燃气轮机简单循环Pp

第一章 燃气轮机热力循环 1-1 理想简单热力循环
简单燃气轮机理想循环（布雷顿（ Brayton ））
1、绝热压缩 1-2 2、定压吸热 2-3 3、绝热膨胀 3-4 4、定压放热 4-1
T
2 1
P2 3
4 P1
s
1-2 燃气轮机循环的主要指标 一、性能指标 1、装置比功 wn
定义：单位质量工质 所作的功，即单位流量工质所发 的功率。
对于理想简单燃气轮机循环， 效率最佳压比 要远大于 比功最佳压比
? ? ? ? ? max
w? max
1-4 改善简单燃气轮机循环性能的措施及循环分析
目的 : 提高效率 增大比功 同时提高效率和比功
1、 回热循环 利用燃气轮机排气加热压气机出口空气，提高效率
回热循环燃气轮机系统简图
回热循环燃气轮机T-S图
?
Leabharlann Baidu
?
T
* 3
T 1*
无因次量， 决定燃机循环性能的 主要参数 之一， 温比的提高主要依靠 耐热材料 的发展
1-3 等压燃气轮机理想简单循环
一、基本热力过程分析
热力学第一定律解析式： q= ? h+w t
P2 3
T
假设工质为理想气体，四个过程均
为可逆过程， cp和流量保持不变。假 定空气比热与燃气比热近似相等。
?
C（P T2*
? T1*）?
[? C T * （K ?1）/ K P1
? 1]
不同压缩过程耗功比较
图 一级间冷压缩燃气轮机循环T-S图
? WC ? W12m ? W1m2 ? cP (T2m ? T1) ? cp (T2 ? T1m )
Wn ? Wt ? WC ? cp (T3 ? T4) ? [ cp (T2m ? T1) ? cp (T2 ? T1m )]
q=h 3-h2=CP(T3-T2) ? =W n /q
最佳压比分配：
总压比一定时，两级压缩， 每级压比如何 分配可使比功最大
?1 ? ?2 ? ?
图 理想间冷循环比功和效率随压比变化关系 蓝色代表间冷循环 红色代表简单循环
对于理想间冷燃气轮机循环 效率最佳压比 要大于比功最佳压比
? ? ? ? ? max
wn ? cpT1[? (1?
1
k ?1
)
?
(?
k?1 k
? 1)]
?k
若令m=(k-1)/k ，
则：
wn
?
cpT1[? (1?
1
? m)?
(?
m
? 1)]
（1）
? 图 比功随燃气轮机压比变化关系
2、循环效率计算
?
?
wn qb
?
cp (T3 ? T4 ) ? cp (T2 ? T1) ? 1? T4 ? T1
cp (T3 ? T2 )
T3 ? T2
?
1?
1 ?m
（1）效率只与压比有关，压比越大，效率越高。
压比增大，达到同一 T3 吸热量减少，而 T4也因膨胀 比增大而降低，热量损失减小
（2）当? >12 后，增幅减小。
（3）等压燃气轮机简单循环效率在 理论上只与压比有 关，与温比无关 。这与实际不符。
? 图 效率随燃气轮机压比变化关系
性能计算：
1、比功计算
w n=w t-w c =CP(T3-T4)-CP(T2-T1)
理想循环时，与 不采用回热时功率相同
2、效率计算
?R
?
Wn cp (T3 ? T2a )
?
T3
? T4 T3
? T2 ? T4
? T1
? 1?
?
(K?1) / K
?
讨论：
（1）理想回热循环效率 与温比和压比 都有关系， 温比 越大，效率越高
对燃气轮机，装置比功是流过燃气轮机的 单位质量空 气所作的有用净功 。
w n? wT-w c
kJ/kg
比功越大，装置可以做得越小。
2 装置效率 ? ： 装置输出的有用功与输入的燃料热值之比。
? ? wn
fH u
其中： Hu 为每千克燃料的低位热值，kJ/kg ； f 为燃空比，即燃料流量与空气流量的比值。
（2）当 ? =1，? R=1-1/?=1-T1/T3 达卡诺循环效率，效 率最高。 但无实际意义，压气机和透平均不工作， 此时w=0
(3)随着? 增加，效率将下降。 T4变小， 回热潜力 越来 越小，当 T4=T2时，将不能再回热。此时对应压比 为临界压比，即 ? =?k/2(k-1) 时， ? R=1-1/ ? （k-1)/k ， 此时效率等于无回热时效率 。
二、性能指标计算
1、比功计算
w n=w t -w c =CP(T3-T4)-CP(T2-T1) 利用可逆绝热时参数关系：
p 1 v1k
?
p
2
v
k 2
T1v1? ?1 ? T2v2? ?1
T1
p ?? ?1 1?
?
T2
p ?? ?1 2?
k?1
T2 T1
?
????
p2 p1
????
k
(***)
可以推出：
2
4
P1
1
s
四个过程能量分析：
1-2压气机绝热等熵压缩 q=0 WC=h2-h1=CP(T2-T1)
2-3燃烧室中等压加热 W2-3=0 qb=h3-h2=CP(T3-T2)
3-4透平中绝热等熵膨胀 q=0 Wt=h3-h4=CP(T3-T4)
4-1大气中等压放热 W4-1=0 q4-1=h4-h1=CP(T4-T1)
w? max
3、理想再热循环 燃气膨胀一部分功后再到燃烧室吸热升温再膨胀
一般设高压透平、低压透平
fuel combustor
fuel
combustor
Compressor
HT
LT
Air
再热循环燃气轮机简图
再热循环燃气轮机 T-S图
比功和效率计算： 两级膨胀，假定膨胀比为
?1 ?2
Wn ? Wt ? WC ? cp (T5 ? T6 ) ? cp (T3 ? T4 ) ? cp (T2 ? T1)
对于理想回热燃气轮机循环， 效率最佳压比 要远小于 比功最佳压比
? ? ? ? ? max
w? max
2 间冷循环
为了降低压气机耗功，采用多级压缩带中间冷却措施，使压缩 尽可能接近等温压缩。
fuel combustor
LC
HC
Turbine
Air exhausted gas
燃气轮机间冷循环简图
WC
最重要的性能评价指标之一，多年来燃气轮机的发 展瞄准了如何提高效率来进行。
2 压比? 定义：压气机压缩过程前后的滞止压力之比。
?
?
P2* P1*
无因次量，压比大小表明压缩的程度，表明压气 机性能的优劣。
压气机将不断向大压比，大流量、高效率方向发展， 依赖于气动热力学及流体力学 的发展。
二、热力参数 1、温比 ? 定义：循环最高滞止温度 T3*与最低滞止温度 T1*之比。