進排氣壓損對不同工況燃氣輪機性能影響研究

黃東煜

（駐哈爾濱703所軍事代表室，黑龍江 哈爾濱 150001）

0 引言

進排氣系統是船用燃氣輪機的關鍵附屬系統［1］，其結構功能復雜，氣動阻力明顯，導致燃機進排氣壓損升高，并給燃機性能帶來了不利的影響，如功率和經濟性的下降及耗油率的增加等［2］（OLYMPUS TM3型燃氣輪機在最大功率下，進氣壓力每下降l%，比油耗增加1.2%，功率損失2.2%［3］；LM2500型燃氣輪機排氣壓損每增加980 Pa，輸出功率減少107 k W［4］）。當進排氣壓損與給定值不同時，燃機性能將發生明顯的變化［5］。此外，工況不同，燃機內部工質性質并不一致，單位壓損對不同工況下燃機性能的影響也不同，文獻［6］認為考慮氣體工質的實際特性有重要意義。

1 進排氣壓損對燃氣輪機性能影響分析

敬永權用小偏差法對燃機進排氣系統壓損對燃機特性影響進行了理論分析，提出了修正系數的計算方法。本文所研究的燃氣輪機系統簡圖如圖1所示。

圖1 燃氣輪機系統簡圖

其中：CH，CL分別為高、低壓壓氣機；C為燃燒室；TH，TL，TP分別為高、低壓渦輪和動力渦輪；0～1和11～0之間分別為進氣道和排氣道；Δp＊in為0～1之間的進氣道壓損；2～3之間為高低壓壓氣機之間過渡段壓損；4～5之間為燃燒室壓損；6～7之間為高低壓渦輪之間的擴壓段（渦輪中間機匣）壓損；8～9之間為低壓渦輪與動力渦輪之間的機匣通流部分壓損；10～11之間為排氣蝸殼壓損；Δp＊out為11～0之間的排氣道壓損。定義出口總壓與進口總壓之比為總壓恢復系數［7］，則系統總的總壓恢復系數為：

其中：σ0～1，σ2～3，σ4～5，σ6～7，σ8～9，σ10～11和σ11～0為相應段間的總壓恢復系數。當進、排氣壓損同時發生變化后，系統總壓恢復系數和動力渦輪膨脹比為：