热过程并非等压； – (3)燃烧室中实际上存在不完 燃烧室中实际上存在不完 全燃烧损失和散热损失； 全燃烧损失和散热损失；
* wc = h2 − h1* kJ/kg
理想气体 定比热
= c p (T2* − T1* )
= c pT1* (π* m − 1)
* T2* p2 = * * T1 p1
* * p − v图上，w cs = 面积1-2-p2 -p1 -1
k-1 k
=π
k −1 * k
–回热循环的特点 • (1)透平排气温度高于压气机出口工质温度时，才能实 透平排气温度高于压气机出口工质温度时， 透平排气温度高于压气机出口工质温度时 现回热循环。 现回热循环。 • (2)回热循环可节省燃料热量，提高热效率。 回热循环可节省燃料热量，提高热效率。 回热循环可节省燃料热量 • (3)回热循环中使比功最大的最佳压比 Wmax与简单循 回热循环中使比功最大的最佳压比π 回热循环中使比功最大的最佳压比 环基本相等或略高一些， 环基本相等或略高一些，而使效率最高的最佳压比 πηmax则比后者低很多 图3-18)。 则比后者低很多(图 。 • (4)回热循环的排气温度已经很低，采用余热锅炉型联 回热循环的排气温度已经很低， 回热循环的排气温度已经很低 合循环的必要性不大。 合循环的必要性不大。 • (5)回热循环会使机组尺寸和重量增加许多，因此在工 回热循环会使机组尺寸和重量增加许多， 回热循环会使机组尺寸和重量增加许多 程实际中应用不多。 程实际中应用不多。
第四节 燃气轮机常见其他热力循环
目 的
增大比功 提高热效率 回热循环
减小尺寸 改善热经济性
改 善 措 施
间冷循环 再热循环 其他多种热力循环组合的联合循环
回热循环
思考题五：什么是回热循环？ 思考题五：什么是回热循环？为什么采用回热循环 能提高燃气轮机热效率？ 能提高燃气轮机热效率？为什么现实生活中回热循 环应用不多? 环应用不多
间冷循环
思考题五：什么是间冷循环？ 思考题五：什么是间冷循环？为什么采用间冷循环能增大比 循环的效率η有所降低 有所降低。 功？循环的效率 有所降低。
–间冷循环的特点 • (1)压比和温比一定时，间冷循环可使比功增大，但循 压比和温比一定时，间冷循环可使比功增大， 压比和温比一定时 环的效率η有所降低 有所降低。 环的效率 有所降低。 相当于在简单循环的压缩阶段增加一个附加循环， 相当于在简单循环的压缩阶段增加一个附加循环， 而该附加循环的效率低于简单循环。 而该附加循环的效率低于简单循环。 • (2)间冷循环压气机的总压比 在分级串联压气机之间 间冷循环压气机的总压比π在分级串联压气机之间 间冷循环压气机的总压比 按几何平均分配，可获得最大比功。 按几何平均分配，可获得最大比功。 n级间冷压气机的最佳间冷压比为： 级间冷压气机的最佳间冷压比为： 级间冷压气机的最佳间冷压比为 • (3) 分级压气机之间须增加间冷器，会增加机组的尺 分级压气机之间须增加间冷器， 寸和重量。 寸和重量。