燃气轮机原理精讲

1、燃气轮机的原理和性能， 第1章简介1-1燃气轮机简介1-2燃气轮机的发展1-3燃气轮机的应用1-4燃气轮机的未来1-5燃气轮机的分类1-6燃气轮机涉及的主要课题1-7燃气轮机的设计过程第2-1章燃气轮机循环理论2-1主要性能指标2-2理想燃气轮机循环2-3实际燃气轮机循环2 -4复合燃气轮机循环第3章燃气轮机的热力计算3-1热力计算的目的3-2燃烧燃烧室计算方法3-3热力计算步骤3-4热力计算实例第4章相似理论4-1相似准则4-2相似参数和转换参数，课程内容，第5章燃气轮机部件特性5-1轴流压缩机特性5-2涡轮特性5-3燃烧室特性5-4径向压缩机， 第六章燃气轮机非设计性能的计算6-1燃气轮机

2、部件特性的处理6-2燃气轮机部件之间的匹配6-3非设计性能的计算方法第七章燃气轮机过渡条件7-1燃气轮机起动过程7-2燃气轮机加速过程7-3燃气轮机减速过程7-4燃气轮机加速和减速过程参数控制第八章燃气轮机性能模拟8-1模拟方法8-2计算示例，教学参考书，1。 燃气轮机设备沈机械工业出版社2。燃气轮机原理与性能上海交通大学出版社。燃气轮机工作原理和性能朱兴建王于雪科学出版社4。燃气轮机循环理论。燃气轮机理论。罗杰斯，萨拉瓦纳穆图，参考书目，第一章引言，1.1燃气轮机的组成和工作原理，简单的燃气轮机系统，c-压缩机t-涡轮b-燃烧室，1-2燃气轮机的发展，公元前150年，埃及哲学家英雄发明了一个

3、玩具风神1629乔瓦尼布兰卡用蒸汽驱动涡轮旋转磨1687艾萨克牛顿蒸汽卡车。1791年，约翰巴伯首次申请了1872年的设计专利斯托尔兹博士(1836-1910)，他利用现代燃气轮机的热力学原理，设计了第一个真正的燃气轮机，它有一个多级涡轮和一个单级压缩机，但不能靠自己的动力旋转。1914年，查尔斯柯蒂斯是第一个在1884年申请燃气轮机专利的人(1864-1949年)；11马力，六级离心压缩机，可变叶片扩散器，级间喷水；带再生器；蒸汽和燃气混合进入喷嘴；第一级向心涡轮；再生涡轮机；T3=500C。44马力；有4个轴的想法；1930年，弗兰克惠特尔在1930年申请了喷气推进的第一个燃气轮机专利。1

4、941年，第一个安装在飞机上的燃气轮机诞生了(速度=370英里/小时，1000磅推力)。1939年的今天，汉斯冯奥海因和马克斯哈恩的第一架喷气式飞机(何-178)具有1100磅的推力和400英里的时速。采用离心式压缩机，然后采用轴流式压缩机。发电设备功率：50兆瓦，效率：40%功率/重量，功率/体积最高功率形式-燃气轮机，发电设备功率：50，000千瓦，效率：40%功率/重量，功率/体积最高功率形式-燃气轮机，占地面积小；高效和环保；21世纪最具竞争力的发电模式；占据小面积；高效和环保；21世纪最具竞争力的发电模式；海军舰船、机车车辆、1998年英国开发的4000马力机车、1998年英国开发的

5、4000马力机车、1999年1月至2000年6月世界燃气轮机装机容量、燃气轮机的未来燃气轮机热交换技术(热交换器)、涡轮进口温度的提高、简单循环：单轴、分轴、双轴和多轴燃气轮机发电；当发生甩负荷时，压缩机固有的转动惯量有利于防止失控；增加热交换器可以提高整机的热效率，但会损失10%的功率。分裂轴：启动器只能满足气体发生器；甩负荷时会造成汽轮机失控，因此控制系统应得到保证。多轴：如果在没有热交换器的情况下获得高热效率，就必须有高压缩比。虽然多级离心压缩机具有较高的压比，但其效率低于轴流式压缩机，因此通常采用轴流式压缩机。然而，当压缩机低速运行时，由于压缩机末级出口面积减小、空气密度减小和气体轴向

6、速度增大，叶片将被堵塞。当燃气轮机启动或处于低负荷时，会出现这种不稳定区域。因此，仅在一台压缩机上很难获得高于8的压力比。然而，只要将一组分成两组或更多组，上述困难就可以克服。在一些特殊的发动机上，由于流量小，通常使用离心式发动机。然而，由于流量小，轴流叶片过短，难以保证其效率。开式循环：1-4级燃气轮机，多轴燃气轮机转子，双轴燃气轮机的初始压力比为10: 1，但适合于30: 1的比例。多轴的另一种形式：如果几级导向叶片是可调的，一台压缩机可以在高压比下使用。通用电气在一台压缩机上实现了15: 1。在给定的压力比下，压缩功仅与进气温度有关。-用于冷却的进气。在许多情况下，设备的尺寸和重量比热效

7、率更重要。优点：整个循环可采用高压力比-高气体密度，在给定输出功率下可减小单位体积；产生的能量只能随着闭合回路中的压力而变化。这种控制意味着最高循环温度在整个负载范围内不会改变，因此整体效率几乎没有变化。缺点：需要外部加热系统；这样，加热器表面温度设定了主循环最高温度的上限。复杂循环：封闭循环：轻型结构15KG/PS轻型结构：飞机和航空改装的船用燃气轮机，工业用轻型(重载轻型)重型结构：工业用燃气轮机金属耐热极限-1100；涡轮进口温度：1460，气冷叶片；冷却技术耐高温材料(单晶铸造、定向凝固等技术)寿命：工业光20，000-100，000小时；燃气轮机安装的优点：1。安装轻便小巧；投资仅为

8、蒸汽动力装置的20-80%以下；重量和所占空间仅为汽轮机或内燃机的几分之一或百分之几；技术周期短；现代燃气轮机的结构特点，燃气轮机示意图：单位功率重量：2，燃料适应性强，污染少-最理想的清洁能源转换装置3，节约工厂水，电和润滑油；4.启动快，自动化程度高；5.快速维护、可靠运行、流体力学(空气动力学)、热力学和热传递中材料和强度的自动控制、燃气轮机涉及的1-5个主要学科、市场研究、技术规格、用户要求、循环模式选择研究、设计点确定、空气动力学模型修改、功率改进和修改、部件测试、设计修改、压缩机、涡轮机、进气和排气的空气动力学设计等。强度设计，工艺设计和制造，测试和研究，产品，非设计性能，强度修改

9、，控制系统设计，售后服务。深入了解高温耐腐蚀材料的科学燃烧现象；天然气或其他燃料燃烧中污染物形成和减少的基本理论；从1992年到2003年，在大学设立了74个项目，投资约35，485，299美元。思考问题，1-1为什么燃气轮机在未来发电设备中具有竞争力？1-2燃气轮机发展的关键技术是什么？1-3为什么你说燃气轮机的未来发展不能与热交换器的发展分开？1-4先进燃气轮机的象征性参数是什么？为什么？第二章，燃气轮机循环理论，决定了燃气轮机的未来。装置的热效率装置的尺寸和重量对燃料的适应性影响燃气轮机的性能。1904年，两名法国工程师阿门高德和勒梅尔建造了一个燃气轮机，部件效率为60%，初始温度为74

10、万k(只够自己运行)整个机器的效率也与压力比有关；燃气轮机的发展与空气动力学的发展有关：压力比35，部件效率85-90，初始温度1650K(86年的目标)，2-1燃气轮机循环的主要性能指标，1。具体工作W:描述燃气轮机循环性能的指标。每单位质量工作介质所做的功。为什么不用功率作为描述循环性能的指标呢？2.热效率t和燃料消耗率sfc(燃料消耗率)燃料消耗率：2-2理想燃气轮机循环的分析，假设压缩和膨胀过程是可逆的，绝热的，即等熵的。忽略部件进出口处工作介质的动能变化；进气管路、燃烧室、热交换器、中冷器、排气管和连接部件不考虑压力损失；工质整体成分相同，是一种具有恒定比热的理想气体；气体质量流量在

11、整个循环中是恒定的；在热交换器中充分交换热量；理想的简单燃气轮机循环的极限是什么？该循环的热效率为、1、2、3、1”、t、s、v、p、2、2”、3、2”、3、3”、4”、1-2等熵加热。2-3等温膨胀；3-4等熵放热；4-3等温压缩埃里克森循环斯特林循环布雷顿循环比较几种典型的热力学循环，四个循环表明布雷顿循环的改进方向更接近埃里克森循环，循环效率是利用等熵p-T关系，而压力比则表明效率只取决于压力比和气体的性质。具体工作输出w，此时输出工作最大。理想燃气轮机循环的最大效率随着压力比的增加而增加。复合循环-再生循环，T2，t1，T3，T4，T6，t5，具有理想的热交换，通过添加热交换器，比功输

12、出不变，2-3实际燃气轮机循环，1。实际燃气轮机和理想燃气轮机循环之间有什么区别？2.如何考虑气体的实际热力学性质？3.实际燃气轮机循环性能？温度比和压力比对性能的影响？1.压缩机效率和涡轮效率滞后等熵效率用于测量实际过程和等熵过程之间的差距。问题：机组的实际具体工作，燃气轮机的增加百分比是增加百分比的两倍。有用功系数越小，对变化的影响越大，也就是说，设备对变化越敏感。压力损失在实践中，工作介质在燃烧室、回热器、中冷器、空气过滤器和消声器系统中的流动不可避免地会产生流动阻力损失，表现为工作介质滞止压力的损失。燃烧室压力损失率、进气压力损失率、排气压力损失率和涡轮膨胀比是滞止压力恢复系数。(3)

13、空气和气体流量的变化，燃料与空气的比例约为1/40-1/120，相对较小；气体密封泄漏和泵送冷却空气也会改变流速；计算：基于空气流量。泵送或泄漏5%会降低功率10 20%；效率下降了0.02-0.06。(4)燃烧室效率，(5)气体性质常数比热：比热是常数；(平均比热)；用于简单循环计算；可变比热：的比热是温度和燃料空气比的函数。实际计算和使用；用法：查看图表；数学表达式(程序)；(6)再生度，中间冷却度，(7)机械效率，(8)实际燃气轮机循环性能，(a)压力比的影响简单循环的效率理论上随着压力比的增加而增加。但是实际的简单循环是不同的。对应于最大比功和最大效率有不同的压力比。再生循环可以使两个

14、压力之比接近；(2)在温度比的影响下，每增加100，比功增加约20-40%；效率提高0.02-0.05；实际大气温度的影响：降低对燃气轮机性能的影响是提高的几倍。理想燃气轮机循环和实际燃气轮机循环之间的差异是由工作介质的变化和各种损失(热损失、化学损失、机械损失和流量损失)造成的。设计的计算已知压力比是4.0；涡轮入口温度1100K；压缩机绝热效率0.85；涡轮绝热效率0.87；机械效率0.99；燃烧效率0.98；换热器效率0.80；压力损失-燃烧室，2%压缩机出口压力；热交换器空气侧3%的压缩机出口压力；热交换器的空气侧为0.04巴，大气条件为1巴，288K，解决方案：由压缩机的功耗引起的温

15、升为：每单位质量流量驱动压缩机所需的透平功为：因此，由于废气的透平总功引起的温升，透平总功由机组工质完成，注意：如果透平的输出比功为1000千瓦，则需要7.3公斤/秒。为了确定燃料/空气比f，我们必须确定燃烧室的温升热交换器效率=0.80=，对于进气温度为759K且燃烧温升(1100-759)=341K的燃烧室；理论上，燃料/空气比是0.0094，所以，油耗率SFC=，最后，循环效率已知为：压力比是12.0；涡轮入口温度1350千；压缩机绝热效率0.86；涡轮绝热效率0.89；机械效率0.99；燃烧效率0.99；换热器效率0.80；压力损失-燃烧室压力损失6%压缩机出口压力；排气压力损失0.03巴大气条件1巴，288K:输出带有自由涡轮的燃气轮机的比功；油耗率；