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电站燃气轮机轴流式燃气透平的特性曲线与压气机相类似，燃气透平的级也是一系列基元级叠置而成的。
透平级的性M (㎏/s)、膨胀比δ*和等熵膨胀效率η*t (或ηt)能也可以用流经透平级的燃气流量g等这些参数来描写。
同理，由许多个级串联而成的多级燃气透平的性能，也必然可以用以上这些参数的综合值来表示。
M 、燃气初温T*3当燃气透平在非设计的工况运行时，流经透平的燃气流量g和初压p*3、膨胀比δ*(或δ)、透平的转速n t、效率η*t(或ηt)以及功率，都会发M 、T*3、p*3和δ*生相应的变化。
但是，研究表明；当流经透平的燃气参数g已定时，透平的运行工况点也就被完全确定了。
那时，透平的转速n t、效率η*t (或ηt)和功率p t，必然也会有一个完全确定的数值。
研究燃气透平特性曲线的实M 、T*3、p*3、δ* (或质就是在于：探讨在透平变工况的条件下如何正确地确定gδ)、n t、η*t (或ηt)这些参数之间的定量关系问题。
图5-35中给出了一张当燃气的初参数p*3和T*3恒定不变时，透平的相对体G和效率η*t与透平膨胀比δ*和相对转速n之间的变化关系图。
积流量v(图中- Gv=G v/G v0–nt=n t/n t0下脚“0”表示设计工况下的参数)图5-35 T3*和p3*=常数时透平的变工况特性曲线由图可知，当透平转速维持恒定不变时，随着膨胀比δ*的增高，流经透平的燃气体积流量G v(m3/s)将随之增大；透平的效率η*t也有相当幅度的变化；当转速升高时，为了流过同量的燃气体积流量G v ，透平的膨胀比δ*必须有所增大，也就是说，燃气流经透平时所必须克服的阻力加大了。
试验表明：当燃气初温T *3和转速n t 恒定不变时，不论燃气的初压p *3如何改变，为了流过同量的燃气体积流量G v 所必须保证的透平膨胀比δ*将是相同的。
这就是说，图5-35所示的变工况特性曲线，对于T *3=常数，而p *3不断改变的运行情况来说，是可以彼此通用的。
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。
π = P ∗ (1)∗∗ ∗ ∗ ∗燃气轮机组热力计算指标体系1.电站燃气轮机热力循环的主要参数及性能指标1.1.燃气轮机热力循环主要参数燃料1C —压气机； B —燃烧室；T —透平；G —发电机；1—压气机进口；2—压气机出口亦即燃烧室进口；3—燃烧室出口亦即透平进口；4—透平出口图 1 为常用的燃气轮机热力系统组成方式，燃气轮机的热力循环参数主要有 两个：压缩比和温度比。
1）压缩比（简称压比）：压气机出口压力与进气口压力之比，用π表示， 计算公式为：P 21式中，P 1 ——燃气轮机进气道后，压气机进口导叶前的滞止压力（上角标“*”表示“滞止”状态），Pa 或 MPa ，P 2 ——压气机出口处的滞止压力，Pa 或 MPa ，P 1 ，P 2 可通过参数测点读出数值。
2）温度比（简称温比）：透平进口处的温度与压气机进口处的温度之比，τ=T∗ (2)∗∗∗∗∗∗∗∗=C p T3―T4―C p T2―T1)………………∗∗∗∗f=G c kg燃料/kg空气；k为绝热指数；若用τ表示，计算公式为：T31式中，T1——压气机进口处的滞止温度（在开式燃气轮机循环中，即为环境温度T e），T3——透平进口处滞止温度，K，T1=T e可通过参数测点读出数值。
1.2.燃气轮机性能指标描述燃气轮机热力的主要性能指标有两个：比功和循环热效率。
1）比功：指单位质量的空气流过装置时，燃气轮机向外界输出的净功，记为W n，忽略燃气和空气在流量上的差异，则W n=W T―W C=C p(T3―T4)―C p(T2―T1) (3)式中，W T——透平的比功，J/kg或kJ/kg；W C——压气机的比功，J/kg或kJ/kg；C p——工质的定压比热（在知道压力、温度时，可查表得出）。
2）循环热效率：当工质完成一个循环时，输入的热量功转化为输出功的部分所占的百分数，记为ηgt，计算公式为：W n ηgt=fH u =W n T4―T1p（32）=1―T3―T2=1―π1k―1k（4）式中，f——燃料的质量流量与空气的质量流量之比，称为燃料空气比；G fG f指燃料流量，kg/s；G c指进入压气机的空气流量kg/s；有效功率：q n=W n G c= ηgt H u ；式中 B 为气耗量 q n Q f S cc = P gt (6)H u ——燃料的热值，J/kg 或 kJ/kg ，通常指低热值；q B ——单位质量空气在燃烧室中吸取的热量，J/kg 或 kJ/kg ；3）耗气率：产生单位有效功率时的燃料消耗量，kg/（kW ⋅h ）Bg e = q n =3600G f q n36004）热耗率：产生单位有效功率所耗的燃料热量，kJ/（kW ⋅h ）q e = BH u=3600 ηgt2.联合循环机组的主要参数及性能指标2.1.联合循环热效率和功比率热效率和功比率是联合循环的两个基本特性参数，以常规的余热锅炉型联合 循环（一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台汽轮机，电动机可以一台，也可以两 台，也称“一拖一”方案）为例，介绍这两个参数。
燃气轮机性能的分析与优化燃气轮机，是一种能够将燃油与空气通过燃烧产生的高温高压气体转换为热能、动能和电能的设备。
它广泛应用于航空、能源、交通等领域，已成为现代化社会不可或缺的能源设备。
然而，在燃气轮机的使用中，由于燃烧室、透平、叶轮等诸多因素的影响，其性能存在着种种提升的可能。
因此，研究燃气轮机性能的分析与优化，对于提高其效率、减少排放、延长寿命等方面具有重要意义。
一、燃气轮机性能的分析燃气轮机的性能分析主要是指对其热力学和动力学特性的分析，具体包括燃烧室、透平、叶轮、进排气系统等几个方面。
1. 燃烧室燃烧室是燃气轮机的核心部件之一，其能否高效燃烧燃料，直接关系到燃气轮机性能的好坏。
因此，在燃烧室的设计中，需要考虑燃烧稳定性、热量失真、热应力等因素。
此外，还需要充分利用高温高压气体的能量，增加热回收装置的数量，提高热效率。
2. 透平透平是燃气轮机的能量转换装置，其输送的功率直接影响燃气轮机输出功率的大小。
在透平设计中，需要考虑叶片的数量、载荷分布、高速旋转时的稳定性等因素。
此外，透平的叶片材料和涂层的选用，也可以对燃气轮机的输出功率产生重要影响。
3. 叶轮叶轮是燃气轮机的重要组成部分，其设计能否有效提高燃气轮机的机械效率和输出功率。
在叶轮设计中，需要考虑叶片的数量、形态、叶间距等因素，以及叶片和轮盘间的间隙和治理等问题。
为了确保叶轮的质量和性能，需要采用先进的模拟和测试技术，对叶轮的流场、应力和振动等参数进行准确的测量和评估。
4. 进排气系统进排气系统是燃气轮机的重要组成部分，其性能的好坏会直接影响燃气轮机的运行效率和寿命。
在进排气系统设计中，需要考虑气体的流量和压力，以及燃气轮机内部和外部的温度控制和噪声控制等问题。
为了确保进排气系统的顺畅和高效，需要采用先进的流体力学和声学技术，对气流和声场进行分析和优化。
二、燃气轮机性能的优化在燃气轮机性能分析的基础上，我们可以采用一系列的优化措施，从而进一步提高燃气轮机的效率、减少排放、延长寿命等方面的优异表现。
重型燃气轮机透平叶片尺寸重型燃气轮机透平叶片尺寸1.引言重型燃气轮机透平叶片尺寸是燃气轮机设计和运行中关键的参数之一。
其尺寸的大小和形状直接影响着燃气轮机的性能和效率。
在本文中，我们将深入探讨重型燃气轮机透平叶片尺寸的重要性、设计原则和个人见解。
2.重要性重型燃气轮机透平叶片尺寸对于燃气轮机的性能和效率至关重要。
适当的尺寸可以优化气流的流动，减少能量损失，提高转子的动力输出。
合理的叶片尺寸还能够减小燃气轮机的噪音和振动。
正确的叶片尺寸设计能够显著提升燃气轮机的整体性能和可靠性。
3.设计原则在确定重型燃气轮机透平叶片尺寸时，需要考虑多个因素。
首先是气流参数，包括气流速度、压力、温度等。
这些参数可以影响叶片的受力情况和热应力分布，因此需要进行精确的计算和分析。
其次是叶片材料和结构特性，不同的材料和结构对叶片尺寸有不同的要求。
最后是燃气轮机的设计工况和运行环境，这也是确定叶片尺寸的重要依据。
4.个人观点在我看来，重型燃气轮机透平叶片尺寸的设计不仅是一门科学，更是一门艺术。
它需要工程师兼顾材料、气流、结构等多个方面的知识，同时还需要结合丰富的实践经验。
只有在融会贯通了这些知识和经验后，才能设计出优秀的叶片尺寸方案，为燃气轮机的性能提升贡献力量。
5.总结回顾重型燃气轮机透平叶片尺寸是燃气轮机设计中至关重要的参数，其设计需要考虑气流参数、叶片材料和结构特性，以及燃气轮机的设计工况和运行环境。
合理的叶片尺寸设计可以显著提升燃气轮机的整体性能和可靠性。
在设计重型燃气轮机透平叶片尺寸时，需要工程师兼顾多方面的知识和丰富的实践经验，才能设计出优秀的叶片尺寸方案。
重型燃气轮机透平叶片尺寸的设计不仅是一门科学，更是一门艺术。
在本文章中，我们深入探讨了重型燃气轮机透平叶片尺寸的重要性和设计原则，并分享了个人观点和理解。
希望这些内容能够帮助读者更好地理解和应用重型燃气轮机透平叶片尺寸的知识。
重型燃气轮机透平叶片尺寸的设计是燃气轮机工程中至关重要的环节，它直接决定了燃气轮机的性能和效率。
动力与能源工程学院
燃气轮机性能分析
（报告三）
学号：
专业：动力机械及工程
学生姓名：
任课教师：
2010年4月
透平特性的计算
一、透平特性计算的意义
目前，燃气轮机已广泛应用于航空、船舶、发电等诸多领域，提高燃气轮机的性能已成为人们关注的焦点。
透平变工况通常是指转速、入口压力、温度以及出口压力的变化。
上述参数的变化将会导致级间热降的重新分配、速度三角形的变化以及流动损失的改变，最终引起涡轮级综合参数(流量、效率以及功率)的变化。
讨论变工况可以更好的了解已设计好的透平在工况变动时性能的变化(如功率、效率、扭矩等)和各参数的变化规律。
使运行时能情况明了。
一个好的透平，应该在设计工况和变工况下都是工作良好的。
在设计时，就要预先考虑变工况的性能，对于变工况运行时间较长的机组，尤其要注意到这点。
工况变动的多少，要视具体任务而定。
如机车的燃气轮机，在拖动平原地区长途特快客车时，工况就变得少，如果是站内调度车厢之用，工况就变动得多。
此外，讨论透平变工况还可以为整个装置的变动工况计算及调节控制系统设计提供必要的数据。
二、特性线获取的方法概述
变工况特性曲线的决定方法分实验和计算两种。
实验法可以得到比较准确的数据，也是校核计算法是否准确的客观标准。
但实验法要有一定的设备和消耗，在机器未制造出来以前，也无法进行。
整台透平试验，要有足够大的风源，只有专门的科研生产机构才能实现。
当然，也可根据相似原理，做缩小比例的模型试验，此时就要做模型。
总之，试验费用是昂贵的。
实验法是好，但不易办到。
计算法虽准确度差点，却容易实观。
计算的方法较多，把用经验公式或类似机组的比拟方法除外，则现存的计算法基本原理都差不多。
把透平看成一个流道，以平均直径处基元级代替级，在各轴向间隙(即前述之特征截面)处满足基本方程(即连续方程、能量方程、运动方程和状态方程)，就可推算出各不同相似准则数下(如膨胀比和折合转速)，其它准则数(如效率、折合流量等)为多少。
各种方法的不同大致是由计算时选用的叶栅损失模型、简化假定和计算技巧不同造成的。
一般地说，所作假定越符合实际，计
算结果就越准确，相对说来计算也越繁复。
所以，使得计算简单，而且误差又不过大的方法，就较实用。
本报告将介绍一种以气动函数为基础、利用平面叶栅吹风数据计算涡轮特性的方法。
三、计算的前提假设
本方法是以下列简化假定下为基础的 1、流动是稳定的；
2、透平中的流动处在雷诺数的自模化区；
3、在透平静叶栅和动叶栅的对应位置上，燃气的p c 和k 相同，对应点上的温度变化不剧烈时，基本合理；
4、透平内部与外界无热交换；
5、略去地心引力影响。
在这些前提下，对于几何相似的透平，按相似理论，只需给定两个无因次准则即可进行计算。
一般来说，如能保持透平的0c M 和u M ，或是1c λ和u λ相等，则几何相似透平内之流动即相似，从而说明透平性能的无因次参数个个相等。
若能按1c λ和u λ来整理试验数据，则所得曲线就具有通用性。
此外，由于流量公式为：
*
0()c G mA λ=
，式中m =
转速公式为：60
dn
u π=
保持1c λ和u λ相等的条件也可以用涡轮的折合流量和折合转速相等代替。
四、计算步骤
计算从第一级开始，按照连续性方程，逐级往下算。
只要进入透平第一级的两个相似参数相等，透平就处于同一工况。
0c λ相等，就保证了1c λ相等，本算例任意给出第一级的1c λ、u λ，通过计算就可一获取特性线上的一个确定的工况点。
（1）任意给定一组1c λ、u λ
（2）由叶栅实验曲线查得静叶出口气流角111()c ααλ=和静叶的速度系数
1
()c ϕϕλ=
（3）由图1可以查到静叶总压恢复系数11(,)c σσϕλ=，流量函数可由以下公
式计算1
1
1112121
21111(,)1211k
k c k c c c k k k q f k k λϕσϕλλλ--⎡⎤--⎢⎥++⎢⎥⎛⎫
⎣⎦== ⎪
-⎡⎤⎝⎭
-⎢⎥+⎣⎦
，其也可由图2查表得出。
图1、当4/3k =时，1σ和1,c ϕλ的关系
图2、当4/3k =时，q σ和1,c ϕλ的关系
（4）111cos c u c λλα=；111sin c z c λλα= （5）1
1
1(
)c z
c u u
arctg λβλλ=-
（6
）11
11w c wcr w a λλ==（7）1*2
11*
011(2cos )1
w u u c T k T k λλλα-=+-+ （8）按1w λ1β，可由叶栅试验数据查得动叶速度系数11(,)w φφβλ= （9）动叶栅流量函数可由下式求出 ()
111221**22
2(1)10
()
sin ()()sin /c w w k k w
q A q A T
T
λασλλβ+-=，式中122()w ββλ=可由叶栅资料
查得。
（10）知道了动叶速度系数φ和动叶流量函数22()()w w q σλλ可由图2查到动叶相对出气角的无因次表达形式22
1w wcr
w a λ=，又由图1可以反查出动叶的总压恢复系数2()w σλ
（11
）220w cr w a λ=（12）
22200cos u cr cr w w a a β=；22200sin z cr cr
w w
a a β= （13）2200u u u cr cr c w a a λ=-，2200z z cr cr c w a a =
，2
0cr c a =，
20220z
cr u cr
c a arctg c a α⎛⎫ ⎪ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭
（14）
212
002()/2u u
u c u cr cr
h c a a λλ∆=- （15）*2*2
00111/2
u
cr h T k T k a ∆-=++
（16）**
**2
1
221*0
1
()()
k k w c p p T T σλσλ-∏==
⎛⎫ ⎪⎝⎭
，
***02
22p p p p ∏==∏
（17）**2
22222***0001()(1)
1c c T T T k T T T k τλλ-==-+ 下一级的入口参数,2u λ可由以下关系给出：
2
,20,2
u u cr u λλα=
=
下一级的流量函数可由下式计算：
1,21,211()()()(c c c c q q σλλσλλ=利用上一级的出口无因次速度和绝对出气角查得下一级的叶栅速度系数，查图2后可得1,2c λ
重复计算1到17就可算出涡轮总得的特性。
五、参考文献
[1] 刘万琨．燃气轮机涡轮特性计算方法［J ］．东方汽轮机，2003，(04). [2] 李军，苏明．多级轴流涡轮的变工况特性线分析［J ］．动力工程，2006，(5).
[3] 李军．一种多级轴流涡轮变工况特性的计算方法［J ］．燃气涡轮试验与研究，2006，(4).
[4] 李志刚，陶增元，丁康乐，宋文艳．一种改进的变几何压气机特性计算方法［J ］．航空发动机，2004，(04).
[5] 胡松岩，黄忠湖，王月奇．燃气涡轮通用理论特性计算方法［J ］．航空发动机，1994，(3).
[6] 杨文滨．基于逐级计算的燃气涡轮部件的性能仿真研究［J ］．计算机仿真，2004，(05).
[7] 吴虎，张亮，蒋建军．轴流压气机和涡轮特性计算的解析法［J ］．燃气涡轮试验与研究，2007，(04): 19-21.
[8] 韦福，杜朝辉，曹源，奚旺．基于典型特性图的燃气涡轮系统建模仿真研究［J］．计算机仿真，2007，(01).
[9] 翁史烈．燃气轮机性能分析[M]. 上海交通大学出版社. 1987.
[10] 朱行健，王雪瑜．燃气轮机工作原理及性能[M]. 科学出版社. 1991.
[11] 舒士甄，朱力，柯玄龄．叶轮机械原理［M］．北京：清华大学出版社，1991
[12] 王仲奇．叶轮机械原理［M］．机械工业出版社，1987
[13] 刘顺隆．船舶涡轮机原理［M］．哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1988.。
