第二章燃气轮机基本原理和计算

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燃气轮机原理2

k k 1
可见，
opt,i
k 1 k
1)
2.等压加热过程（2-3）
在燃烧室中完成
1 2 1 2 q23 V2 h2 w23 V3 h3 2 2
其中：w23=0；V2=V3 工质吸收热量为
q1 q23 h3 h2 C p (T3 T2 ) C pT1 (
k 1 k

k 1 k
)
4.等压放热过程（4-1）
1 2 1 2 q41 V4 h4 w41 V1 h1 2 2
其中：w41=0；V3=V4 工质放出热量为
q2 q41 h4 h1 C p (T4 T1 ) C pT1 (

k 1 k
1)
整个循环中，单位质量工质
整个绝热压缩过程，对单位质量工质所作的机械功为
wc,i wc1,i wc 2,i h2 h1
对单位质量工质所作的机械功为
wc ,i wc1,i wc 2,i h2 h1 C p (T2 T1 ) C pT1 (
Cp—定压比热 k----比热比 ---压比 =p2/p1
其中：q11’=0；w11’=0 进气道中，工质动能减小，静焓增加，对工质作的压缩功为
wc1,i
1 2 1 2 V1 V1' h1' h1 2 2
航空燃气轮机：整个压缩过程分两个阶段完成
2). 在压气机中完成（1’-2）对单位质量工质所作的机械功为
wc 2,i w1' 2 h2 h1'
从高温热源（燃烧室）中吸收能量
q1 q23 h3 h2 C p (T3 T2 ) C pT1 (

燃气轮机原理第二章循环理论2-7

opt
* * 2 ( m T f ) * m * T f 2
A i p
2
(1 A )
B
2 * ( m * T f)
功分配系数的选择
地面静止条件下， Co 0, A 0 假设 p p p * * 当功分配系数为最佳时， C j C jmT f 如果不存在机械损失和流动损失， C j C j 功分配系数的选择往往比最佳值小些，即
混合排气涡扇发动机是其外涵的空气与内涵燃气（涡轮后）相掺合，有利于增加推力（如果混合器内掺混过程完善的话）、降低油耗（排气效率提高），一般用于小涵道比涡扇发动机中；涵道比较大的涡扇发动机，采用混合排气方案不能明显地增加发动机推力（混合器内总压损失大），却增加了发动机的重量，一般采用分开排气方案。实践证明，当外涵空气总压与内涵燃气涡轮后总压相等时，掺混过程造成的总压损失最小。
涡扇发动机的诞生
二战后快速发展的亚音速民航飞机和大型运输机，飞行速度要求达到高亚音速，耗油量要小，因此发动机效率要很高。如果要让涡喷发动机提高推力，则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比，这将会使排气速度增加而损失更多动能，于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大，对于商业民航机来说是个致命弱点。涡轮喷气发动机的效率已经无法满足这种需求，使得上述机种的航程缩短。因此一段时期内出现了较多的使用涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。
涡扇发动机的诞生
上世纪50年代，美国的NACA(即NASA 美国航空航天管理局的前身)对涡扇发动机进行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果转由通用电气公司 (GE) 继续深入发展。 GE 在 1957 年成功推出了 CJ805-23型涡扇发动机。但最早的实用化的涡扇发动机则是普拉特· 惠特尼(Pratt & Whitney)公司的 JT3D 涡扇发动机。实际上普 · 惠公司启动涡扇研制项目要比 GE 晚，他们是在探听到 GE 在研制 CJ805 的机密后，匆忙加紧工作，抢先推出了实用的JT3D。

燃气轮机基本原理及9E燃机性能型号参数

第一讲：燃气轮机基本原理及9E燃机性能型号参数授课内容：第一章：绪论1）：燃气轮机发电装置的组成2）：燃气轮机发展史3）：我国燃气轮机工业慨况4）：GE公司燃气轮机产品系列及其编号第二章：燃气轮机热力学基础知识1）：工质的状态参数2）：理想气体状态方程3）：功和热量第三章：燃气轮机热力循环1）：燃气轮机热力循环的主要技术指标2）：燃气轮机理想简单循环3）：燃气—蒸汽联合循环第四章：9E燃机性能型号参数1）：PG9171E型燃机型号简介2）：PG9171E型燃机性能参数简介第一章绪论第一节燃气轮机发电装置的组成燃气轮机是近几十年迅速发展起来的热能动力机械。

现广泛应用的是按开式循环工作的燃气轮机。

它不断地由外界吸入空气，经过压气机压缩，在燃烧室中通过与燃料混合燃烧加热，产生具有较高压力的高温燃气，再进入透平膨胀作功，并把废气排入大气。

输出的机械功可作为驱动动力之用。

因此，由压气机、燃烧室、透平再加上控制系统及基本的辅助设备，就组成了燃气轮机装置。

如果用以驱动发电机供应电力，就成了燃气轮机发电装置。

(幻灯)第二节燃气轮机发展史燃气轮机是继汽轮机和内燃机问世以后，吸取了二者之长而设计出来的，它是内燃的，避免了汽轮机需要庞大锅炉的缺点;又是回转式的，免去了内燃机中将往复式运动转换成旋转运动而带来的结构复杂，磨损件多，运转不平稳等缺点。

但由于燃气轮机对空气动力学和高温材料的要求超过其他动力机械，因此，发展燃气轮机并使之实用化，人们为之奋斗了很长时间。

如果从1791年英国人约翰·巴贝尔(John Baber)申请登记第一个燃气轮机设计专利算起，经过了半个世纪的奋斗，到1939年，一台用于电站发电的燃气轮机(400OkW)才由瑞士BBC公司制成，正式投运。

同时Heinkel工厂的第一台涡轮喷气式发动机试飞成功，这标志着燃气轮机发展成熟而进入了实用阶段·在此以后，燃气轮机的发展是很迅速的。

由于燃气轮机本身固有的优点和其技术经济性能的不断提高，它的应用很快地扩展到了国民经济的很多部门·首先在石油工业中，由于油田的开发和建设，用电量急剧增加·建造大功率烧煤电站不具备条件(没有煤炭，交通不便，水源紧张，施工困难等)，周期也不能满足要求·而燃气轮机电厂功率不受限制，建造速度抉，对现场条件要求不高，油田有充足的可供燃用的气体和液体燃料·不少油田还利用开发过程中一时难以利用的伴生气作燃气轮机燃料，价格便宜，发电成本低，增加了燃气轮机的竞争力，所以在油田地区，燃气轮机装置被广泛应用，除用于发电外，还在多种生产作业申用燃气轮机带动压缩机(例如天然气管道输送，天然气回注，气田采油等)和泵(例如原油管道输送和注水等)。

第二章燃气轮机基本原理和计算[1]

2020/12/10
第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
2、压气机理想绝热压缩空气过程计算
由
可知，当工质按理想绝热过程压缩
（或膨胀）时，在整个过程的任何一个工况点上，工
质的压力p与其比热容比v的k次方的乘积是彼此相等
的。即
（2-2）
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二）、压机内的压缩过程
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
1、压气机理想绝热压缩空气过程的假设
压气机在压缩空气过程中，必须从外界吸收一定量的压缩功，才能使空气的压力p和温度t升高，比容v 缩小。
假设工质只与外界发生功的交换，而无热量交换。这个与外界没有热量交换的热力过程，是在没有摩擦和扰动等不可逆现象的理想情况下进行的，成为理想绝热过程。
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节燃气轮机循环的过程方程
二）、压气机内的压缩过程
4、实际压缩过程的工程计算
1）、绝热压缩效率
绝热压缩效率，是指工质在理想的绝热压缩过程中
所需吸收的压缩功
，与实际压缩过程中达到同一
个终态压力
时所需加给工质的实际压缩功
的比值。即：
式中，
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第二章燃气轮机基本原理和计算[1]
第一节燃气轮机循环的过程方程
三）、燃烧室中的加热过程
1、燃烧室燃烧过程的理论简化
在没有摩擦等不可逆现象的情况下，可以把燃烧过
程看成是一个等压加热过程，空气与燃料燃烧后将变

第2章燃气轮机循环理论基础

第2章燃气轮机循环理论基础§2.1 燃气轮机循环概述与汽轮机装置的循环相比，燃气轮机装置的循环颇具多样性和复杂性。

下面逐次展开作一个简要的介绍。

2.1.1 燃气轮机的理想循环与实际循环单轴燃气轮机简单循环的示意图与温熵图见图2.1理想循环是指构成燃气轮机循环的四个过程都是可逆的，即：压气机的压缩过程是等熵（绝热无损，熵流与熵产都等于零的）压缩过程，燃烧室的燃烧过程是等压（无流动损失，无散热和燃烧损失的）燃烧过程，透平的膨胀过程是等熵（绝热无损，熵流与熵产都等于零的）膨胀过程，排气的放热过程是等压（无流动损失的）放热过程。

实际循环是指构成燃气轮机循环的四个过程都是不可逆的实际过程，即：压气机的压缩过程是不等熵（绝热有损，熵流等于零而熵产不等于零的）压缩过程，燃烧室的燃烧过程是不等压（燃烧室有流动损失，流体流经燃烧室时滞止压力有所降低的）燃烧过程，透平的膨胀过程是不等熵（不绝热(对透平的高温部件进行冷却所致)有损，熵流与熵产都不等于零的）膨胀过程，排气的放热过程是不等压（排气管道有流动损失,流体流经排气管道时滞止压力有所降低的）放热过程。

对于理想过程各计算点的参数计算，有热力学与流体力学中的公式可以使用。

对于实际过程，常常是使用损失模型对理想过程的计算结果加以修正，来获得实际过程各计算点的参数，进而获得实际循环的计算结果。

损失模型是通过实验和生产实际中总结出的经验数据与公式得到的，这一点在下面的讲课过程中会处处遇到。

而且，在对燃气轮机循环进行定性分析时，使用理想循环的模型会使得分析得以简化。

单轴燃气轮机简单理想循环的s T -图和v p -图参见图2.2。

在图2.2(a)中，不计压气机进气管道的流动损失，大气压和压气机第一级入口的滞止压力相等，即*a p =*1p ，空气在压气机中等熵压缩，压气机出口空气总压为*2p ，滞止温度为*2s T ，之后，空气进入燃烧室与加入燃烧室的燃料进行无燃烧损失和散热损失的定压燃烧，不计燃烧室中的流动损失，则在燃烧室出口，燃气的滞止压力与压气机出口的滞止压力相等，即*3p =*2p ，而滞止温度为*3T ，然后，燃气进入透平等熵膨胀作功，膨胀到大气压，不计透平排气管道的流动损失，则在透平出口，滞止压力*4p =*a p (=*1p )，滞止温度为*4s T ，排入大气的燃气在大气压力下，定压放热，温度最终降到*1T (=*a T )。

燃气轮机原理(精华版)

QD20燃机轮机机组第 1章概述1.1 燃气轮机简介燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，包括压气机、加热工质的设备（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备等。

走马灯是燃气轮机的雏形我国在11 世纪就有走马灯的记载，它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上升热气推动顶部风车及其转轴上的纸人马一起旋转。

15世纪末，意大利人列奥纳多〃达芬奇设计的烟气转动装臵，其原理与走马灯相同。

现代燃气轮机发动机主要由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。

当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。

图1-2为开式简单循环燃气轮机工作原理图。

压气机从外界大气环境吸入空气、并逐级压缩（空气的温度与压力也将逐级升高）；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气；然后再进入透平膨胀做功；最后是工质放热过程，透平排气可直接排到大气、自然放热给外界环境，也可通过各种换热设备放热以回收利用部分余热。

在连续重复完成上述的循环过程的同时，发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。

燃气轮机动力装臵是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力（例如：电能、机械能或热能）所必需的基本设备。

为了保证整个装臵的正常运行，除了主机三大部件外，还应根据不同情况配臵控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。

燃气轮机区别于活塞式内燃机有两大特征：一是发动机部件运动方式，它为高速旋转、且工质气流朝一个方向流动（不必来回吞吐），使它摆脱了往复式动力机械功率受活塞体积与运动速度限制的制约，在同样大小的机器内每单位时间内通过的工质量要大得多，产生的功率也大得多，且结构简单、运动平稳、润滑油耗少；二是主要部件的功能，其工质经历的各热力过程是在不同的部件中进行的，故可方便地把它们加以不同组合处理，来满足各种用途的要求。

燃气轮机区别于汽轮机有三大特征：一是工质，它采用空气而不是水，可不用或少用水；另是多为内燃方式，使它免除庞大的传热与冷凝设备，因而设备简单，启动和加载时间短，电站金属消耗量、厂房占地面积与安装周期都成倍地减少；再是高温加热高温放热，使它有更大的提高系统效率的潜力，但也使它在简单循环时热效率较低，且高温部件需更多的镍、铬、钴等高级合金材料，影响了使用经济性与可靠性。

01燃气轮机热力循环原理

14:33:55
59
14:33:55
60
涡扇发动机
• 涡扇与涡喷发动机工作原理的区别 • 涡扇发动机推进效率高的原因是什么？ • 涡扇发动机的热力循环
14:33:55
61
涡桨发动机
• 涡桨与涡喷、涡扇发动机的主要区别 • 涡桨发动机的热力循环
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62
一．燃气轮机简单循环热力过程二．燃气轮机的复杂循环三．航空燃气轮机循环四．燃机热力循环计算方法
取决于循环增压比，并随着π的增大而增加。
实际简单循环性能分析
14:33:55
30
14:33:55
31
比较图7.7 和图7.2 比较图7.8 和图7.4 比较图7.7 和图7.8
14:33:55
32
压气机和涡轮的效率
对比功的影响，谁更大一些？目前，压气机和涡轮的效率范围
14:33:55
33
燃烧室的损失主要表现在那两个方面，目前的情况怎样？
压气机出口 = 燃烧室进口？透平进口 = 燃烧室出口？
14:33:55
6
电站燃气轮机循环的主要性能指标
1. 压比 2. 温比 3. 比功 4. 单机功率 5. 热效率
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7
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。
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8
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。
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9
3、比功
比功是指相应于进入燃气轮机的每lkg 空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的功。
比功反映燃机哪方面信息？

燃气轮机原理、结构及应用(上、下册)pdf

燃气轮机原理、结构及应用(上、下册)pdf燃气轮机原理、结构及应用（上、下册）PDF一、引言燃气轮机作为一种高效、清洁、低碳的能源转换设备，已经广泛应用于发电、工业驱动、航空航天、交通运输等领域。

本篇文章将详细介绍燃气轮机的原理、结构及应用，帮助读者深入了解这一重要的动力装置。

二、燃气轮机工作原理燃气轮机是一种旋转式热力发动机，它以连续流动的气体为工质，将燃料的化学能转化为机械能。

燃气轮机的主要工作过程包括吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功和排气放热。

在这个过程中，气体依次经过压气机、燃烧室和透平，完成由热变功的热力循环。

1.吸气压缩：燃气轮机的压气机从外界大气环境中吸入空气，并逐级压缩空气。

随着压缩过程的进行，空气的温度和压力逐渐升高。

2.燃烧加热：压缩空气被送到燃烧室，与喷入的燃料混合燃烧，产生高温高压的燃气。

3.膨胀做功：高温高压的燃气进入透平，推动透平叶片旋转。

透平叶片经过设计，使燃气在通过时产生旋转动力，将燃气的压力能转化为机械能。

4.排气放热：经过透平膨胀做功后的燃气，温度和压力降低。

透平排气可以直接排放到大气中，自然放热给环境，也可以通过换热设备回收部分余热。

三、燃气轮机结构燃气轮机的主要结构包括压气机、燃烧室和透平。

1.压气机：压气机是燃气轮机的关键部件之一，负责吸入空气并压缩。

它由多个级数组成，随着级数的增加，空气的压力和温度逐渐升高。

2.燃烧室：燃烧室是燃气轮机中燃料与空气混合燃烧的场所。

燃烧室的设计需要确保高效、安全、稳定的燃烧过程。

3.透平：透平是燃气轮机中将燃气的压力能转化为机械能的关键部件。

透平叶片经过精密设计，使燃气在通过时产生旋转动力，驱动燃气轮机旋转。

四、燃气轮机应用燃气轮机在多个领域具有广泛的应用，包括：1.发电：燃气轮机发电机组具有启动快、调峰能力强、效率高等优点，适用于电力系统的调峰和应急电源。

2.工业驱动：燃气轮机可用于驱动压缩机、泵等工业设备，提高工业生产效率。

燃气轮机原理第二章循环理论2-6&2-7

ηe=
ηt
ηc=
w ηc增加1% +0.94% ηe增加1% +1.95% τ增加1% +1.95%
ηt +0.94% +1.95% +0.69%
π
实际简单燃气轮机循环的耗油率与热力参数（π,τ,ηc,ηe）的变化关系
对地面用燃气轮机
3600 sfc = ηt H u
Hu一定时，sfc随热力参数变化关系与ηt 是一致的。例如，τ增加，ηt增加，sfc下降。航空燃气轮机呢？
涡扇发动机的性能参数
涵道比
通过外涵风扇的空气流量与通过内涵燃气发生器的空气流量之比。 qma ,∏ B= qma ,Ι 内涵燃气发生器称为核心发动机。核心发动机的压气机应该包括风扇的内涵部分，这样才能正确表达核心发动机的循环增压比和循环参数。
高、低涵道比的涡扇发动机
涡扇发动机的性能参数
功分配系数
内涵燃气发生器的可用功一部分传给外涵风扇，余下的部分用来增加内涵燃气的动能。传给外涵的可用功与全部可用功之比称为涡扇发动机的功分配系数。
1. 实际简单燃气轮机循环
用绝热压缩效率ηc 表示压缩过程的流动损失用绝热膨胀效率ηe 表示膨胀过程的流动损失
实际简单循环1-2-3-4 理想简单循环1-2’-3-4’
绝热压缩效率
T 2' − T 1 = ( π c ) − 1 ηc = n −1 − T1 T2 n −1
k −1 k
(π c)
涡扇发动机的诞生
上世纪50年代，美国的NACA(即NASA 美国航空航天管理局的前身)对涡扇发动机进行了非常重要的科研工作。1955到1956年研究成果转由通用电气公司(GE)继续深入发展。GE在1957年成功推出了CJ805-23型涡扇发动机。但最早的实用化的涡扇发动机则是普拉特·惠特尼(Pratt & Whitney) 公司的JT3D涡扇发动机。实际上普·惠公司启动涡扇研制项目要比GE晚，他们是在探听到GE在研制CJ805的机密后，匆忙加紧工作，抢先推出了实用的JT3D。

02第二章燃气轮机基本原理和计算

提高燃气轮机效率，改进燃气
轮机的性能，主要要从燃气轮
机的燃气温度和压气机的压比
作手。
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编辑ppt
燃气轮机效率曲线
13
第一节燃气轮机循环的过程方程一）、燃气轮机的循环过程
3、燃气轮机的效率与比功关系
1）、燃气温度越高，燃气轮机的比功就越大，每千克空气产生的功就越多，一定功率的机组体积就会越小。
气流在此处的实际状况的状态参数符号：
温度：T1(t1) 比容：v 1 压强：p1 燃气轮机结构示意图
气流在此处的状态参数平均值：
温度：T * (t* ) 比容：v * 压强：p *
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5
附加知识点：
燃气轮机四个截面的气体状态参数符号
2、）2截面（压气机出口截面，燃烧室进口截面）
气流在此处的理想状况的状态参数符号：
温度：T2s (t2s ) 比容：v 2 s 压强：p 2 s 气流在此处的实际状况的
状态参数符号：温度：T2 (t2 ) 比容：v 2 压强：p 2 燃气轮机结构示意图
气流在此处的状态参数平均值：
温度：T2*02(0t/*11)/1比容：v * 压强：p * 编辑ppt
状态参数符号：
温度：T4 (t4 ) 比容：v 4 压强：p 4 燃气轮机结构示意图
气流在此处的状态参数平均值：
温度：T2*02(0t/*11)/1比容：v * 压强：p * 编辑ppt
8
第一节燃气轮机循环的过程方程
一）、燃气轮机的循环过程
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第一节燃气轮机循环的过程方程一）、燃气轮机的循环过程

燃气轮机原理精讲

理想简单燃气轮机循环此种循环的极限是什么？此种循环的热效率
几种典型的热力循环比较
2
3 2’
3’ 2’’ 3’’’
3’’
T
v
2’’’
1
1’’’ 4
p
4’’’
S
卡诺循环；1-2等熵加热；2-3 等温膨胀；3-4等熵放热；4-3等温压缩
Ericsson Cycle 斯特林循环布雷顿（Brayton cycle)
2-1 燃气轮机循环主要性能指标
1.比功 w：描述燃气轮机循环作功性能的好坏的指标。单位质量工质下所做的功。
w dW dm
为什么不用功率作为描述循环性能的指标？
2. 热效率ηt和耗油率sfc (specific fuel consumption)
t
w fH u
耗油率：
sfc3000qf 3600f
• 1930 Frank Whittle 1930年申请了第一个用于喷气推进的燃气轮机专利 1941年第一台安装在飞机上的燃气轮机诞生（速度＝370MPH， 1000磅推力）
• 1939－Hans von Ohain and Max Hahn 第一架喷气式飞机（HE-178）1100磅推力，
400MPH速度；采用离心压气机，后改用轴流压气机
T3 T
T5 T4
T2 T6
T1
S
80
5
60
40
3
cp(T3 T4)cp(T2 T1)
cp(T3T5)
With ideal heat-exchange
T5 T4
1 (k1)/k
Specific work output is unchanged by the addition of a heat-exchanger

燃气轮机-理论循环

k

k 1 k
2
压比越高，T4 越低，废气带走的热量与越多，对效率有利。 k 1 循环热效率： 1 k k 1 2 但，压比提高过多时，比功下降太多，致使效率也下降。 q 2,ab q 2, 41 k ' ' t ,i 1 1 wi k 1 q1, 2'3 k 1
t ,i
2、压缩过程一次中间冷却的理想燃气轮机循环：
1 pa / p1
2 / 1
T2' Tb 2
k 1 ' k
T1 ' 2
k 1 k
设循环总增压比仍为π
2‘-3等压加热过程中吸收的热量：
q1, 2'3 C p (T3 T2' ) C p (T3 T1

k 1 k
1)
整个循环过程中单位质量工质从高温热源(燃烧室)中吸收热量,即燃烧过程加热量:
q1 q 23 C p (T3 T2) C p T1 (
向低温热源放热量:
k 1 k )
q 2 q 41 C p (T4 T1 ) C p T1 (

与前面的公式完全相同
理想简单燃气轮机循环的热效率：
比功达最大的π称为最佳增压比（最有利增压比）：
t ,i
wi q 1 2 1 q1 q1
t ,i
1

k 1 k
比功与温比压比关系图
opt ,i
增压比增加使膨胀功等于压缩功时，π称为最大增压比：
wi 0
dwi 0 d
w wT wc
的小。∴ 力争提高比功。

燃气轮机原理第二章循环理论2-3&2-4&2-5

3).等压放热过程（4-1）放出的热量
q2, 41 = Cp(T4 − T1 ) = Cp( T3
k −1 k

π
− T1 ) = CpT1 (
τ π
k −1 k
− 1)
等温压缩理想燃气轮机循环的比功为
wi ' = q1, 2 ' 3 − q2,12 ' − q2, 41 ⎡ ⎤ 1 k −1 ln π ⎥ = CpT1 ⎢τ (1 − k −1 ) − k ⎢ ⎥ π k ⎣ ⎦
k −1 k
τ一定的条件下，π越小，ηt,R,i越高。原因是： π越小，压气机出口温度也越低，在回热器中排气余热就利用得越充分。然而，很低的π对循环来讲是没有意义的。 π增加，ηt,R,i下降。当π增加到使T2=T4时，排气余热无法利用，理想回热循环退化为理想简单循环。此时的压比定义为临界增压比πcr。
根据达到临界增压比πcr的条件： T2 = T4，则有：
T 1 ( π cr )
k −1 k
=
T3
( π cr )
k −1 k
π cr = τ
k 2 ( k −1 )
此时，理想回热循环的热效率为：η t ,R ,i = 1 −
1
( π cr )
k −1 k
理想回热循环蜕化为理想简单燃气轮机循环。
虚线代表简单理想燃气轮机循环的比功
1
π
将π1=π1/2代入比功表达式，可求出τ 值一定时比功达最大值的总的最佳增压比πWmax,opt
对热效率进行类似分析，存在一个使热效率达到最大值的总的最佳增压比πηmax,opt，且存在
πηmax,opt > πWmax,opt

燃气轮机教学课件2-理想简单循环

4、有用功系数
——燃气轮机循环比功与透平比功的比值，即
wn 1- wC
wT
wT
——该系数说明，透平发出的功有多少带动外界负荷。 ——大时，（1）同功率的机组中，循环比功较大，装置可造得小些；（2）wC/wT比例小，则压气机对机组性能的影响小。
——愈大，装置性能愈好。
在燃气轮机循环中，一般用比功、热效率和有用功系数这三个指标来分析比较。
m
m k 1 k
理想简单循环
q (i2* i1*) ws
③3-4 透平中进行可逆绝热膨胀过程
膨胀功wTs 一工质在透平中膨胀做功
(i4*s i3*s ) wTs 0
wTs i3*s i4*s cp (T3*s T4*s ) kJ/kg
q3-4= 0
wTs
cpT1* (1 π -m )
—说明工质被加热的程度。
用滞止温度表示：
T3*
T1*
决定循环性质的最重要参数
温比愈高，性能愈好，
但对耐高温材料或冷却技术的要求越高。
注意：
压比和温比，按定义应写为*和*。由于本书中仅这一种定义，为书写简便，
可略去右上角*号，写作和。
开式、等压、单轴燃气轮机简单循环的热力系统示意图
T3*
第2章燃气轮机热力循环
等压加热、开式循环燃气轮机简单循环燃气轮机热力循环计算燃气轮机复杂循环
2-1 燃气轮机循环的主要指标
性能指标
——衡量一台动力装置好坏的标准。 ——有很多，如经济性、动力性、可靠性、变工况特
性以及排放性能等，需用不同的方法来分析。
从热力循环的角度讨论：
反映动力性的性能指标比功；反映热经济性的性能指标热效率。

燃气轮机介绍

，
环管形燃烧室燃气轮机
❖ 燃气涡轮机发动机有多种结构形式，有环形燃烧室燃气轮机、环管形燃烧室燃气轮机、分管形燃烧室燃气轮机等。
❖ 此处主要介绍环管形燃烧室、环管形燃烧室燃气轮机。
❖ 主要，由轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮组成。
环管形燃烧室燃气轮机
，
燃气轮机转子
❖ 燃气轮机的压气机转子与涡轮转子共用同一根转轴，一同组成燃气轮机转子，涡轮在向外部提供动力的同时也带动压气机一同旋转。
压气机转子
，
2.1轴流式压气机
❖ 空气经过动叶后运动方向不单是轴向前进，还沿着动叶旋转的方向运动，这会使下级动叶的压缩效率大大降低。为此，在每级动叶后插入一级静止的叶片（静叶），可改善这种状况。 ❖ 运动的动叶与静叶的相对位置与气流走向（仅演示两级动叶一级静叶）。蓝色叶片是静叶，绿色叶片是动叶，橙红色箭头表示空气气流的走向。转子旋转时，空气从轴向进入，经过一级动叶后空气运动角度转向右下方,这个角度的空气如果直接进入下级动叶,压缩效果会很差。但通过静叶整，流后，空气运动方向转回轴向，再进入二级动叶压缩，效果可大大改善。 ❖ 转子安装在压气机的气缸（外壳）内，静叶机匣固定在气缸内壁。
，
3、燃气轮机的特点
❖ 优点：结构紧凑、质量轻、体积小、占地面积小，单位功率质量较低；相对于汽轮机，省去了庞大的锅炉系统。启动快、从冷态启动至满负荷，通常只用几分钟至半小时。耗水少或者不用水。
，
❖ 缺点： ❖ 部分负荷时效率低，油耗高。
燃气—蒸汽联合循环发电
，
燃气—蒸汽联合循环发电
1、燃气轮机基本原理
❖ 电站燃气轮机循环主要性能指标：
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。温比：循环最高温度t3*（燃气初温：第一级喷嘴后缘平面处的燃气的平均滞止温度）与最低温度t1*之比值。比功：是指相应于进入燃气轮机的每lkg空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的功。单机功，率：燃气轮发电机组的输出电功率PGTG，为主要的性能指标。热效率：当工质完成一循环时，把外界加给工质的热量转化成为机械功或电功的百分数。

燃气轮机原理结构及运行维护

60.75
NOx排放（mg/Nm3）
开启时间（点火到FSNL ）
带负荷时间
25ppm 10-15min30-50（ 25ppm）
从230MW到460MW仅热态开启满负
需11.5min
荷不不小于
6min
原则25分到375MW 迅速 10分钟到
25
2.1 整体构造-总体构造
压气机
燃烧室
透平
26
2.1 整体构造-构造对比
为了使机组旳热效率和比功到达最大值，还必须合理选择最佳压比。
提升燃气轮机机组热效率旳措施还有采用回热循环和燃气-蒸汽联合循环旳方案。
提升燃气轮机机组比功旳种措施还有采用间冷循环和再热循环。
13
1.1 基本原理-影响原因
环境温度旳影响
14
1.2 叶轮机械原理-引言
15
1.2 叶轮机械原理-对比简介
rpm 约2023
rpm
3330
t
440
t
93
m 17.3×5.8×5.8
级
17
轴流式
水平
18
拉杆轮盘
1
S109FB
~420 ~2400 3300 309.642
84 10.5×5×5
18 轴流式
水平 18.3 拉杆轮盘
1
SGT5-4000F(4)
396 1560 3240 312 130 10.8x5.2x4.9
绝热膨胀过程3→4s ：面积34sp1*p2*3就是透平膨胀做功
lts
cp (T3*
T4*)
c
pT3*
(1
1
m
)
等压放热过程 4s → 1：面积4s1s1s34s则是燃气排气耗能 q2 cp (T4* T1*)