燃气轮机性能指标
第三章 燃气轮机的主要性能指标
第三节
涡喷发动机的其它主要性能指标
发动机的效率
效率是从能量转换角度评价发动机性能的指标。飞行中能量转换程度分别 用有效效率、推进效率和总效率评估。
燃料的热能 有效效率 有效功 推进效率 推进功
有效效率定义为有效循环功与燃料本身热能的比值，有效效率等于循环热效 率与燃烧效率的乘积。即：
ηe =
Le = ηbηt fH f
完全膨胀
不完全膨胀
过度膨胀
轴向力的分布
推力等于气流作用于发动机各部件轴向力的总和。 部件的轴向力等于气流作用于部件的冲量（Wv + pA）变化。 通常情况下，压气机和燃烧室的轴向力向前，涡轮和尾喷管的轴向力向后。
有效推力（安装推力）
发动机安装在飞机上，必然产生 安装阻力，安装阻力随发动机的 安装形式不同而变化。 发动机的有效推力等于净推力与 安装阻力的矢量和。安装阻力主 要包括进气道附加阻力 Xd 和外 部阻力 Xext 。 进气道的附加阻力 Xd 等于远前方未扰动气流流至进气道唇口时的冲量变化。 外部阻力 Xext 包括气流作用于发动机短舱的压差阻力 Xp 和摩擦阻力 Xf 。习惯 上以短舱最大直径处分界，将压差阻力分为前体阻力和后体阻力。 一般来说，亚声速飞机在亚声速飞行条件下，进气道的前缘吸力与附加阻力基本 抵消，因此有效推力近似地等于发动机推力。 超声速飞机在超声速飞行条件下，外部阻力较大，有效推力远小于发动机推力。
f (λ ) = p + ρv 2 / pt
(
)
在发动机净推力表达式中引入气体 冲量函数，可以得到净推力的表达：
⎡p ⎤ FN = A9 p 0 ⎢ t 9 f (λ9 ) − 1⎥ − W0 v0 ⎣ p0 ⎦
单位推力的单位是N/(kg/s)，量纲与速 度相同。 完全膨胀条件下，单位推力等于排气速 度与飞行速度之差。 相同推力级的发动机，单位推力高，则 空气流量小，发动机的尺寸和重量小。 单位推力与有效循环功的关系为：
燃气轮机燃烧室性能指标的衡量
燃气轮机燃烧室性能指标的衡量（1）燃烧效率。
目前，一般燃气轮机组中燃烧室的燃烧效率都能达到95％～99％，航空发动机的燃烧效率更高。
（2）总压保持系数。
定义为=P3/P2，是衡量燃烧室气动性能好坏的指标，目前一般燃烧室在设计工况的在0.95～0.97左右。
对于连续流动的工质，总压下降有两个原因。
一是热力学上的“热阻”，它随工质加热程度（用燃烧室出口总温与进口总温之比τ=T3/T2来表示）的增加而增加，是不可避免的；另一个就是摩擦、掺混等不可逆流动的因素导致的损失，其中有的是为了有效组织燃烧过程而不得不付出的代价。
燃气轮机燃烧室研制中要致力于最大限度地减少不必要的总压损失。
（3）出口温度均匀度。
在许多燃气轮机中，燃烧室的出口是与透平的入口很靠近的，如果出口处燃气的温度不均匀，即有些地方温度高，有些地方温度低。
这样就有可能使透平叶片受热不均，甚至有被烧坏的危险。
一般希望燃气的最高温度不能比出口平均温度t3高60～80℃。
此外，在装有许多个燃烧室的机组中，还应力争每个燃烧室出口温度场的平均值相互之间的偏差不超过15～20℃。
此外，出口温度沿燃气轮机半径方向的分布有一种中间高，两端低的自然趋势，这正是发挥透平叶片材料的潜力所要求的，因为透平叶片尖部（外径处）受气流加热最严重，容易局部金属温度高；而叶片根部（内径处）则应力最大，希望金属温度低些以保证更好的强度。
这样叶片中径处气流温度相对高一些正好满足叶片等强度的要求。
（4）污染物排放。
随着环境保护要求的提高，控制燃烧污染物的排放已成为燃气轮机燃烧室研制中首要解决的问题之一。
目前我国对燃气轮机的燃烧污染物排放还没有制定限制规范，但国际上对燃气轮机特别是航空燃气轮机排放已做出严格的限制。
（5）火焰筒壁温度水平和梯度。
火焰筒壁面温度的高低及其均匀程度对于燃烧室的工作寿命有决定性的影响。
一般规定，火焰筒的壁面温度不应超过金属材料长期工作所能承受的温度水平。
对于工作寿命要求较长的燃烧室来说，希望能把火焰筒的最高壁温控制在650~700℃左右，但在工作寿命较短的燃烧室中，其最高壁温则有可能超过800～850℃，甚至局部有可能达到900℃左右。
燃气轮机热力性能分析
燃气轮机热力性能分析燃气轮机是一种广泛应用于发电、航空和工业领域的热力机械设备。
它利用燃料燃烧产生高温高压气流，通过推进器或涡轮驱动发电机、飞机或其他机械设备。
对于燃气轮机的性能分析，不仅可以评估其工作效率和能量利用率，还可以为设备的设计和优化提供依据。
本文将讨论燃气轮机热力性能的分析方法和重要参数。
首先，燃气轮机的热效率是评估其性能的重要指标之一。
热效率定义为输出功率与输入热能之比。
通过测量燃气轮机的输出功率和输入燃料热值，可以计算出其热效率。
燃气轮机的热效率通常可以达到35%至45%，相比于其他传统的发电设备如燃煤发电机组，燃气轮机的热效率较高，因此受到了广泛的应用。
其次，燃气轮机的高温处理能力也是其性能的关键指标之一。
高温处理能力是指燃气轮机可以承受的最高工作温度，包括燃烧室和涡轮。
由于高温有助于提高燃气轮机的效率，因此提高燃气轮机的高温处理能力对于进一步提高性能至关重要。
燃气轮机的高温处理能力受到材料和制造工艺的限制，因此通过提升材料的耐高温性，采用先进的冷却技术和改进燃烧室设计等方法来提高燃气轮机的高温处理能力成为了当前的研究热点。
另外，燃气轮机的压气机效率和燃烧室效率也对其性能有着重要的影响。
压气机效率是指压气机产生的压力比与理论最大压力比之比，直接影响燃气轮机的压缩能力和气流流速。
燃气轮机的压气机效率通常可以达到85%-90%，压气机的提高可以降低燃气轮机的油耗和排放量，提高其综合性能。
而燃烧室效率是指燃烧室内燃料的完全燃烧程度，对燃气轮机的热效率和排放量有着直接影响。
通过优化燃烧室的结构、燃料与空气的混合方式和控制燃烧过程等方法，可以提高燃烧室的效率，从而提高燃气轮机的整体性能。
此外，燃气轮机的响应速度和运行稳定性也是热力性能分析中需要考虑的重要因素。
响应速度是指燃气轮机在负载变化时能够快速调整输出功率的能力，直接影响燃气轮机的适应性和灵活性。
对于涉及到负载快速变化的应用，如航空领域，燃气轮机的响应速度尤为重要。
燃气轮机参数
燃气轮机参数燃气轮机是一种利用燃气燃料产生动力的设备，广泛应用于发电、航空和工业领域。
燃气轮机的性能与其参数密切相关，下面将介绍几个重要的燃气轮机参数。
1. 功率：燃气轮机的功率是衡量其输出能力的重要参数。
功率通常用千瓦（kW）或兆瓦（MW）表示。
燃气轮机的功率与其设计参数、燃料供给系统和机械传动系统等因素密切相关。
2. 热效率：热效率是衡量燃气轮机能量利用效率的重要指标。
热效率定义为输出功率与输入燃料热值之间的比值，通常以百分比表示。
提高燃气轮机的热效率可以减少燃料消耗和环境污染。
3. 排气温度：燃气轮机的排气温度是衡量其热效率的重要指标之一。
排气温度过高可能导致部件过热而影响机组寿命，而排气温度过低则意味着燃料未完全燃烧，降低了燃气轮机的热效率。
4. 压气机压比：压气机压比是指压气机出口总压力与进口总压力之比。
压气机压比的大小直接影响燃气轮机的性能和效率。
较高的压比可提高燃气轮机的功率和热效率，但也会带来更高的机械和热载荷。
5. 燃耗率：燃耗率是指燃料消耗量与输出功率之比。
燃气轮机的燃耗率直接关系到其经济性和运行成本。
较低的燃耗率意味着能够以更少的燃料产生相同的功率，从而降低能源消耗和运行成本。
6. 进口温度：进口温度是指燃气轮机进气口的温度。
进口温度的高低直接影响燃气轮机的性能和效率。
较高的进口温度可提高燃气轮机的功率和热效率，但也会增加燃料的燃烧温度和热载荷。
7. 压气机压力比：压气机压力比是指压气机出口压力与进口压力之比。
压气机压力比的大小直接影响燃气轮机的性能和效率。
较高的压力比可提高燃气轮机的功率和热效率，但也会带来更高的机械和热载荷。
8. 燃气轮机转速：燃气轮机的转速是指轴转速，通常以转/分钟（rpm）表示。
燃气轮机的转速与其设计参数、机械传动系统和负载要求等因素相关。
合理的转速选择可以提高燃气轮机的性能和运行稳定性。
总结起来，燃气轮机的参数包括功率、热效率、排气温度、压气机压比、燃耗率、进口温度、压气机压力比和转速等。
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 =
燃气轮机性能参数计算与优化
燃气轮机性能参数计算与优化燃气轮机是一种常见的能源转换设备，被广泛应用于发电、航空、船舶和工业等领域。
对于燃气轮机的性能参数计算与优化，可以帮助提高其工作效率和可靠性。
本文将介绍燃气轮机性能参数的计算方法，并探讨如何通过优化来提高其性能。
一、燃气轮机性能参数的计算方法1. 基本性能参数计算燃气轮机的基本性能参数包括额定功率、热效率、机械效率、运行特性等。
其中，额定功率可以通过测量轴功率和功率转换效率来计算。
热效率可以通过燃气轮机的进气温度、出口温度、进口压力和出口压力等参数来计算。
机械效率可以通过测量轴功率和热输入功率的比值来计算。
运行特性包括负载响应特性、燃气轮机的启动时间、停机时间等。
2. 气流参数计算燃气轮机的性能与气流参数密切相关。
气流参数包括进气流量、进气温度、进气压力、出口温度和出口压力等。
进气流量可以通过测量进气速度和截面积来计算。
进气温度和进气压力可以通过传感器来测量。
出口温度和出口压力可以通过烟道和排气管道上的传感器来测量。
3. 燃气轮机效率计算燃气轮机的效率主要包括燃烧效率、压缩效率和膨胀效率。
燃烧效率可以通过测量燃料输入和出口温度来计算。
压缩效率可以通过测量压缩比和冷却效果来计算。
膨胀效率可以通过测量膨胀比和膨胀进口、出口温度来计算。
二、燃气轮机性能参数的优化1. 空气增压系统的优化空气增压系统是燃气轮机中的重要组成部分，直接影响燃气轮机的性能。
通过优化空气增压系统的设计和运行参数，可以提高燃气轮机的效率和功率输出。
优化的方法包括增加空气压缩机的压缩比、优化压缩机的进气温度和出口温度、改善空气冷却效果等。
2. 燃气轮机的热管理燃气轮机在运行过程中会产生大量的热量，如何有效地管理和利用这些热量，可以提高燃气轮机的热效率。
优化的方法包括增加燃气轮机的余热回收装置、改善余热回收装置的换热效果、利用余热产生蒸汽等。
3. 燃烧室的优化燃烧室是燃气轮机中进行燃烧的关键组成部分，直接影响燃气轮机的燃烧效率和排放。
燃气轮机参数
燃气轮机参数燃气轮机参数:燃气轮机是一种常见的发电设备，它具有高效率、低排放和可靠性高的特点。
燃气轮机的性能参数对于其运行效率和发电能力起着至关重要的作用。
本文将介绍燃气轮机的几个重要参数，并对其意义进行解释和分析。
一、功率输出燃气轮机的功率输出是指燃气轮机在特定工况下所能产生的电功率。
功率输出通常以兆瓦（MW）为单位进行表示。
燃气轮机的功率输出决定了其发电能力的大小，也是评估其性能的重要指标。
功率输出越大，表示燃气轮机的发电能力越强。
二、热效率热效率是指燃气轮机将燃料中的化学能转化为电能的效率。
热效率越高，表示燃气轮机能够更有效地利用燃料中的能量，减少能量的浪费。
热效率通常以百分比形式进行表示，高效燃气轮机的热效率可以达到40%以上。
提高燃气轮机的热效率可以降低能源消耗和环境污染。
三、压缩比压缩比是指燃气轮机中压缩机所能实现的气体压缩比例。
压缩比越大，表示燃气轮机能够将气体压缩得更高，提高燃烧效率。
压缩比是燃气轮机性能的关键参数之一，通常在设计阶段进行确定。
较高的压缩比可以提高燃气轮机的功率输出和热效率，但也会增加燃气轮机的复杂度和成本。
四、进气温度进气温度是指燃气轮机中压缩机进气时的气体温度。
进气温度的高低直接影响燃气轮机的性能。
较高的进气温度可以提高燃气轮机的功率输出和热效率，但也会增加燃气轮机的热负荷和冷却需求。
进气温度的控制是燃气轮机设计和运行中的重要问题之一。
五、排气温度排气温度是指燃气轮机中排出的废气温度。
排气温度的高低直接关系到燃气轮机的热效率和环境排放。
较高的排气温度表示燃气轮机能够更有效地利用燃料中的能量，提高热效率。
同时，排气温度的控制也是保证燃气轮机运行安全和稳定的重要因素之一。
六、启动时间启动时间是指燃气轮机从停止状态启动到达额定运行状态所需的时间。
启动时间是燃气轮机性能的重要指标之一，直接关系到燃气轮机的可用性和响应速度。
较短的启动时间可以提高燃气轮机的灵活性和应急响应能力。
航空燃气轮机性能分析与优化
航空燃气轮机性能分析与优化航空燃气轮机（turbofan）是现代航空业中必不可少的发动机类型。
它的工作原理是利用航空煤油等高能燃料在高温高压下燃烧，推动飞机运动。
与传统的涡轮喷气发动机相比，燃气轮机具有更高的效率和更好的环保性能。
本文将会对航空燃气轮机的性能进行分析与优化。
1、燃气轮机的主要构成部分航空燃气轮机由压气机、燃烧室和涡轮等部分构成。
压气机是为后面燃烧室提供足够压力的部分，而燃烧室则是燃料在高温高压下燃烧的地方。
最后，推动涡轮将生成的高速燃气排放出来，以产生动力。
燃气轮机还包括外部配件，例如起动测试系统、冷却系统和喷气推进系统等等。
2、燃气轮机的关键性能指标性能指标是衡量一个发动机效率和可靠性的基本途径。
以下是燃气轮机的一些关键性能指标：推力：推力是燃气轮机发动机最重要的指标，它代表了发动机产生的动力。
越大的推力意味着发动机可以生成更大的力量，以更快的速度飞行。
燃料流率：燃料流率是衡量发动机燃油消耗率的指标。
更加节约燃料的燃气轮机可以在较长的时间内进行飞行，减少了成本和污染。
比功率：比功率是发动机每分钟所产生的推力和耗费燃油的比例。
这个指标的值越高，意味着发动机可以更加高效率地工作，减少时间。
压气机效率：压气机效率代表压缩气体的效率。
这主要与叶片的质量和设计有关。
如果压气机效率较低，发动机对内部部件的损耗可能会增加。
3、燃气轮机的优化航空燃气轮机设计的优化可以涉及多个方面，例如：材质选择：燃气轮机部件的材料不仅影响燃气轮机性能，可能还会影响可靠性和使用寿命。
拥有高温、高耐腐蚀和高强度材质的燃气轮机有助于提高发动机的性能。
优化燃烧室：燃烧室经常是燃气轮机的热点，因为它是燃料燃烧的地方。
在设计燃烧室时，应该考虑如何使燃烧更充分、更高效率、更低污染。
减少部件重量：发动机部件越轻，飞机的起飞重量就可以减轻，从而提高效率和节能。
轻质材料（例如碳纤维）和设计优化都可以实现这一目标。
环保方面：在环保方面，燃气轮机可以通过减少污染物的排放，如NOx、CO 等。
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≥80 《火力发电厂厂用电设计规范规程》
≤ 2% DL/T 5153-2014 附录 A
序号
项
目
9 燃机 NOx 排放值（mg/Nm3，15%氧气，干，以 NO2 计) 10 余热锅炉烟囱出口 SO2 排放值（mg/Nm3，3%氧气，干)
性能要求值 （参考） ≤50
≤35
执行标准或计算方法 75%～100%燃机负荷
3 类：昼 间≤65, 项目西侧、南侧、东侧厂界满足 夜间≤
GB12348-2008第3类标准要求；项目北 55；4 类：
昼间≤ 侧厂界满足GB12348-2008第4类标准要 求。
70,夜间 ≤55。
17 工作场所噪声 dB（A）
满足 GBZ2.2-2007 标准要求
序号
项
目
18 全厂循环水排放口，污染物排放指标
3 年平均气象条件下单套燃气-蒸汽联合循环机组最大供热量（GJ/h） ≥860
4 年平均供热工况单套燃气-蒸汽联合循环机组毛出力（MW） 5 冬季纯凝工况燃气-蒸汽联合循环机组毛热耗率（kJ/Kw.h） 6 冬季纯凝工况单套燃气-蒸汽联合循环机组毛出力（MW）
≥380 ≤6150 ≥460
7 余热锅炉保证效率（%） 8 综合厂用电率
19 全厂纯凝工况耗水指标（m3/s.GW） 20 在环境温度为 27℃时设备、管道保温结构表明温度（℃）
性能要求值 （参考）
循环水排 放≤
168t/h； 粉尘≤5； SO2≤35； NOx≤35。
≤0.3
≤50
执行标准或计算方法 满足环评报告批复意见要求 满足水资源报告批复意见要求
燃气轮机性能保证指标
序号
项
目
1 年平均供热工况能源综合利用效率（%）
2 年平均供热工况燃气-蒸汽联合循环机组毛热耗率（kJ/Kw.h）
性能要求值 （参考）
执行标准或计算方法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
≥71 ≤5500
1、《燃气分布式功能站设计规范》DL/T 5508-2015 第 1.0.4； 2、能源综合利用率应扣除厂用电。 1.机组毛热耗率=（机组输入热耗量机组对外净供热量）/机组发电功率； 2.机组对外净供热量=机组对外供热量 -补水热量
11 燃气轮机发电机铭牌功率（MW）
≥300.7
12 燃气轮机发电机效率（%）
≥98.7
13 汽轮机发电机铭牌功率（MW）
≥165.2
14 汽轮机发电机效率（%）
≥98.6
设备(包括管道与阀门)外壳表面 1.0m，高度 1.2 米处的最大噪音 15 值 dB（A）
≤ 85
IEC61063-1991
16 厂界噪声 dB（A）