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1、HAT循环论文：湿空气透平循环性能的机理试验研究【中文摘要】湿空气透平循环(HumidAirTurbineCycle,简称HAT循环)是一种先进的动力循环,因其系统结构简单,具有良好的热力性能以及能有效降低NOx的排放等,被誉为极有发展前途的二十一世纪热力循环。目前国内外对于HAT循环的研究还主要集中在理论计算方面,所以,通过一个较为完整的HAT循环试验装置开展试验性研究具有十分重要的意义。本文基于一台微型分轴燃气轮机,通过加入饱和器,构成了微型分轴燃气轮机HAT循环性能的试验装置,并开展了HAT循环性能的机理性试验。在此基础上,对试验过程进行了变工况模拟仿真计算和分析。本文介
2、绍了微型分轴燃气轮机自循环试验装置的建立以及主要的测量系统和PLC数据采集系统。通过燃气轮机循环性能试验,考察了分轴燃气轮机从慢车工况至较高工况的运行状况,得到了分轴燃气轮机稳定运行工况下各部件性能参数。试验表明,环境温度、出口压力损失对分轴燃气轮机输出功率影响很大。由于试验条件所限,通过模拟计算表明,在涡轮前温为650℃,压比为2.6的工况下,当环境温度从10℃升高到50℃时,循环比功下降了53.6%,而循环效率下降了49%.在分轴燃气轮机性能试验的基础上,通过在试验装置中加入饱和器等湿化系统,构成了微型分轴燃气轮机HAT循环性能的试验装置。在该装置上开展了等燃油量和等初温状
3、况下的系统性能试验。在等燃油量试验中,湿度变化为0.0362~0.0475(kg/kg(DA)),而在等初温试验中,湿度从0.0504(kg/kg(DA))增加至0.0662(kg/kg(DA))。试验结果表明,空气加湿后对燃气轮机性能影响明显。其中,系统比功及效率相对简单循环都有很大的提高,尤其是对于微型燃气轮机低工况下性能的提升更为显著。但是当燃气轮机处于低运行工况时,由于燃气初温较低,因而在加湿量比较大的情况下将导致燃烧效率下降,结果造成燃气轮机的功率降低。同时,在加湿时对燃烧室的排放测量结果显示,加湿后排气中的NOX含量显著降低,证明了HAT循环良好的排放性能。本文还针
4、对试验工况进行了燃气轮机性能仿真,其结果与试验吻合较好。同时,仿真结果还表明温比越高,比功和效率越大,耗油率越低;在一定含湿量下,对某一温比存在一个最佳压比,在此压比下比功和效率都最大,并且温比越高,最佳压比也相应地提高。在分轴燃气轮机HAT循环性能仿真的基础上,本文还对系统中加入回热器情况下的设计工况进行了仿真计算。结果表明,在不改变燃气初温的情况下,由于回热器的加入使系统压力损失加大,装置比功将减少3%～10%左右。但同时耗油率下降20%～45%,效率增加了30%～80%,此时系统的性能得到了显著的提高。【英文摘要】HumidAirTurbineCycle,whichisa
5、nadvancedpowercycle,isknownasaverypromisingthermodynamiccycleofthetwenty-firstcenturybecauseithassimplestructureandgoodthermalperformanceandcaneffectivelyreduceNOxemissions.CurrentlystudiesonHATcycleathomeandabroadaremainlyinthetheoreticalcalculations.Therefore,itissignificanttocarryoutexper
6、imentalstudieswithacompleteHATcycletestdevice.Basedonamicrotwo-shaftgasturbine,thispaperconstitutesamicrotwo-shaftgasturbinetestingdevicebyjoiningthesaturatorandcarriesoutexperimentsontheHATcycleperformance.Onthisbasis,simulationcalculationsandanalysisoftheexperimentsaredone.Thispaperintrodu
7、cestheestablishmentofthemicrotwo-shaftgasturbinetestdevice,aswellasthemainmeasurementsystemandthePLCdataacquisitionsystem.Throughtheexperiments,theoperatingconditionsofthetwo-shaftgasturbinefromclimbingtoahigheroperatingconditionarestudiedandtheper
