燃气轮机3-储运

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）：①具有相同的压比C*和初始温度T1*；②涡轮前燃气初温相同，T3*=T3s*；③环境参数均为p0、T0，即p1*=p0、T1*=T0。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-LCLs↓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。可用两种方法表示能损程度：(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***1****1**1)1()1(1CmCpCTmTpTCCsTTsCTTcTcLL***1*2**4*3**1*3*11CTCTcCCTTTppppTTkkmkkm)(****CTpCpTCTCikkccfL、、、，，，，，工质热力性质压力损失3、实际简单循环的热效率i11BiBiuiiqLqLfHL****1*2*1*2*1*2*1*2*1*2*1*2*1)1(11)1(111CmCCsssCCsCCTTTTTTTTTTTTLL,....),,,,,(B****CTCif)()(*1*2**1*2*31TTTcTTcqpBpBBCmCpCTmTpTCTcc*****1)1()1(教材有误改正！***1)1(1CmCpBCci*11Tq4、实际简单循环的有用功系数=f(*，*，C*，T*)1TCLLLLTi1****TCm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*为了简化而又使结论不失其一般意义先不考虑压力损失、物性变化：mmmkkkccccCTCTppBpCpTCT***0.1简化公式),,,(1)1()1(**********1TCCmTmpifTcL),,,,(1)1(11)1()1(************BTCBCmCmTmif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。m1****τπ）（极限CT最佳压比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。可对简化公式的*m求一阶偏导数，并令其等于零求得。增大而增大。，且随温比一定时，当，可得由，可得由*maxmax2m1Bmax*T*C**maxm*i2m1*T*C**maxiLm*iττππ***]1τ[0π)τ(0πLiiiiL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。Li,kJ/kg影响规律达到最大值。时，内效率当压比达到最大值；时，循环比功当压比和内效率随压比变化。）当温比给定时，比功（i*maxi*i*imaxL*L1也越高。和内效率温比越高，循环比功单调递增。都随温比给定时，比功和内效率）当压比（ii*L*2τ比也提高。提高时，相应的最佳压）当温比（*3☆发动机压比的选择原则Ⅰ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。Ⅱ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。Ⅲ一般可把压比取在*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。即T3**，必须*2、部件效率C*、T*、B的影响当C*、T*提高时，比功Li和内效率i都增加；当B提高时，内效率i增加。3、压力损失的影响压力损失由进气道流动阻力、燃烧室流阻和热阻以及排气道的流动阻力引起的。压力损失减小了涡轮膨胀比，使涡轮比功减少，影响了比功和热效率。T*=C*↓,一般=0.96~0.90。1-4燃气轮机简单循环性能的热力计算首先：根据给定的燃气轮机工作过程参数和各部件效率，计算燃气轮机各截面的气体参数和性能参数；然后：根据所要达到的燃气轮机功率来确定空气流量，或者根据给定的空气流量来计算燃气轮机的功率。热力循环计算的主要步骤一、参数的选取1．流量GT和燃料空气比f二者随燃气轮机工况而变化。GT=GC+Gf-G=GC(1+f-G/GC)kg/s式中f=Gf/GC，一般为0.007~0.02；G─气封漏气和冷却用空气量，kg/s；G/GC≈0.02~0.05。2．各部件效率（1）压气机效率C*一般轴流式压气机C*=0.83~0.92离心式压气机C*=0.75~0.85***1*2*1*2*1*2*1*2*ccsssccsCTTTTTTiiiiLL（2）燃烧室效率B（3）涡轮效率T*一般，轴流式涡轮T*=0.85~0.93径流向心式涡轮T*=0.70~0.88消耗燃料放出的热量工质吸热量B**T*4s*3*4*3*4s*3s*4*3*TTSTSTTTTTTTiiiiLL通常B≈94%~99%；B=100%绘制图1-6。温升TB*=T3*-T2*u0f0*20*3Hf)(f)()()f1(TTcTTcTTcpTpCpTB（4）机械效率m燃气轮机轴承摩擦等机械损失及驱动附属设备所消耗的功率，用机械效率来考虑。3．比热容Cp和绝热指数kT随燃料的品种、燃料空气比和燃烧工况等不同而变化比热容随温度和工质成分变化—变比热容[复杂精确]粗算时—可取平均温度下的值或取为定值一般m≈0.97~0.99一般进气系统的压力损失PC=P0-P1*≈0.01~0.03bar排气系统的压力损失PT=P4*-P0≈0.02~0.08bar燃烧室内的压力损失PB=P2*-P3*=（0.02~0.08）P2*4．压力损失P二、循环的计算给定的必要条件：大气条件、机组功率或空气流量、燃气初温、燃料热值、耗油率等。1．压缩过程计算选取压比C*、进气道压损PC、压气机效率C*；计算压气机进出口参数（温度、压力）；计算空气的比热容cpc；计算压气机实际比功LC。2．燃烧过程选取燃气初温T3*，计算燃烧室温升TB；查取理论燃料空气比f’（查图1-6）；选取燃烧效率B，计算实际燃料空气比f；选取燃烧室压力损失PB。3．涡轮膨胀过程计算选取排气道压损PT、涡轮效率T*；计算涡轮出口压力、排气温度；计算涡轮膨胀比T*；计算燃气的比热容cpT、绝热指数kT；计算涡轮实际比功LT。4．循环性能指标的计算计算燃气流量GT、燃料消耗量B；选取机械效率m；计算循环比功Li、内功率Ni；计算燃气轮机有效功率Ne；计算机组耗油率ge、热耗率qe；计算机组的内效率i、有效功率e。1-5燃气轮机热力计算举例P24-28同学们自学！改错：P20，第18行，将“T3*”改为“T2*”；P23，第6行，将“Tcm*”改为“Tcm*”，第21行，将“f’”改为“f”；p25，倒数第2行，将“T3=T3+273”改为“T3=t3+273”；所有温度的单位，改为[K]大写；所有功率的单位，改为[W]大写。作业习题1．压力为1bar、温度为15℃的空气，以200m/s的速度流动。试求：当空气完全滞止时的焓、温度和压力。（已知cp=1.005kJ/(kg.K)k=1.4）2．已知某燃气轮机装置的参数如下：[用滞止参数计算]p1*=1.05bart1*=27℃t3*=900℃压力保持参数C=B=T=0.98c*=0.85T*=0.90B=0.98m=0.98cpc=1.005kJ/(kg.K)cpT=1.147kJ/(kg.K)kc=1.4kT=1.33c=9GC≈GT=40kg/sHu=43100kJ/kg试求（1）画出燃气轮机装置的流程图和其实际循环的p-v图及T-s图；（2）确定三大件（C、B、T）进出口的参数（压力、温度）；（3）求燃料空气比f和每小时的耗油量B；（4）有效功率Ne、有效效率e、耗油率ge及热耗率qe。3．某一燃气轮机装置，已知Ne=21000kW，GC=116kg/s，热耗率qe=13450kJ/(kW∙h)，燃油热值为Hu=43100kJ/kg。现改烧天然气，其热值为8000kcal/Nm3、比重为rg=0.73kg/Nm3，完全燃烧时所需理论空气量为G0=16kg/kg（天然气）。试求：机组的耗气量B（Nm3/h）、耗气率ge（Nm3//(kW∙h)）、有效效率e、过量空气系数。