燃气轮机基本原理和计算课件.ppt（103页）

1、10:441 第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程 第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环 第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算 第四节第四节 燃料燃烧理论燃料燃烧理论 第五节第五节 透平原理透平原理第二章第二章 燃气轮机基本原理和计算燃气轮机基本原理和计算10:442 为什么现代燃气轮机，尤其是三代以后的为什么现代燃气轮机，尤其是三代以后的燃气轮机，在热力参数上面要提倡压气机燃气轮机，在热力参数上面要提倡压气机高压比，高涡轮前燃气温度？压气机压比高压比，高涡轮前燃气温度？压气机压比和涡轮前燃气温度的关系？和涡轮前燃气温度的关

2、系？提问：提问：10:443 通过燃气轮机的循环分析，就可以明白。通过燃气轮机的循环分析，就可以明白。解答：解答： 本章学习完毕后，将前面的问题作为讨论课的论点进行讨论。具体时间会在后面安排。请同学们酝酿！讨论课的题目： 为什么提倡高压比和高涡轮前燃气温度？10:444第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程一）、燃气轮机的循环过程一）、燃气轮机的循环过程二）、压气机内的压缩过程二）、压气机内的压缩过程三）、燃烧室中的加热过程三）、燃烧室中的加热过程四）、透平（涡轮）中的膨胀过程四）、透平（涡轮）中的膨胀过程五）、工质在大气中自然放热过程五）、工质在大气中自然放热过程六）、总

3、结六）、总结10:445附加知识点：附加知识点：燃气轮机四个截面的气体状态参数符号燃气轮机四个截面的气体状态参数符号燃气轮机结构示意图1、）1截面（压气机进气截面） 气流在此处的理想状况的状态参数符号： 温度： 比容： 压强：)(11sstTsv1sp1 气流在此处的实际状况的状态参数符号： 温度： 比容： 压强：)(11tT1v1p 气流在此处的状态参数平均值： 温度： 比容： 压强：)(*tT*v*p10:446附加知识点：附加知识点：燃气轮机四个截面的气体状态参数符号燃气轮机四个截面的气体状态参数符号燃气轮机结构示意图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

4、状态参数符号： 温度： 比容： 压强：)(22sstTsv2sp2 气流在此处的实际状况的状态参数符号： 温度： 比容： 压强：)(22tT2v2p 气流在此处的状态参数平均值： 温度： 比容： 压强：)(*tT*v*p10:447附加知识点：附加知识点：燃气轮机四个截面的气体状态参数符号燃气轮机四个截面的气体状态参数符号燃气轮机结构示意图3、）3截面（燃烧室出口截面，透平进口截面） 气流在此处的理想状况的状态参数符号： 温度： 比容： 压强：)(33sstTsv3sp3 气流在此处的实际状况的状态参数符号： 温度： 比容： 压强：)(33tT3v3p 气流在此处的状态参数平均值： 温度： 比

5、容： 压强：)(*tT*v*p10:448附加知识点：附加知识点：燃气轮机四个截面的气体状态参数符号燃气轮机四个截面的气体状态参数符号燃气轮机结构示意图1、）4截面（透平出口截面） 气流在此处的理想状况的状态参数符号： 温度： 比容： 压强：)(44sstTsv4sp4 气流在此处的实际状况的状态参数符号： 温度： 比容： 压强：)(44tT4v4p 气流在此处的状态参数平均值： 温度： 比容： 压强：)(*tT*v*p10:449第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程u一）、燃气轮机的循环过程一）、燃气轮机的循环过程10:4410第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮

6、机循环的过程方程一）、燃气轮机的循环过程一）、燃气轮机的循环过程1、燃气轮机热力循环称为开式白朗托循环（、燃气轮机热力循环称为开式白朗托循环（蒸汽轮机电厂循环称为闭式朗肯循环）蒸汽轮机电厂循环称为闭式朗肯循环） 燃气轮机开式白朗托循环图见下页燃气轮机开式白朗托循环图见下页10:4411 1-2过程：空气在压气机内完过程：空气在压气机内完成空气压缩耗功过程成空气压缩耗功过程 2-3过程：空气在燃烧室内完过程：空气在燃烧室内完成燃烧升温过程成燃烧升温过程 3-4过程：空气在透平完成膨过程：空气在透平完成膨胀做功过程胀做功过程 4-1过程：空气排出燃机进入过程：空气排出燃机进入大气，完成冷源放热过程

7、大气，完成冷源放热过程完成一次开式循环完成一次开式循环燃气轮机热力循环图第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程一）、燃气轮机的循环过程一）、燃气轮机的循环过程10:4412燃气轮机效率曲线2）、对应一个燃气温度t3的循环效率有一个最佳压比，即在这个温度下，在最佳压比值对应的燃机效率最大。燃气温度越高，相应的最佳压比就越高，这是燃机设计的最关键点。第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程一）、燃气轮机的循环过程一）、燃气轮机的循环过程2、燃气轮机的效率与燃气温度和、燃气轮机的效率与燃气温度和压气机压比的关系压气机压比的关系1）、如右图，燃气温度）、如右图，燃

8、气温度t3越高，越高，循环效率越高。循环效率越高。10:4413燃气轮机效率曲线3）、目前，最先进的燃气轮机燃气温度达13001400，压气机压比达到1520。因此，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。第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程一）、燃气轮机的循环过程一）、燃气轮机的循环过程10:4414燃气轮机效率、比功曲线图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。2）、在温度一定下，提高增压比，比功先会增加，但是当超过一个最佳压比值以后，比功反

9、而会下降，在设计上要特别注意。第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程一）、燃气轮机的循环过程一）、燃气轮机的循环过程10:44154、总之： 为了计算燃气轮机中工质与外界交换的热量和功量，必须分析燃气轮机的四个过程中工质的热力状态参数压力p、比容v、温度t的变化规律和描述过程的数学方程。第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程一）、燃气轮机的循环过程一）、燃气轮机的循环过程10:4416第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程u二）、压气机内的压缩过程10:4417第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）、压气机内的

10、压缩过程二）、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。10:4418第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）、二）、压气机内的压缩过程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 由热力学分析，在理想绝热过程中，工质的压力和比容的变化规律为： （2-1） 常数kssvp 式中：k为绝热指数，当忽略工质比热随

11、温度而变化的关系时，它就是所谓的比热比。 通常在作近似计算时，空气的绝热指数k可以取1.4，燃气的k取1.33。10:4419第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）、二）、压气机内的压缩过程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）常数kssvpksskskssvpvpvp22isi1110:4420第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）、二）、压气机内的压缩过程压气机内的压缩过程2、压气机

12、理想绝热压缩空气过程计算 当已知过程的起始状态 、 和终态压力 后，就可以根据 和理想气体状态方程式 ，计算出工质在理想绝热过程终态的其它参数 和 。RTpv 1vksskskssvpvpvp22isi111p2psv2ST210:44212、压气机理想绝热压缩空气过程计算 第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）二）、压气机内的压缩过程、压气机内的压缩过程RTpv ksskskssvpvpvp22isi11 联解，得出，在理想绝热过程中 与 ， 与 之间的变化规律为：TvpT整个推理过程为：常数kssvp两式联立常数kksSpT1kksSkkisiSkksSpTpTpT

13、1221111p和T关系常数1ksSvT1221isi111ksskskssvTvTvTT和v关系（2-3）10:4422 例1、今有一台压气机，把空气由起始状态 ， 压缩到 。假设这是一个理想压缩过程，试问压缩终了时，空气的比容 和温度 各为多少？第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）二）、压气机内的压缩过程、压气机内的压缩过程3、理想绝热过程计算举例Paps4110807. 9151stPaps52108263. 8sv2st2已知空气的绝热指数：4.1k10:4423第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）二）、压气机内的压缩过程、压气机内的

14、压缩过程3、理想绝热过程计算举例 解： 根据（2-3）可知 即得： kksSkksSpTpT122111kksSSSppTT11212)(已知空气的绝热指数：4.1k因而)(3.540)10807.9108263.8()15273(4.114.1452KTS3.2672733.54027322sSTt（）根据RTpv )(176. 0108263. 83 .54005.28735222kgmpRTvsss10:4424第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）二）、压气机内的压缩过程、压气机内的压缩过程4、实际压缩过程计算 理想的绝热压缩过程是不存在的。由于存在摩擦和换热的

15、因素，实际过程是一个多变的压缩过程，其计算应根据多变过程的规律计算，其中n为多变指数。RTpv nssnsnssvpvpvp22isi11常数nssvp两式联立整个推理过程为：10:4425第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）二）、压气机内的压缩过程、压气机内的压缩过程4、实际压缩过程计算常数nnsSpT1nnsSnnisiSnnsSpTpTpT1221111p和T关系常数1nsSvT1221isi111nssnsnssvTvTvTT和v关系 联解，得出，在理想绝热过程中 与 ， 与 之间的变化规律为：TvpT即：将绝热指数k改为多变指数n。nk，n的大小与实际压缩过

16、程中存在的不可逆因素有关，一般为 。在确定了n值后，就用式（2-4），即可算出实际过程中终态空气的状态参数。52. 145. 1n（2-4）10:4426第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程 二）、压气机内的压缩过程二）、压气机内的压缩过程4、实际压缩过程计算举例 实际压缩过程的计算跟理想绝热压缩过程的计算是一样的，不同的只是一个用多变指数n，一个用绝热指数k。具体的举例略。10:4427第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）二）、压气机内的压缩过程、压气机内的压缩过程4、实际压缩过程的工程计算 根据热力学的多变过程来计算，不能够直观反映在 实际压

17、缩过程中不可逆程度大小。因此，工程上，人们很少利用这个方法。而是引入一个能够比较直观地反映实际压缩过程中不可逆程度大小的绝热压缩效率 ，来计算工质的终态温度 。c2t10:44281）、绝热压缩效率第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）二）、压气机内的压缩过程、压气机内的压缩过程4、实际压缩过程的工程计算c 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：c）或（cscslLspp22）或（cclLccsccscllLL式中，csccscllLL,10:4429 当忽略工质定压

18、比热 随温度改变而忽略微变化的特性时，1）、绝热压缩效率第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）二）、压气机内的压缩过程、压气机内的压缩过程4、实际压缩过程的工程计算c1212121211121212121212)()(ttttTTTTTTttttTTTTTTCTTCllLLsscssssspsspccsccsc压气机进气处pC 在现代压气机中， 90. 080. 0c 由此可见，只要已知压气机的 ，就很容易求得压气机出口处工质的实际温度 ，进而求出比容 。c2t2v（2-5）10:4430已知由式（2-5）可知： 例2、假设已知例1中压气机的 ，试求在 的情况下，压气机

19、出口处空气的实际状态参数。2）、实际压缩过程的工程计算举例第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程二）二）、压气机内的压缩过程、压气机内的压缩过程4、实际压缩过程的工程计算88. 0c2p52108263. 8sp解：在例1中已计算得，当工质按理想绝热压缩过程工作时，压气机出口处空气的温度和比体积为3 .2672st88. 0c7 .30188. 01588. 0153 .26515153 .26788. 022ttc（）)(187. 0108263. 8)7 .301273(05.28735222kgmpRTv)(176. 032kgmvs10:4431第一节第一节 燃气轮

20、机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程u三）、燃烧室中的加热过程10:4432第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程三）三）、燃烧室中的加热过程、燃烧室中的加热过程1、燃烧室燃烧过程的理论简化 燃烧室的燃烧过程，是空气与燃料混合燃烧，把燃料的化学能释放出来，转化为热量的过程。这就相当于工质从外界吸收一定量的热，从而温度升高，比容增大。此时，工质只与外界有热交换，而无机械功交换。当确定了压气机出口参数 后，由于压气机出口紧接燃烧室入口，因此，也就知道了燃烧室入口处空气的参数。222vtp和、10:4433第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程三）三）、燃烧

21、室中的加热过程、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成高温燃气。在燃烧室的出口处温度升高为 ，比容增大为 ，但压力却维持不变，即 。3t32pp 3v10:4434第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程三）三）、燃烧室中的加热过程、燃烧室中的加热过程2、燃烧室燃烧工质的状态参数理论计算 根据理想气体的状态方程式不难证明，假如忽略空气与燃气之间气体常数R的微小差别，经等压加热后，燃烧室前后工质状态参数的变化关系应满足如下规律：32pp 333222RTvpRTvp，3232T

22、Tvv 通常燃烧室出口处燃气的温度 是根据透平叶片的材料特性选择的。目前，随着冶金工业和透平冷却技术的发展， 已经可以提高到 以上。)(33tT 或3t1400120010:4435 最后，根据已经选定的 和估算得到的 ，利用理想气体状态方程式，很容易确定出燃烧室出口比容 。第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程三）三）、燃烧室中的加热过程、燃烧室中的加热过程3、燃烧室燃烧工质的状态参数实际计算 实际上，当工质在燃烧室中燃烧加热时，总会有摩擦不可逆现象存在。这将导致燃烧室出口处燃气的压力 略有下降，其下降程度可以用燃烧室的压力保持系数 来估算，即： （2-6）23ppr3T

23、3v3pr 通常， 。%97%90r3p10:4436第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程u四）、透平（涡轮）中的膨胀过程10:4437第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程四）四）、透平（涡轮）中的膨胀过程、透平（涡轮）中的膨胀过程1、透平膨胀的理论计算 透平处高温高压燃气发生膨胀，对外界输出一定数量的机械功，同时工质的压力和温度下降，比容增大。假设工质只与外界有机械功的交换，而无热量的交换。在没有摩擦等不可逆现象的理想情况下，可以认为，在透平中，燃气是按照理想绝热过程进行膨胀做功的。因而也可以根据式（2-3）来计算燃气状态参数的变化。即：常数kks

24、SpT1kksSkkisiSkksSpTpTpT1441133p和T关系常数1ksSvT1441isi133ksskskssvTvTvTT和v关系（2-3）10:4438第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程四）四）、透平（涡轮）中的膨胀过程、透平（涡轮）中的膨胀过程2、透平膨胀的理论计算举例st4 例3：已知透平前燃气的初始状态参数为 Pap5310336. 8 。由于透平后的排气流道还有一定的阻力，致使燃气不能膨胀到与外界大气压力相同的情况，而只能达到9003t 。假设这是一个理想绝热膨胀过程，求膨胀终态时的燃气温度 为多少？Paps441003. 110:4439第一

25、节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程四）四）、透平（涡轮）中的膨胀过程、透平（涡轮）中的膨胀过程2、透平膨胀的理论计算举例 解：对于燃气来说，绝热指数kksSkkpTpT14413333.1k根据式（2-3）可知：33.1133.15413434)10336.81003.1()900273()(kkSSppTT)(4.6955928.01173K4 .422273s44Tts即：10:4440第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程四）四）、透平（涡轮）中的膨胀过程、透平（涡轮）中的膨胀过程2、透平膨胀的实际计算 实际上，理想绝热膨胀过程也是不存在的。因不可

26、逆现象造成的摩擦热 ，也会转加给工质本身，致使工质的终态温度 和比容 ，都要比按理想绝热膨胀过程达到的终态温度 和比容 大一些，同时还会使工质发出的实际膨胀功减少。mq4t4vst4sv4 的多变膨胀过程相当。因此，在实际膨胀过程中，燃气终态的状态参数也可以根据式（2-4）来计算。所不同的是在膨胀过程中，多变指数 即， 。 从热力学观点看，这个过程正与一个从外界吸收热量mqqkn33. 1n10:4441第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程四）四）、透平（涡轮）中的膨胀过程、透平（涡轮）中的膨胀过程2、透平膨胀的实际计算常数nnsSpT1nnsSnnisiSnnsSpTp

27、TpT1441133p和T关系常数1nsSvT1441isi133nssnsnssvTvTvTT和v关系（2-4）透平膨胀的实际计算举例略10:4442 与压缩过程相同，通常人们也很少用热力学中的计算方法来计算燃气的终态参数。同样也习惯的引入一个能够比较直观地反映实际膨胀过程中不可逆程度大小的绝热膨胀有效效率 ，来计算工质的终态温度 。第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程四）四）、透平（涡轮）中的膨胀过程、透平（涡轮）中的膨胀过程3、透平膨胀的工程计算t4t10:4443第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程四）四）、透平（涡轮）中的膨胀过程、透平（涡

28、轮）中的膨胀过程3、透平膨胀的工程计算1）、绝热膨胀有效效率 t 绝热膨胀有效效率 ，是指工质在透平的实际膨胀过程中，能够发出的实际机械功 ，与工质按照理想绝热过程进行膨胀而达到的同一个终态压力 时所能发出的理想机械功 的比值。即t44pps)(ttlL或)(tstslL或tsttsttllLL式中，ttsttsllLL,10:4444 在现代透平中， 当忽略工质定压比热 随温度改变而忽略微变化的特性时，1）、绝热膨胀有效效率 第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程四）四）、透平（涡轮）中的膨胀过程、透平（涡轮）中的膨胀过程3、透平膨胀的工程计算tsstsssssssppt

29、sttsttttttTTTTTTttttTTTTTTCTTCllLL4343434333434343434343)()(透平进气处pC92. 086. 0c 由此可见，只要已知透平的绝热膨胀有效效率 ，就很容易求得透平出口处工质的实际温度 ，进而求出比容 。t4t4v（2-6）10:4445 的情况下，透平出口处燃气的实际温度 ？例4、例如已知例3中透平的 ，试求在4pasPp441003. 14t2）、透平膨胀过程的工程计算举例第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程四）四）、透平（涡轮）中的膨胀过程、透平（涡轮）中的膨胀过程3、透平膨胀的工程计算89. 0t解：在例3中已

30、经求得，按照理想绝热膨胀的 已知4 .4224st89. 0t9003t9 .474)4 .422900(89. 09004 .42290090089. 0444343ttttttst10:4446第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程u五）、工质在大气中自然放热过程10:4447 在此过程中，工质将对外界释放一定量的余热，使其状态参数回复到压气机入口处空气的初始状态 ，工质只与外界有热量交换，而无机械功交换。1、理想的自然放热过程第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程五）五）、工质在大气中自然放热过程、工质在大气中自然放热过程111Tvp、 在理想状况

31、下，可以把这个过程看成是一个等压发热过程，其结果将使工质的温度降低到 ，比容减小到 。1t1v10:4448 在实际状况下，工质的压力略有下降，即 ， 但放热的结果仍然是使工质回复到 。 2、实际的自然放热过程第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程五）五）、工质在大气中自然放热过程、工质在大气中自然放热过程111Tvp、14pp 由于在这个过程中，工质的初始状态正是透平排气口燃气的状态，工质的终态是压气机入口处大气的状态，这个参数已经求得，就不用再计算了。10:4449第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程u六）、总结10:4450 通过前面介绍的方法，

32、很容易求出在燃气轮机四个工作过程中工质状态参数的变化关系，还可以进一步探讨在这四个过程中，各种能量之间的转化规律和定量计算关系。 需要指出的是，前面介绍的计算方法是一种近似方法，因为它没有考虑到在这个过程中，工质比热随温度的变化关系对状态参数计算的影响。第一节第一节 燃气轮机循环的过程方程燃气轮机循环的过程方程六）六）、总结、总结10:4451第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环一）、理想简单循环功和热变化关系一）、理想简单循环功和热变化关系二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数三）、燃气轮机循环分析三）、燃气轮机循环分析10

33、:4452第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环u一）、理想简单循环功和热变化关系一）、理想简单循环功和热变化关系10:4453考虑到连续流动机械的“流动功”（ 项），热焓 ，而 。故第一定律可写成：第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环一）、理想简单循环功和热变化关系一）、理想简单循环功和热变化关系热力学第一定律为：dwdudqpvpvuidTCdip。*TCwqp据此，在理想等压燃气轮机简单循环中，假设工质为理想气体，在压缩、加热、膨胀和放热四个热力过程内没有损耗，比热和流量也不变，则可由等压燃气轮机简单循环图推出各过程中功和热的变换关系。1

34、0:4454第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环一）、理想简单循环功和热变化关系一）、理想简单循环功和热变化关系等压燃气轮机简单循环图各个过程的功和热的变化关系如下：1-2 压气机中等熵压缩2-3 燃烧室中等压加热0),(12*1*2qTTCwpc)(, 0*2*323TTCqwpB10:4455第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环一）、理想简单循环功和热变化关系一）、理想简单循环功和热变化关系等压燃气轮机简单循环图各个过程的功和热的变化关系如下：3-4 透平中等熵膨胀4-1 大气中等压放热0),(34*4*3qTTCwpT)(, 0*1*4

35、4141TTCqwp10:4456第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环u二）、理想简单循环比功、效率二）、理想简单循环比功、效率、 可用功系数可用功系数10:4457第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数1、理想简单循环比功循环增压比 ：循环最高压力与最低压力之比 理想简单循环比功:透平的功率减去压气机消耗的功率循环增温比 ：循环最高温度与最低温度之比即：12pp13TT10:4458第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比

36、功、效率、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数1、理想简单循环比功 设比热容为定值，则根据各过程特性可推证：kkvpvp2211RTpv kkkkkkTTppppTT14314311212)()(3241,pppp12pp等压燃气轮机简单循环图10:4459第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数1、理想简单循环比功 推理比功：透平功率减去压气机消耗功率kkkkkkTTppppTT14314311212)()(,3241pppp,12pp,13TT已知：推出比功:)()(*1*2

37、*4*3TTCTTCwwwppCTn11*1*2*1*3*3*4*1*3*1*1*2*1*4*1*3*1TTTTTTTTTCTTTTTTTCpp111*1kkkkpTC10:4460第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数1、理想简单循环比功 理想简单定压加热循环比功：分析上式，知当 和 确定后，比功 仅仅是增压比 的函数。将比功对增压比求导并令之为零，即可求得最佳增压比：1T3Tnw111*1kkkkpCTnTCwww（2-2-1）)1(2max,kkwn（2-2-2）将（2-2-2）代入（

38、2-2-1）得最大的循环比功：2*1max,1TCwpn（2-2-3）10:4461第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数1、理想简单循环比功 由理想简单定压加热循环比功公式作图理想简单定压循环性能图横坐标为：纵坐标为：*1TCwpn分析：a、 增加， 增加max,nwb、 增加， 增加max,nw结论： 在材料热强度许可的前提下，应尽可能提高 ，进而有利于提高燃机比功 。13TT3Tnw10:4462第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比功、效率

39、、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数2、理想简单循环效率*2*1*2*3*2*1*4*1*2*3*1*4*2*3*1*2*4*311111)()()(TTTTTTTTTTTTTTCTTCTTCqwpppBn)()(14314311212kkkkkkTTppppTT理想简单循环效率 ：循环比功与燃烧室加入热量之比10:4463第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数2、理想简单循环效率*2*11TT即：kkkkkkTTppppTT14314311212)()(又kkTT1*2*1

40、111（2-2-2）此即为理想简单等压循环效率10:4464第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数2、理想简单循环效率由理想简单循环效率：kkTT1*2*1111（2-2-2）可以得出结论：a、热效率主要取决于循环增压比 ，且随 的增大而提高。也就是说热效率主要取决于压气机中绝热压缩的初态温度和终态温度。b、热效率和工质的绝热指数 的数值有关，而与循环增温比 无关。10:4465第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数二）、理想简

41、单循环比功、效率、可用功系数3、理想简单循环可用功系数kkkkkkppTCTCTTnTTTTTTTTTTCTTCwwwwwww11*31*1*3*4*3*1*2*1*4*3*1*21)11()1(1)1()1(1)()(11kkkkkkTTppppTT14314311212)()(根据定义，且：理想简单循环可用功系数 ：循环比功与透平膨胀功的比值。10:4466第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数二）、理想简单循环比功、效率、可用功系数3、理想简单循环可用功系数即用功系数为： （2-2-3）kk11得出结论：a、 越大，相应的膨

42、胀功越大， 越大。b、 越大，相应的压缩负功越大， 越小。10:4467第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环u三）、燃气轮机循环分析三）、燃气轮机循环分析10:4468第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环三）、燃气轮机循环分析三）、燃气轮机循环分析1、实际燃气轮机循环是有损失的，比功、效率和 压比、温比（温度）的关系，结论与理想简单循环有所不同。10:4469第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环三）、燃气轮机循环分析三）、燃气轮机循环分析2、实际燃气轮机循环的效率和比功特点：1）、压气机压比 增加，循环效率和比功增加

43、，到一个值后减小，存在一个最佳压比。10:44702）、燃气温度 越高，相应的最佳压比就越高。第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环三）、燃气轮机循环分析三）、燃气轮机循环分析2、实际燃气轮机循环的效率和比功特点：3t10:4471第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循环三）、燃气轮机循环分析三）、燃气轮机循环分析2、实际燃气轮机循环的效率和比功特点：3）、燃气温度一定，效率最佳增压比高于比功最佳增压比。效率-压比图比功-压比图例如：民机追求效率最佳压比，军机追求比功的。大于10:4472第二节第二节 等压燃气轮机理想简单循环等压燃气轮机理想简单循

44、环三）、燃气轮机循环分析三）、燃气轮机循环分析2、实际燃气轮机循环的效率和比功特点：3）、得出的结论：A、提高燃气温度要相应提高压比才有效；B、对一定的燃气温度，要选合适的压气机压比；C、不同用途的燃气轮机的设计原则是不同的。固定式电站用燃气轮机要按照效率最佳压比设计，运输式燃气轮机要按比功最佳压比设计；D、提高压气机和透平的效率对燃气轮机循环特性非常重要。10:4473第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算一）、增压原理一）、增压原理二）、轴流式压气机级中工质能量的转化关系二）、轴流式压气机级中工质能量的转化关系三）、压气机叶栅的几何参数三）、压气机叶栅的几何参数四）、防

45、止压气机发生喘振现象的措施四）、防止压气机发生喘振现象的措施五）、压气机通流部分的污染与清洗五）、压气机通流部分的污染与清洗10:4474第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算u一）、增压原理一）、增压原理10:4475第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算一）、增压原理一）、增压原理1、压力 的空气以速度 流过一个通流面积不断增大的扩压流道时，若这道空气与外界没有热量和机械功的交换，那么气流速度 降低，空气的压力 增加。2p2ccp2332cc32pp gcrpgcrp2233332222由伯努利方程：10:4476第三节第三节 轴流式压气机原理和计算

46、轴流式压气机原理和计算一）、增压原理一）、增压原理2、压气机的增压原理也是采用此方法动叶叶栅绕轴线向右转动扩压静叶叶栅不动，但是其通道面积 是逐渐增加的，如图： 、 即达到扩压的目的。F气流方向轴线23FF 12FF 10:4477 ，压力升高全部在动叶叶栅中完成。气流经动叶叶栅后工质压力升高的程度，可用级反动度 来表示。 越大，工质的压力升高越是在动叶叶栅中完成。第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算一）、增压原理一）、增压原理2、压气机的级反动度气流方向轴线10110:4478第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算u二）、轴流式压气机级中工质能量的二

47、）、轴流式压气机级中工质能量的 转化关系转化关系10:4479第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算二）、轴流式压气机级中工质能量的转化关系二）、轴流式压气机级中工质能量的转化关系1、流经压气机动叶叶栅的力气流方向轴线)(21uuyuccGF ：是作用在叶轮平均直径截面上的切向作用力。uF ：空气流量yGskg ：动叶叶栅进、出口处空气切向流速uucc21、10:4480第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算二）、轴流式压气机级中工质能量的转化关系二）、轴流式压气机级中工质能量的转化关系2、外界加给 工质的机械功率气流方向轴线)(21uuyucccuGu

48、FN ：工作叶轮平均直径截面上的圆周速度。uyG10:4481第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算二）、轴流式压气机级中工质能量的转化关系二）、轴流式压气机级中工质能量的转化关系3、工作叶轮传递给1 工质的压缩轴功气流方向轴线)(21uucccul ：工作叶轮平均直径截面上的圆周速度。ukg10:4482第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算u三）、压气机叶栅的几何参数三）、压气机叶栅的几何参数10:4483 ：叶栅几何进口角 ：叶型弦长第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算三）、压气机叶栅的几何参数三）、压气机叶栅的几何参数1、叶

49、栅几何参数bg1 ：叶栅几何出口角g210:4484第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算u四）、防止压气机发生喘振现象的措四）、防止压气机发生喘振现象的措施施10:4485第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算四）、防止压气机发生喘振现象的措施四）、防止压气机发生喘振现象的措施1、喘振的根本原因:由于攻角过大，使气流在叶背处发生分离而且这种气流分离严重扩展至整个叶栅通道。10:4486第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算四）、防止压气机发生喘振现象的措施四）、防止压气机发生喘振现象的措施2、喘振时的现象：发动机的声音由尖哨转变为低

50、沉、振动加大；压气机出口总压和流量大幅度的波动；转速不稳定，推力突然下降并且有大幅度的波动；发动机的排气温度升高，造成超温；严重时会发生放炮，气流中断而发生熄火停车。因此，一旦发生上述现象，必须立即采取措施，使压气机退出喘振工作状态。 10:4487第三节第三节 轴流式压气机原理和计算轴流式压气机原理和计算四）、防止压气机发生喘振现象的措施四）、防止压气机发生喘振现象的措施3、防止喘振措施：1）、设计压气机时合理选择各级之间流量系数的配合关系，力求扩大压气机的稳定工作范围。2）、在压气机第一级或若干级装设可旋转叶片。3）、在压气机通流部分的某一个或若干个截面上，安装防喘放气阀。4）、合理选择压