燃气轮机空气冷却系统建模及计算分析

燃气轮机热力性能模型构建与分析燃气轮机作为一种被广泛应用于发电和航空航天领域的动力装置，其热力性能模型的构建与分析是提高轮机性能和运行效率的关键。

在本文中，将从热力学基础、模型构建和性能分析三个方面探讨燃气轮机热力性能模型的相关内容。

首先，我们来了解燃气轮机的热力学基础。

燃气轮机是一种通过燃料的燃烧产生高温高压气体，驱动涡轮旋转，并通过轮子和压气机将其中的能量转化为功的装置。

其中，热力学循环是描述燃气轮机工作原理和性能的理论基础。

常见的燃气轮机热力学循环包括布雷顿循环和雷诺循环。

布雷顿循环是燃气轮机的基本循环，通过喷燃器燃烧燃料，产生高温高压气体，驱动涡轮旋转；而雷诺循环是一种改进的循环，通过采用再热和冷却技术，进一步提高燃气轮机的效率。

其次，我们将讨论燃气轮机热力性能模型的构建。

燃气轮机的热力性能模型是描述其工作过程和性能参数的数学模型。

通过构建准确的模型，可以有效地预测和优化燃气轮机的性能。

燃气轮机热力性能模型的构建涉及到多个方面，如气流、燃烧和传热等过程的建模。

例如，气流模型可以利用欧拉方程和质量、能量守恒定律来描述气体在转子和定子之间的流动；燃烧模型可以利用化学反应动力学和热释放率等参数来描述燃烧过程；传热模型可以利用传热方程和流体力学分析来描述燃气轮机中的热传递过程。

最后，我们将对燃气轮机热力性能模型进行分析。

通过对热力性能模型的分析，可以评估燃气轮机的性能，优化其工作参数，以实现更高的效率和功率输出。

热力性能模型的分析主要包括两个方面：一是对燃气轮机循环参数的分析，如进气温度、压缩比、放大比等，这些参数直接影响燃气轮机的效率和功率输出；二是对燃气轮机实际运行数据的分析，通过对实测数据的对比和统计分析，可以评估燃气轮机的实际性能和运行状况。

通过对模型分析的结果，可以及时发现问题，采取相应的措施进行调整和改进。

在实际应用中，燃气轮机热力性能模型的构建和分析是一个复杂而细致的工作。

需要深入理解燃气轮机的热力学原理和工作过程，掌握相关的建模和分析方法。

燃气轮机热管型进气冷却系统的设计及性能分析摘要：针对燃气-蒸汽联合循环（联合循环）机组出力随环境温度升高而下降的问题，设计了新型燃气轮机（燃机）进气冷却系统，即利用热管型溴化锂吸收式制冷机（溴冷机）回收余热锅炉排烟余热制冷，以降低燃机进气温度。

对余热锅炉排烟（简称排烟）流量及温度变化对联合循环机组性能影响的分析表明，加装热管型溴冷机的燃机进气冷却系统可使燃机进气温度下降10～15℃，联合循环机组年净增发电量约20000MW·h。

在环境温度一定的条件下，随着排烟温度的增加，燃机进气温降幅度也不断增加。

关键词：燃气轮机；热管；联合循环；进气冷却；余热利用燃气轮机的发电功率和效率与空气进气温度密切相关，随着大气温度升高，空气密度降低，导致流经燃气轮机进气道的空气质量流量减少，引起燃气轮机发电功率下降。

通常这种发电功率的减小恰恰发生在电力负荷较大的时候。

通过加装燃机进气冷却装置，降低燃机进气温度，使燃机功率达到甚至超过额定功率。

另外，进气冷却还可减少NOx的排放，保持燃机运行的稳定性，减少联合循环机组维护费用。

根据冷源的不同，燃气轮机进气冷却的方式一般有蒸发冷却、电制冷、冰蓄冷制冷、蒸汽或热水制冷。

其中蒸发冷却方式由于设备简单、造价低廉、耗能低、使用维护方便、冷却效果好、在冷却的同时增加空气的含湿量等特点而越来越得到广泛的使用。

一、燃机热管型进气冷却系统1、热管换热器工作原理热管型溴冷机采用高效的分离式热管换热器，简称热管发生器，代替传统溴冷机的发生器，既可使溴冷机充分利用余热，又可以减少溴冷机的体积。

热管发生器其蒸发段与冷凝段互相分开，两者之间通过专门的汽、液导管连接成一个循环回路。

热管内的工作液体在蒸发段被烟气加热变成蒸汽通过汽导管上升到冷凝段，被管外流过的冷流体（溴化锂溶液）冷却成凝结水，凝结水沿液导管下降到蒸发段继续被加热蒸发，如此不断循环达到传输热量的目的。

2、进气冷却系统设计装置工作原理燃气轮机进气蒸发冷却系统中蒸发冷却是指直接蒸发冷却，是利用水在空气中蒸发时吸收潜热来降低空气温度，在焓湿图上表示为等焓加湿过程，理想状态下，空气在等焓加湿后可达到湿球温度。

燃气轮机进气冷却技术及运用的简明分析燃气轮机进气冷却技术及运用摘要：叙述了大气条件对燃气轮机性能的影响，对不同的进气冷却方式进行了比较。

探讨了冷却方案的选择和关键设备冷却器的选型，对进气冷却效果及经济效益进行了分析。

关键词：燃气轮机，冷却技术，运用一、引言燃气轮机（以下简称燃机）的热力循环通常为工质取自大气的开式循环，其功率输出受大气条件的影响很大。

随着气温的升高，其输出功率下降，热耗率增加，对于电厂，夏季是使用电高峰季节，燃机因气温升高，出力下降使调峰的能力受到影响。

对于天然气处理和化工装置，夏季是原料气充足的季节，燃机输出功率下降，装置生产能力不足，效益下降。

因此，对燃机进口空气进行冷却，是消除环境温度升高影响，提高燃机性能的有效办法。

二、正文1. 进气冷却功能的分析1.1 环境条件对燃机性能的影响由于燃机以大气为工质，其功率和效率随环境条件变化而变化，当大气压力降低、温度升高时，因大气的密度降低，燃机空气流量、压比、无因次转速和比功下降，其功率和效率随之下降，热耗率上升；气温的升高对燃机性能的影响更突出，其对高压比的轻型燃机的影响程度又大于对重型燃机的影响。

当大气温度从15 ℃（59 oF）上升到35 ℃（95 oF）时，燃机MS5001、PG6551机组的功率下降了12.5 %左右，热耗率增加3 %左右。

可见环境温度对燃机性能的影响很大，而采用燃机进气冷却可以消除高温天气的影响，达到增加燃机输出功率的目的。

2 冷却方案的选择2.1 各种类型进气冷却技术的特点分析到目前为止，燃机进口空气冷却技术概括起来主要有两种类型：制冷式冷却和蒸发式冷却。

2.1.1 制冷式冷却燃机进气制冷式冷却方式根据所采用的制冷系统形式的不同又可有多种类型，如吸收式制冷冷却、压缩式制冷冷却、蒸汽喷射式制冷冷却以及吸收式制冷与压缩式制冷混合式冷却等等。

目前工程中应用的主要是前两种。

采用制冷式冷却方式时，制冷系统通过安装于燃机进气道内的热交换器来降低燃机进气的温度。

（建筑电气工程）燃气轮机冷却空气量分析计算方法的研究燃气轮机冷却空气量计算及变工况分析姜聪(湖北省电力勘测设计院，湖北武汉，430000) Studyoncalculationandpartloadoperationofcoolin gairallocationforgasturbineJIANGCong（HuBeiElectricPowerDesignInstitute，HuBeiWuhan，430000）Abstract:Basedontheinformationsofh urgegasturbine,thispaperhasresearched thewaysofcalculationaboutcooling-airp roportionofSienensV94.3.Accordingthe coolingmodeLandtheoremtothebladeof turbinegas,wecangetthemodelofcalcula tionaboutcooling-airproportion.Thiswa yiseasytocomperhend, andtheprecisionisfulfilltorealisticrequire ment.KeyWords:Gasturbine;Coolingair; Calculationmethods摘要：根据大型燃气轮机的结构和性能资料，本文对西门子V94．3燃气轮机冷却空气量的计算方法进行了研究。

从燃气透平叶片冷却方式和机理入手，得到燃机冷却空气量的计算模型。

该方法简单理解容易，计算精度满足实际工程分析需要。

关键词：燃气轮机,冷却空气,计算方法1前言随着燃气轮机在电力工业中的应用，大容量高参数的机组能够得到较高的效率和经济收益。

然而，透平初温受到材料等因素的制约，不能无限制地提高。

所以对燃机高温部件的冷却就显得尤为重要。

所以，对于燃机技术，冷却空气量的计算和分析对于了解燃机实际性能和制造技术都有重大的实际意义。

试析燃气轮机进气冷却技术分析摘要：随着科技的发展与社会的进步，燃气轮机进气冷却技术得到了进一步的发展与改革。

由于燃气轮机性能与环境温度联系密切，通过进气冷却技术能够有效的解决燃气轮机出力随着燃气进气温度的升高而降低的问题。

因此，选择何种进气冷却技术是保障燃气轮机能否正常运行的关键。

本文将通过的对燃气轮机进气冷却设计参数进行分析，进而对燃气轮机进气冷却技术种类加以阐述，以供参考。

关键词：燃气轮机；进气冷却；设计参数；技术分析引言科技的发展推动了燃气轮机的自动化程度的改进，从目前燃气轮机的发展现状来看，其在性能以及运行效率方面都得到了有效的提高，基本上能适应自然环境的各种要求，从而达到良好的冷却效果，更好地满足广大用户的使用需求。

1.燃气轮机进气冷却设计参数随着科技的发展与社会的进步，燃气轮机加装冷却系统得到了快速的发展，并且得到了广泛的应用。

在进行燃气轮机进气冷却设计过程中，需要对燃气轮机的性能曲线、出力比率以及运行时数进行重点分析，同时也要对考虑空气流量以及环境温度对其的影响。

由于透平轴功率对燃气轮机出力有着直接的影响，在确定燃气轮机出力增加值的过程中，要对燃气轮机的透平处理进行充分考虑，并且还要与预期温度下燃气轮机的出力情况进行比较，在燃气轮机进气冷却函数一定的条件下，燃气轮机的冷却进气的容量增益值主要取决于其性能曲线的斜率，冷却进气容量增益值越陡，其增益值越多。

除此之外，周围的环境温度对燃气轮机的冷却装置的费用成本以及规模也有着较大的影响。

从目前燃气轮机的结构形式上看，大多数都是以潜热负荷为主要的负荷结构，在进行冷却结构的设计过程中，必须要同时满足相对湿度以及干泡温度两项设计要求。

如果未能满足其中某一项要求，会发生余量过大现象发生。

通过调查研究不难发现，在湿度相对比较高的环境下，燃气轮机采用冷却的进气方式，能够增加其出力情况，这时空气流量与冷却程度成成正比关系，当二者之间的比值越低的情况下，冷却效果越好。

燃气轮机系统建模与性能分析摘要：燃气轮机机组具有超强的北线性，人们掌握它的具体实施工作过程运行规律是很难得。

在我过电力工业中对它的应用又不断加强。

为了更加透彻的解决这个问题，本文将通过建立燃气轮机机组系统建模及模拟比较研究机组设计和运行中存在的问题，从而分析它的性能。

关键词：燃气轮机；系统建模；性能1模拟对象燃气轮机的物理模型在标准IS0工况条件(15℃101.3kpa及相对湿度60%)下，压气机不断从大气中吸入空气，进行压缩。

高压空气离开压气机之后，直接被送入燃烧室，供入燃料在基本定压条件下完成燃烧。

燃烧不会完全均匀，造成在一次燃烧后局部会达到极高的温度，但因燃烧室内留有足够的后续空间发生混合、燃烧、稀释及冷却等复杂的物理化学过程，使得燃烧混合物在离开燃烧室进入透平时，高温燃气的温度己经基本趋于平均。

在透平内，燃气的高品位焙值(高温、高压势能)被转化为功。

1.1燃气轮机数值计算模型与方法本文借助于 GateCycle软件平台，搭建好的燃气轮机部件模块实现燃气轮机以上物理模型的功能转化，进行燃气轮机的热力学性能分析计算的。

在开始模拟燃气轮机之前，首先对燃气轮杋部件模块数学模型及计算原理方法进行简单介绍。

1.2压气机数值计算模型式中，q1、q2、ql分别为压气机进、出口处空气、压气机抽气冷却透平的空气的质量流量；T1*、 p1*分别为压气机进出口处空气的温度、压力；T2*、 p2*分别为压气机出口处空气的温度、压力ηc 、πc分别为压气机绝热压缩效率，压气机压比γa 为空气的绝热指数；ρa为大气温度；∅1为压气机进气压力损失系数ιcs 、ιc分别为等只压缩比功和实际压缩比功i*2s、i*2、i*1分别为等只压缩过程中压气机出口处空气的比焓，实际压缩过程中压气机出日处空气的比烩和压气机进日处空气的比焓；当压气机在非设计工况下工作时，一般计算方法是将压气机性能简单处理编制成数表，通过插值公式求得计算压气机的参数，即在压气机性能曲线上引入多条与喘振边界平行的趋势线，这样可以把压比，流量，效率均视为平行于喘振边界的等趋势线和转速的函数。

燃气轮机冷却技术分析摘要：详细地阐述了对气膜冷却、内部强化换热以及热管冷却等的影响因素，目前的应用状况以及发展前景。

重点集中在内部强化换热和热管冷却。

对西门子V 9413 燃气轮机冷却空气参数及其分配进行了研究, 试图从公开发表的燃气轮机功率、压比、排气温度、三个透平初温等数据中推测出冷却空气量的分配规律。

关键词: 燃气轮机; 冷却空气前言：燃气轮机的效率随着涡轮人口温度的提高而增加。

目前的燃气温度已经远高于叶片材料的温度极限，所以，必须对涡轮叶片进行有效的冷却才能保证涡轮的正常工作。

航空发动机中的高温部件，如燃烧室、涡轮、尾喷管等的工作环境非常恶劣，由此造成高温部件的可靠性差、寿命短，据美国权威部门的统计，航空发动机中的故障有60％以上出现在高温部件，并有不断上升的趋势，我国的一些航空发动机高温部件的寿命只有几百小时，高温部件的材料费及加工费高昂，由此带来的经济损失十分严重。

造成这种情况的原因，除材料和工艺水平缺陷以外，另外一个重要的问题是人们至今还难以对高温部件的受热状态进行准确的预测，对复杂高温部件传热的机理及规律认识不足。

图1显示了涡轮叶片上主要的冷却方式：应用在前缘和叶片中弦区的冲击冷却，应用于内部通道的扰流肋强化对流换热，应用于尾缘的扰流柱强化换热以及叶片外表面的气膜冷却。

1 冲击冷却冲击冷却属于对流换热，是强化换热的一种手段。

冲击冷却主要是利用高速气流冲刷被冷却表面，以达到冷却目的。

图2给出了叶片内部的冲击冷却方式。

在航空发动机中也多用于高温部件的内部，特别是涡轮叶片的前缘部位。

以高速气流从内部冲刷被冷却部位，带走从另一侧燃气所吸收的热量。

它的主要缺点是压力损失大，容易造成被冷却区域较大的温度梯度，引起热应力。

在冷气流冲击的驻点区壁面上有很高的换热系数，因此可以利用这种冷却方式对表面进行重点冷却。

根据冲击流和靶面的角度可以分为垂直冲击、斜冲击和平行冲击。

影响冲击冷却的主要参数是孔到靶面的距离与孔直径的比值。

9F型燃气轮机进气冷却系统设计摘要：为解决燃气轮机在夏季用电高峰时，因环境温度高导致机组净出力严重下降这一问题，基于9F型燃气轮机设计了一套燃机进气冷却系统。

该设计可以提高联合循环机组60MW的发电能力，在高温季节能够增发53000MW·h的电量。

关键词：燃气轮机；进气冷却；余热锅炉低温热能；溴化锂吸收式制冷机1基本现状1.1夏季环境温度条件北京地区6至8月期间平均环境温度均高于25°C，北京地区夏季燃机一直工作在长周期高温工况下。

1.2机组夏季出力情况当年5月至9月份的机组出力分别为786MW、752MW、766MW、768MW、367MW，5月至9月期间机组的最大出力平均值为768MW，远低于该9F型燃机的联合循环基本负荷的838MW。

2可行性分析2.1制冷系统设计、原理该厂为增大机组冬季的供热能力，增大了余热锅炉低压省煤器换热面积，在冬季可增加供热面积约160万平方米。

夏季工况时由于没有供热需求，此部分热能无法再利用，将随排烟浪费掉。

若增加一套热水型溴化锂吸收式制冷设备，利用余热锅炉的低品位热水来获得7-15°C的冷水用以冷却燃机进气空气，能在夏季大负荷、高温工况下降低进气温度，增大机组净出力，提高联合循环热效率。

目前市场上此类制冷设备技术成熟，设备性能稳定、可靠。

虽然初期投入成本可能较高，但收益明显，短期即可收回成本。

在燃气轮机进气罩壳内增设管翅式换热器，该类换热器换热系数大，节能性能好；因冬季存在因雾霾较大而造成进气差压增大的现象，故此换热器应重点考虑是否便于拆卸。

2.2余热锅炉可利用热能：本套设计方案的热源来自余热锅炉尾部的低压省煤器，利用循环泵在制冷机组与省煤器之间构建水循环。

将低压省煤器出口的高温热水引致制冷机组，参与制冷后经循环泵再将低温热水泵至省煤器入口。

低压省煤器出口热水温度170°C设热水参与制冷后终温为70°C热水工作压力为2.2Mpa实际运行工况下，抽水流量最大可达133kg/余热锅炉可利用热能：Q可=G热水（h高-h低）=133某（719.98-294.79）=56MW2.3制冷设备选型2.3.1湿空气冷却过程图1湿空气冷却过程以燃机进气温度降至15°C时所需的冷负荷计算，我们知道空气的冷却过程是包括湿空气的冷却及干空气的冷却过程（图1），分别对应湿空气的潜热及显热。

燃气轮机进气冷却技术分析1引言：燃气轮机电站由于具有热效率高、环境性能好、启停快、运行灵活等优点,得到了广泛的应用。

燃气轮机的性能与其所处的环境温度密切相关。

当环境温度上升时，空气密度较小，由于燃气轮机是定容式动力机械，从而导致流过压气机和透平的质量流量减少，引起燃气轮机的出力下降。

透平的出力降低可通过冷却压气机的进气而避免。

燃汽轮机的进气冷却时增加其出力的最有效的办法。

Alstom公司某燃气轮机发电机组性能与环境空气温度之间的变化关系见下图。

从图中可以得出燃气轮机进气流量及出力与环境空气温度之间的关系式如下:P（%）=111.172-0.7448T（1）m（%）=105.466-0.3644T（2）其中,m为空气的质量流量与额定工况下的百分比,P为输出功率和额定工况下的百分比,T为环境温度(∀)。

从式(1)、(2)可以看出燃气轮机输出功率及进气流量与环境温度之间的变化关系。

在环境空气温度为5℃时,燃气轮机输出功率为额定出力的107%,而在35℃时只有额定值的85%。

燃气轮机性能受环境温度影响较大,而我国燃气轮机电站装机容量的30%集中在常年温度较高的长江三角洲和珠江三角洲地区,高温时段难以发挥燃气轮机及其联合循环电站的调峰性能。

燃气轮机出力随进气温度升高而降低的问题可以通过冷却燃气轮机压气机进气来解决。

2.燃气轮机冷却技术按燃气轮机进气冷却器的结构型式，燃气轮机进气冷却技术分为直接接触式和间接接触式。

2.1直接接触式直接接触式有水膜式蒸发冷却和喷雾冷却。

直接接触式制冷的原理是利用水在空气中蒸发时所吸收的潜热来降低空气温度。

当未饱和空气与水接触时,两者之间便会发生传热、传质过程。

结果是空气的显热变为水蒸发时所吸收的潜热,从而使其温度降低。

理论上可将这一过程近似看做对空气的绝热加湿过程。

水膜式蒸发冷却与带填料层的喷水室结构相似,冷却后的相对湿度可达95%,对进气阻力较大。

美国唐纳森公司生产的进气蒸发冷却装置,在大气湿度为70%~80%时,可降低空气温度4℃~6℃,在大气湿度较小时,甚至可以降低进气温度8℃以上。

大型燃气轮机冷却空气量分配及透平膨胀功计算方法研究摘要：天然气是一种清洁的能源，具有丰富的资源和稳定的供应。

随着全球对可再生能源的需求不断增加，天然气作为一种重要的替代能源得到了广泛的应用和发展。

其中，燃气轮机是目前应用最广泛的一种发电设备之一。

燃气轮机是一种利用燃料燃烧产生的高温高压气体来驱动涡轮旋转并产生电能的装置。

因此，本文重点研究大型燃气轮机冷却空气量分配及透平膨胀功计算方法，旨在提高燃气轮机的性能和可靠性，为人类提供更加清洁、安全、可靠的能源保障。

关键词：大型燃气轮机；冷却空气量；分配；透平膨胀功；计算方法前言：现阶段，在燃气轮机运行过程中，高温高压气体会产生大量的热量，如果不加以有效的冷却，会导致发动机过早失效甚至爆炸。

因此，燃气轮机的冷却系统的设计必须考虑到散热面积的大小、冷却介质的选择以及冷却方式等因素一、大型燃气轮机冷却空气量分配及透平膨胀功计算背景在现代工业生产中，大型燃气轮机作为一种高效的动力装置被广泛应用于各种行业。

然而，由于其运行过程中产生的高温和高压环境，气体涡流与叶片表面之间的热交换效率较低，从而导致燃气轮机的冷却问题成为制约其性能的重要因素之一。

因此，如何有效地控制气缸内的温度分布，提高冷却效果成为了当前研究的热点话题。

目前，传统的冷却方式主要包括水冷系统和风冷系统两种。

其中，水冷系统的优点在于能够提供稳定的冷却效果，但是需要大量的水资源以及相应的处理设施；而风冷系统的优点则在于不需要大量水源，但存在通风噪声等问题。

针对这些问题的影响，研究人员提出了多种改进方案，如采用多级冷却器、增加冷却介质数量等等[1]。

除了冷却技术的研究外，透平膨胀功也是一个重要的研究方向。

透平膨胀功是指在燃气轮机工作时，通过改变进气压力来实现功率输出的变化。

该过程涉及到多个变量的影响，例如进气压力、出口压力、转速等因素。

因此，对于透平膨胀功的准确预测具有重要意义。

二、大型燃气轮机冷却空气量分配（一）动量守恒在气力发动机中，动量的守恒定律是至关重要的。