船舶动力系统教学课件 4-5 船舶燃气轮机.pptVIP

船舶动力系统 船舶燃气轮机 燃气轮机循环的热力性能指标 循环比功Hip：每千克工质在装置中完成一个热力循环后向外界输出的功 比功能用来衡量燃气轮机装置的重量和尺寸。装置功率一定时，比功越大，装置尺寸越小 装置的工质总流量为G kg/s，则输出功率为 循环热效率ηip=循环比功/燃料在一循环中加给1kg工质的热量 又称为装置内效率 即，热能转化成循环功的百分数 循环热效率高?机组经济性好，耗油率低 装置输出端的有效效率为 装置耗油率 简单开式循环 理想循环即假设： 各热力过程没有能量损失 工质是空气，且为理想气体，工作过程中的比热为常数 流量不变 1-2：空气在压气机绝热压缩过程，总压P1*? P2*，总温T1*? T2* 2-3：空气在燃烧室等压加热过程，热量q1传递给空气，总温T2*? T3* 3-4：燃气轮机中绝热膨胀过程，总压P2*? P1*，总温T3*? T4* 4-1：空气排到大气，等压放热过程，放出热量q2，总温T4*? T1* 判断下列理想简单循环的热效率的大小 1. T1*=20oC,T3*=1000oC,ε*=6 2. T1*=20oC,T3*=600oC, ε*= 10 实际工作过程 压气机、燃烧室、燃气轮机、进排气道，各种流动损失和摩擦损失 燃烧室，不完全燃烧损失 工质流量和比热在各部分不同 有轴承、减速器等传动部件，机械损失 ?实际热循环为1-2’-3-4’-1表示 1-2’：增熵压缩，损失使压缩功增加，压气机出口温度T2’* 3-4’：增熵膨胀，损失减小了膨胀功，出口温度T4’* 压比和温比对循环参数的影响 循环比功Hip和装置内效率ηip是压比和温比的函数 温比相同时， Hip 、ηip均有极大值，且效率最佳压比比功最佳压比 ?温比一定时，压比不能随便选取，需在效率最佳压比、比功最佳压比间兼顾选择，否则装置的重量尺寸会增大，或者循环热效率下降 通常选取的压比略偏近“比功最佳压比”，这样结构紧凑，且小压比易于设计 P71，图4-25，4-26 温比↗?效率ηip、 Hip比功显著提高 温比↗ ?最佳压比都增加 温比↗ ? ηip-ε* 、Hip-ε*曲线平坦 ?提高温比对改善装置的热力性能很有效 ?燃气轮机朝着高温比、高压比的方向发展，以提高装置的热效率，减小装置重量尺寸 ?大气温度变化会影响循环效率和比功 所以，装置运行时，须注意航区、季节、白天黑夜的大气温度变化，必要时应调整调节系统，避免出现T3*过高、功率不足、超负荷等情况 装置各效率对热力性能指标的影响 压气机效率ηc*、燃气轮机效率ηT* 、燃烧室效率ηcc*都对热力性能有影响 影响ηT* 、 ηc* 、 ηcc*依次降低 ηT*变化1%? ηip变化3-4% ηc*变化1%? ηip变化2-3% 设计时，尽可能改进燃气轮机、压气机性能，一般轴流式燃气轮机ηT* =0.87-0.94，轴流式压气机ηc* =0.83-0.87，燃烧室ηcc* =0.95-0.99 ηT* 、 ηc*过低，则无循环功输出 流动压力损失的影响 工质经过进气道、燃烧室、排气道，由于流动阻力，均出现流动压力损失 进气道总压保持系数0.98-0.99 燃烧室总压保持系数0.92-0.98 排气道总压保持系数0.90-0.95 由于流动压力损失，比功Hip、循环热效率ηip均降低 工质流量的影响 实际循环中，工质流量变化 压气机，抽出部分压缩空气冷却高温部件/防冰加热用 如，LM5000高压燃气轮机采用空气冷却系统，从高压压气机末级抽出冷却空气对燃机高压部分冷却，从高压压气机第十级抽出空气对燃机中压部分冷却 燃烧室，燃气流量=进入空气量+燃料流量 热力参数ηip、 Hip需修正 比热容变化的影响 比热容变化会引起绝热指数(k-1/k)变化 循环中，比热容随工质的成分、温度而变化 热力参数ηip、 Hip需修正 船舶燃气轮机装置由压气机、燃烧室、燃气轮机及附属系统组成，彼此相互联系、相互影响 ? 船舶燃气轮机的燃气发生器和动力涡轮，无机械传动联系 燃气发生器中，压气机和（高压）燃气轮机相互制约 动力涡轮的气动参数与燃气发生器密切相关，机械运动受到所带负载制约（与汽轮机类似） 燃气发生器的工作 压气机、高压燃气轮机共轴?速度相等 nc=nTC 高压燃汽轮机驱动压气机，功率平衡 Pc=ηmTCPTC GcHc=ηmTCGTHTc 压气机中空气流量、高压燃汽轮机中燃气流量的关系 Gc-Gl+Gf=GT ? βGc=GT （β=0.97-1.00) 压气机出口总压、高压燃气轮机前总压 σ*p2*= p3* 满足以上条件的运行工况点就是燃气发生器的稳定工作点 压气机、高压燃汽轮机共同工作稳定时，某一T3*值，只有一个合适的压气机转速nc T3