燃气轮机-热力循环.ppt

第一章燃气轮机及其热力循环 1 1概述燃气轮机简介 特点及应用 1 2燃气轮机热力性能指标 热力参数 压比 温比 性能参数 比功和功率 热效率 耗油率和热耗率等 1 3燃气轮机的简单循环1 4燃气轮机热力循环计算 自学为主 1 5提高燃气轮机热力性能的途径 1 3燃气轮机的简单循环 在工质流动的主要流程中 只有压气机 燃烧室和涡轮三大件组成 简单循环一 稳定流动能量方程式在燃气轮机中的应用任何热机必须依靠工质经过一系列热力过程完成一个循环 才能连续不断地对外做功 在燃气轮机中 工质要完成压缩 加热 膨胀以及放热等热力过程 必需连续不断地流进和流出设备 进行热力学分析时 视稳定工作时工质的流动为稳定流动 各能量间相互转化关系服从稳定流动能量方程式 复习内容 1 什么是稳定流动 其条件是什么 所谓稳定流动 就是热力系统在任何截面上 工质的一切参数都不随时间而变 稳定流动的条件 1 进出口工质的热力状态不随时间而变 2 进出口工质的流量相等且不随时间而变 3 系统与外界交换的一切能量不随时间而变 2 什么是滞止现象 滞止参数 滞止现象 当流动工质受到阻碍而使工质流速降为零时所发生的现象 滞止参数 通过可逆绝热压缩过程使工质流速降为零时所得到的参数 滞止焓或总焓i 滞止温度或总温T 滞止压力或总压p 静参数 滞止参数 稳定流动能量方程式 忽略燃气轮机进出口的位能差引入滞止焓对于燃气轮机中的各热力过程都是适用的 工质吸收的热量 焓差 动能差 位能差 理论轴功 稳定流动所有工质 简单循环 理想简单循环实际简单循环 讨论影响循环动力性和经济性的因素 利用热力学中的p v图和T s图研究循环 二 理想简单循环假设条件 工质为理想气体 热力过程均是可逆的 无能量损耗 工质的比热容和流量不变 组成 2个可逆绝热过程2个可逆定压过程1 2s等熵压缩2s 3s等压加热3s 4s等熵膨胀4s 1等压放热 1 分析热力过程 1 2s压气机中的可逆绝热压缩过程压气机消耗的功用来压缩气体 称为压缩功Lcs q1 2s 0 理想气体定比热 2s 3s燃烧室中的等压加热过程与外界没有功的交换L2s 3s 0 q1 从外界吸收的热量为q1 3s 4s涡轮中进行可逆绝热膨胀过程q3s 4s 0工质在涡轮中膨胀做功 称为膨胀功LTs 4s 1大气中的等压放热过程与外界没有功的交换L4s 1 0 向外界放出的热量为q2 q1 q2 讨论循环的比功和热效率 2 理想简单循环的比功Ls循环比功Ls LTs LCs q1 q2 qs讨论影响循环比功的因素 cpT1 1 m m 1 f 影响理想简单循环循环比功Ls的重要因素 压比 和温比 影响规律 L1 L4 1 2 3 4 教材 1 24 式中间有误 改正 3 理想简单循环的热效率 s循环热效率 s Ls q1 qs q1 1 q2 q1 1 m f q1 q2 4 理想简单循环的有用功系数 1 m f 三 实际简单循环 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 具有相同的压比 C 和初始温度T1 涡轮前燃气初温相同 T3 T3s 环境参数均为p0 T0 即p1 p0 T1 T0 压缩 膨胀 燃烧加热 放热 1 实际与理想简单循环的区别 分析热力过程 1 进气过程1 1 进气道 空滤器 流动阻力压力降低但总温不变 2 压缩过程1 2绝热但存在能损 熵增加 空气绝热指数 相同压比下 理想压缩过程与实际压缩过程所耗功的比值 即为 3 燃烧过程2 3存在摩擦和热阻力 总压有所降低燃烧不完全 燃烧效率 B 1 0 0 90 1 0 实际吸热量降低q1 q1s B 4 膨胀过程3 4绝热但存在能损 熵增加膨胀终了的压力大于环境压力 即 燃气绝热指数 绝热膨胀效率 相同的膨胀比下 实际膨胀过程与理想膨胀过程所作功的比值 涡轮的实际膨胀比 T 5 排气过程4 1 6 工质流量变化 燃烧 1 实际与理想简单循环的区别综合分析结果 由于各种不可逆因素的存在 机组性能变差 1 压气机耗功LC增大 涡轮膨胀功LT减少 从而使机组比功Li降低 即 LC LCs C LT LTs T Li LT LC Ls 动力性能变差 2 工质吸热量q1减少 放热量q2增大 从而使机组热效率 i降低 即 q1 q1s B q2 cp T4 T1 i 1 Li q1 1 q2 q1 经济性能恶化 2 实际简单循环的比功Li实际简单循环存在各种能损 偏离了理想循环 可用两种方法表示这两种能损 一 相当于加热的多变过程用多变指数n的大小衡量过程的不可逆程度 只要确定n值 则LT和LC容易求得 二 引入比较直观的参数压气机绝热压缩效率 C 涡轮绝热膨胀效率 T 实际采用较多 较少采用 燃气轮机比功Li Li LT LC 工质热力性质 3 实际简单循环的热效率 i 教材有误改正 T1 消去了 简化处理 不考虑压力损失 物性变化 四 影响实际简单循环性能的主要因素温比 压比 部件效率 C T B 压力损失 下面定性分析各种因素对循环性能的影响 1 温比 压比 由简化后的公式可知 当压比 1时 比功Li 0 内效率 i 0 当压比 提高时 比功Li和内效率 i都增大 但当压比提高到所谓极限压比时 压气机耗功等于涡轮膨胀功 比功Li 0 内效率 i 0 此时 最佳压比及求解 两种极端情况之间 必存在使比功达到极大值的最佳压比 Limax和使热效率达到极大值的最佳压比 imax 实线按计算公式计算绘制 表示比功 内效率随循环主要热力参数变化的变化规律 虚线按最佳压比绘制 表示最佳压比随温比的变化规律 温比 和压比 的影响规律 发动机压比的选择原则 发动机的重量尺寸是主要矛盾 例如军用机组 应把压比选在 Limax附近 使比功最大 降低空气耗量以及有关机组的重量尺寸 发动机的经济性是主要矛盾 例如民用发电机组 应把压比选在 imax附近 使机组热效率最大 把耗油率降低到最低限度 一般 有时可能把压比取在 Limax与 imax之间 使经济性和重量尺寸都得到一定照顾 在提高燃气温度的同时 必须提高压比 2 部件效率 C T B