燃气轮机过程分析详解

燃气轮机装置也是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构类似于汽轮机，但它利用气体燃烧产物作为工质推动叶轮回转做功。燃气轮机装置的主要由三个部分组成：燃气轮机、压气机和燃烧室。

图13-11（a）是燃气轮机装置的原理图，叶轮式压气机从外界吸入空气，压缩后送入燃烧室，同时油泵连续将燃料油喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温燃气进入燃气轮机膨胀做功，废气则排入大气。

图13-11　燃气轮机装置循环

为了便于分析，取1 kg理想气体在为工质，其理论循环如图13-11（b）和（c）所示。图中1→2是工质在压气机中定熵压缩过程，2→3是在燃烧室中的定压加热过程，3→4是工质在燃气轮机中的定熵膨胀做功的过程，最后工质在定压下排热（4→1），该循环亦称为布雷敦（Brayton）循环。

工质的吸热热量　QH=cp（T3-T2）

工质的排放热量　QL=cp（T4-T1）

循环的热效率为

由于过程1→2、过程3→4为定熵过程，所以

因为p3=p2，p1=p4，所以

因此

将式（13-17）、式（13-18）代入式（13-16），得(www.xing528.com)

由式（13-19）知：燃气轮机装置循环的热效率仅与增压比β有关。β越大，热效率越高。一般燃气轮机装置增压比为3～10。

在理论上，燃气轮机可以高速转动，其工质可以完全膨胀，因而具有体积小、功率大，且结构紧凑的优点，而且运行平稳，没有活塞式内燃机那样往复运动的结构。但是，燃气轮机的叶片长期在较高温度下工作，其材料要耐高温和高强度，此外，压气机消耗的功率也很大。目前燃气轮机装置主要用作机车、飞机、船舰的动力，以及作为固定动力厂的备用装置。