燃气轮机效率与温比压比关系曲线
2-燃气轮机-第二讲(热力循环)
比功与压比、温比的关系： 比功与压比、温比的关系：
结论2——效率与压比、温比的关系： 结论2——效率与压比、温比的关系： 效率与压比 仅取决于压比π，而与温比τ （1）燃气轮机的循环效率 仅取决于压比 ，而与温比 ）燃气轮机的循环效率η仅取决于压比 无关； 无关； 随压比增大而增大。 （2）效率 随压比增大而增大。 ）效率η随压比增大而增大
其他多种热力循环组合的联合循环
–必要性：单独的一种热力循环各有优缺点，而几种 必要性：单独的一种热力循环各有优缺点， 必要性 热力循环结合使用则可扬长避短，达到理想效果。 热力循环结合使用则可扬长避短，达到理想效果。 –多种热力循环组合的联合循环方式： 多种热力循环组合的联合循环方式： 多种热力循环组合的联合循环方式 间冷再热循环 间冷回热循环 再热回热循环 间冷再热回热循环 燃气-蒸汽联合循环
第二讲
燃气轮机热力循环
一、燃气轮机的理想简单循环 二、理想简单循环效率的影响因素 三、燃气轮机的实际简单循环 四、燃气轮机常见其他热力循环
第一节 燃气轮机的简单循环
思考题一：何为理想循环？ 思考题一：何为理想循环？ 1、理想气体 、 2、稳定流动 、 3、可逆过程 、
二、理想简单循环
思考题二：简单循环的组成？ 思考题二：简单循环的组成？
q3-4= 0
工质在涡轮中膨胀做功，称为膨胀功wT
= c p (T3* − T4* )
= c pT3* (1 − π* -m )
* * p − v图上，wT = 面积3-4-p1 -p2 -3
④4s-1 大气中的等压放热过程
q2 = q4−1 = h − h
* 4
* 1
kJ/kg
q1
= c p (T4* − T1* )
燃气轮机组热力计算指标
������
������n qB
=
∗ ∗ ∗ Cp T∗ 3 −T 4 −C p T 2 −T 1 ∗ Cp T∗ 3 −T 2
1 = 1 − T4 ∗ −T ∗ = 1 − 3 2
T ∗ −T ∗
1
k −1 π k
„„„„„„（4）
式中，f——燃料的质量流量与空气的质量流量之比，称为燃料空气比； f = G f kg 燃料/kg 空气；k 为绝热指数；
n
B
3600 G f qn
=η
3600
gt H u
；式中 B 为气耗量
4）热耗率：产生单位有效功率所耗的燃料热量，kJ/（kWh）
qe =
BH u qn
=
3600 η gt
2.联合循环机组的主要参数及性能指标 2.1.联合循环热效率和功比率
热效率和功比率是联合循环的两个基本特性参数， 以常规的余热锅炉型联合 循环（一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台汽轮机，电动机可以一台，也可以两 台，也称“一拖一”方案）为例，介绍这两个参数。 余热锅炉型联合循环的热效率指通过燃气轮机获得的轴工和通过汽轮机获 得的轴功之和在加入系统的燃料热中所占的比例，记为ηcc 。 联合循环的功比率是指蒸汽轮机与燃气轮机的轴功之比，记为Scc 。 设燃料全部从燃气轮机燃烧室加入的， 设单位时间内从燃气轮机燃烧室加入 的燃料热为Qf（kJ/s） ；通过燃气轮机获得的轴功为Pgt（kW） ；通过气轮机获得的 轴功为Pst （kW） ；则， ηcc =
∗ ∗ ∗ ∗ ������n = ������T − ������C = Cp T3 − T4 − Cp (T2 − T1 )„„„„„„„（3）
式中，������T ——透平的比功，J/kg 或 kJ/kg； ������C ——压气机的比功，J/kg 或 kJ/kg； Cp ——工质的定压比热（在知道压力、温度时，可查表得出） 。 2）循环热效率：当工质完成一个循环时，输入的热量功转化为输出功的部 分所占的百分数，记为ηgt ，计算公式为： ηgt = fHn =
燃气轮机
GTCC功率分配 功率分配
pst η st S cc = = (1 η gt ) h η ≈ 0.5 p gt η gt
[
]
GT结构 结构
燃烧器
压气机
气轮机
燃气轮机的结构特点
工作压力低，气缸壁很薄。(M701F机组的工作压力为3MPa) 工作压力低，气缸壁很薄。(M701F机组的工作压力为3MPa) 机组的工作压力为 总膨胀比小，级数少。 一般3~5级 总膨胀比小，级数少。（一般3~5级） 3~5 工作温度高，需采取冷却措施。(M701F气体温度为1400 工作温度高，需采取冷却措施。(M701F气体温度为1400oC) 气体温度为 通过调节温度来调节负荷。 通过调节温度来调节负荷。 透平效率改变1%，机组效率将改变2~3%。 透平效率改变1%，机组效率将改变2~3%。 1% 2~3% 发展方向：提高燃气初温（一般指第一级动叶入口处的温 发展方向：提高燃气初温（ ），增加通流能力 采用先进的耐高温、耐腐蚀的合金材料； 增加通流能力； 度），增加通流能力；采用先进的耐高温、耐腐蚀的合金材料； 发展先进的冷却技术。 发展先进的冷却技术。
gt
fH u
qn
GT主要参数及性能指标 GT主要参数及性能指标
比功与压比和温比的关系： 比功与压比和温比的关系：
k 1 1 wn = c pT1 τ 1 k 1 π k 1 π k
结论： 结论： 1）压比π一定时，温比τ越高，比功越大 压比π一定时，温比τ越高， 2）温比τ一定时，改变压比π，可使比功取得最 温比τ一定时，改变压比π 大值。即存在一个最佳压比使得比功最大。 大值。即存在一个最佳压比使得比功最大。
循环中， 在GTCC循环中，主要的目的是为了充分利用烟气 循环中 余热，因此， 中的汽轮机要求： 余热，因此，在GTCC中的汽轮机要求： 中的汽轮机要求 不设给水回热系统： 不设给水回热系统：用水量小 不设空气预热器:充分利用烟气的余热 不设空气预热器 充分利用烟气的余热. 充分利用烟气的余热 不设专门的除氧器:除氧器在凝汽器中完成 不设专门的除氧器 除氧器在凝汽器中完成. 除氧器在凝汽器中完成
燃气轮机与联合循环-姚秀平-课后题答案-第二单元
第二章1、热力参数：压缩比π=p2*/p1*，温度比τ=T3*/T1*;性能指标：比功ωn=ωt-ωc ；燃气机循环热效率ηgt=ωn/（f*Hu ）2、燃气轮机的比功大，说明在同样工质流量和同样的装置尺寸下，燃气轮机的功率大；在 同样的功率下，工质的流量下，燃气轮机的尺寸小。
3、1*11111k k n p k k c T ωτππ--⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥ ⎪=--- ⎪⎢⎥ ⎪⎝⎭ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦4、111st k k ηπ-=-5、 膨胀比πt=p3*/p4*6、在一定的压比下，温比越高，比功越大；在一定的温比下，存在一个特定的压比πωmax ，使比功ωn 取得最大值；在一定的压比下，温比越高，效率越高，在一定的温比下，存在一 个特定的压比πηmax ，使效率ηgt 取得最大值。
通常，πηmax>πωmax 。
7、联合循环中最佳压比都比简单循环要降低。
简单循环燃气轮机的效率对燃气初温不很敏 感，而对压比较敏感；联合循环的效率对燃气初温较敏感而对压比不很敏感。
8、简单循环的效率只与压比有关，压比越大，效率越高。
联合循环时效率对压比不敏感。
9、如上图：简单循环的效率只与压比有关。
联合循环效率随温度变化很大。
10、采用再热循环时，燃气轮机的最佳压比都将有所提高。
计算题1.*1*31 1.3861** 1.38621**21288,10, 1.386, 1.315,0.8,0.851.03/, 1.20/,125028810546.9546.9288258.9258.9323.60.81.03323.6a a a g c t pa pg k k s cs s cs c c c pa c K k k C KJ Kg C KJ Kg T KT T KT T T K T T K w c T T πηηπη--===========⨯==-=-======⨯**34 1.31511 1.315**34333.3/1012507201012507205300.85530450.51.20450.5540.6/540.6333.3207.3/g gt s k k t ts s t t ts t pg t n t c KJ Kg T T K T T T KT T Kw c T KJ Kg w w w KJ Kg πππη--=======-=-===⨯===⨯==-=-= 2.***134**34**43 1.315*1 1.31513*4288,1600,860,0.85,0.881.386, 1.3151600860740740840.90.881600840.9759.1160022.48759.1gg c t a g t t ts t s ts k k t s t T K T K T K k k T T T KT T K T T T KT T ηηηππ--========-=-=====-=-=⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=1 1.3861** 1.38621**21**2122.4828822.48685.3685.3288397.3397.3467.40.85288467.4755.4a a k k s cs s csc c c T T KT T T T T K T T T Kππη--===⨯==-=-=====+=+=3.()()()()()()()()()()---=======-==-→===-+-+*4**341**34**43**43 1.31511 1.31517 1.315 0.90 T 850 123 485012341527.20.9010.90117g gg g t g t s k k ts st t ts t t t k k k K T T T T T T T T T T T T Kππηπηηηπ。
燃气轮机原理概述及热力循环
(简单循环)；德国生产装有涡轮喷气发动机的第一架飞机 试飞。 8、1941年，瑞士BBC制造的第一辆燃气轮机车通过了交货试 验。 9、1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水。 10、1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。
[3]、《燃气-蒸汽联合循环的理论基础》.焦树建主编.北 京：清华大学出版社，2003.11
焦树建 2007.8
黄庆宏 2005.11
第一章 概述
第一节 燃气轮机简介 第二节 国外燃气轮机的发展和应用
概况 第三节 我国燃气轮机的简况
第一节 燃气轮机简介
一、燃气轮机的定义及组成
忽略机械损失时，燃气轮机比功Wn近似等于透平比功 与压气机比功之差，即 ：Wn=WT-Wc （反应同样工质流量和装置尺寸下燃气轮机的功率。）
–(2)燃气轮机的热效率η ——装置输出功与输入的燃料能量之比，即： η=Wn/qb=Wn/(f×Hu) 式中：f —燃料空气比；Hu —每千克燃料的低热值。 （反应将燃料能量转化为机械功的热经济性。）
鉴于我国目前的电力发展及其分布不很均衡以及微型燃 气轮机的技术特点及其优越性，微型燃气轮机将在我国 得到广泛的重视与应用。此外，微型燃气轮机在民用交 通运输（混合动力汽车）以及军车以及陆海边防方面均 具有优势，受到美、俄等军事大国的关注，因此，从国 家安全看发展微型燃气轮机也非常重要。
五、当前世界上发电用工业型燃气轮机 技术派系 --四大体系
——基于革命性新材料的构思中的更新一代 的燃气轮机。
微型燃气轮机 （Microturbine或Micro一turbines）
一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机 功率范围为25～300 kW。
燃气轮机基本原理和计算
24
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、实际压缩过程计算
联解，得出，在理想绝热过程中 p与 T，T 与 v之间的
变化规律为：
TS
n 1
常数
ps n
T1S
n1
TniS1
T2nS1
p1sn
pisn
p2sn
p和T关系
（2-4）
TSvsn1 常数T 1 s v 1 n s 1 T is v i n s 1 T 2 s v 2 n s 1T和v关系
三）、燃烧室中的加热过程
四）、透平（涡轮）中的膨胀过程
五）、工质在大气中自然放热过程
六）、总结
2020/4/2
4
附加知识点：
燃气轮机四个截面的气体状态参数符号
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：T1s (t1s ) 比容：v1s 压强：p 1 s
气流在此处的实际状况的 状态参数符号：
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：T4s (t4s ) 比容：v 4 s 压强：p 4 s 气流在此处的实际状况的
状态参数符号：
温度：T4(t4) 比容：v 4 压强：p4 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/*4/)2 比容：v * 压强：p *
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 功反而会下降，在设计上要特 别注意。2020/4/2
燃机考试题库(附答案)
燃机考试题库(附答案) work Information Technology Company.2020YEAR燃机考试题库选择题1.燃机压气机发生喘振时，轴向推力将（ B ）。
A、增大B、减小C、无法判断。
2.燃机支承轴承采用可倾瓦块结构,每个轴承有（ B ）块瓦块。
A、四B、六C、八。
3.燃机的燃烧器采用多喷嘴（ B ）燃烧器,另外在燃烧器末段还装有一个空气旁路阀。
A、预混B、扩散C、预混扩散型。
4.燃气透平输出的有效功率，约（ C ）用于驱动压气机，其余部分用来带动发电机旋转发电。
A、1/3B、1/2C、2/35.燃气-蒸汽联合循环机组额定工况下，汽机输出功率约占联合循环总功率的（ A ）。
A、1/3B、1/2C、2/36.燃机停机后用（ B ）来进行吹扫，以使透平上下缸温度均匀。
A、辅助蒸汽B、压缩空气。
C、氮气7.燃机的效率为36%，蒸汽轮机的效率为33%，则整套机组的总效率为（ C ）。
A、36%+33%B、36%×33%C、36%+（1-36%）×33%8.推力轴承瓦片上的钨金厚度一般应（ B ）燃机、汽机通流部分最小动静间隙。
A、大于B、小于C、等于9.相对于热端驱动，冷端驱动的燃机转轴所承受的扭力（ A ）。
A、较大B、较小 C不一定10.当燃机熄火惰走过程中，汽轮机的胀差（ C ）。
A、增大B、减小C、先增大后减小D、先减小后增大11.天然气减压后其自身的温度也相应降低，当压力降低1MPA时其温度降低约（ A ）。
A、5℃B、10℃C、15℃D、20℃12.当燃机负荷在（ C ）负荷时，可进行在线水洗。
A、100％B、50％、C、80％13.天然气的主要成分是：（ A ）A、甲烷B、乙烷C、丙烷14.进行天然气置换时，气体的升压速率一般不超过（ B ）。
A、1bAr/minB、3bAr/minC、5bAr/min15.进行天然气置换，氮气置换空气时，测的氧气浓度低于（ A ）时合格A、1％B、2％C、5％16.进行天然气置换，天然气置换氮气时，测的氮气浓度高于（ A ）时合格A、99％B、98％C、96％17.在调压站等可能存在天然气泄漏的地方，甲烷的浓度低于爆炸下限的（ B ）以后才允许进入站内做相应的检修工作。
《燃气轮机与联合循环》第二章 燃气轮机的热力循环解析
第二章 燃气轮机的热力循环
2-3 实际简单循环的特性
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 。
一、热力参数
1、压比
—说明工质在压气机内受压缩的程度。
—压气机出口的气流压力与其进口的气流压力的比值。
用滞止压力（总压）表示：
p p
燃气轮机与联合循环
* 2 * 1
决定循环性能的重要参数
能源与动力学院
第二章 燃气轮机的热力循环
2、温比
—说明工质被加热的程度。
—透平前进口燃气温度与压气机进 口气流温度的比值
燃气轮机与联合循环
能源与动力学院
第二章 燃气轮机的热力循环
二、性能参数与压比和温比的关系
1、比功与温比压比的关系
wc cp (T2* T1* ) wt cp (T3* T4* )
wn c p (T3* T4* ) c p (T2* T1* ) * T 1 * * 2 c pT3 1 * c pT1 * 1 T3 T1 * T 4
燃气轮机与联合循环
能源与动力学院
第二章 燃气轮机的热力循环
k 1 1 wn c pT1* (1 k 1 ) ( k 1) k
（ 1）压比
一定时，温比 增大，循环比功w 增大（公式上看）。
n
4*
一定时，有一最佳压比 (3) 时， 。
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燃气轮机效率与温比压比关系曲线
1. 燃气轮机简介
燃气轮机是一种常见的热力发电装置，其通过燃烧燃料产生高温高压气体，然后将气体通过扩张机械转化为旋转动能，最终驱动发电机发电。
燃气轮机具有结构简单、启动快速、效率高等优点，在电力、航空、船舶等领域得到广泛应用。
2. 燃气轮机效率
燃气轮机的效率是衡量其能量利用程度的重要指标。
通常情况下，燃气轮机的效率可以分为两部分：压缩功和扩张功之间的比值以及扩张功和输入焓之间的比值。
2.1 压缩功与扩张功之间的比值
在燃气轮机中，压缩功是指将空气压缩至工作状态所需消耗的能量，而扩张功是指由于高温高压气体膨胀而产生的能量。
这两者之间的比值被称为压缩功与扩张功比，记作ηc。
2.2 扩张功与输入焓之间的比值
扩张功是燃气轮机从高温高压气体中获得的能量，而输入焓是指单位时间内通过燃烧室进入轮机系统的能量。
这两者之间的比值被称为扩张功与输入焓比，记作ηt。
2.3 燃气轮机总效率
燃气轮机的总效率是指压缩功和扩张功之间以及扩张功和输入焓之间两个比值的乘积，即ηtotal=ηc×ηt。
3. 温比和压比
在讨论燃气轮机效率与温比压比关系之前，我们首先需要了解温比和压比这两个概念。
3.1 温比
温比是指工作状态下的绝对温度与参考状态下的绝对温度之间的比值。
通常情况下，参考状态选择大气标准条件下的绝对温度（298K）。
工作状态下的绝对温度可以通过测量得到。
3.2 压比
压比是指工作状态下的绝对压力与参考状态下的绝对压力之间的比值。
与温比类似，参考状态一般选择大气标准条件下的绝对压力（101.3kPa）。
4. 燃气轮机效率与温比压比关系曲线
燃气轮机效率与温比压比之间存在一定的关系，可以通过绘制效率-温比压比曲线
来展示。
4.1 曲线特点
燃气轮机效率-温比压比曲线通常呈现以下特点： - 曲线起始于（1,1）点，即在
参考状态下，燃气轮机的效率为100%。
- 随着温比的增加，燃气轮机的效率逐渐
提高，并逐渐趋近于一个极限值。
- 随着压比的增加，燃气轮机的效率也会提高，在一定范围内呈现增长趋势。
- 当达到一定的温比和压比时，燃气轮机的效率开
始下降。
4.2 影响因素
影响燃气轮机效率与温比压比关系曲线的因素主要包括以下几个方面： - 燃料选择：不同类型的燃料燃烧产生不同的燃气特性，从而对燃气轮机效率产生影响。
- 空气进气温度：空气进气温度的增加会导致温比的升高，从而提高燃气轮机效率。
- 压缩机效率：压缩机的效率越高，燃气轮机的总效率也会相应提高。
- 燃烧室
设计：合理的燃烧室设计可以提高燃料的完全燃烧程度，从而提高扩张功和输入焓之间的比值。
5. 总结
通过绘制燃气轮机效率与温比压比关系曲线，我们可以直观地了解到在不同工况下，燃气轮机的能量利用程度。
了解这种关系对于优化和改进现有轮机系统以及设计新型轮机具有重要意义。
同时，我们还需要考虑其他因素如环境条件、运行方式等对曲线形态和实际应用中的影响。
通过深入地分析和探索，我们可以进一步提高燃气轮机的效率，并推动其在各个领域的广泛应用。
参考文献： 1. Boyce, M. P. (2019). Gas turbine engineering handbook. Butterworth-Heinemann. 2. 王洪涛, & 周树生. (2003). 燃气轮机性能参数与燃气轮机性能曲线的计算方法[J]. 中国电力教育, (4), 54-59.。