由绝热压缩﹑等压加热﹑绝热膨胀和等压冷却 4个过程组成的燃气轮机热力循环。也曾有过等容加热循环的燃气轮机﹐但没有得到推广应用。

循环过程 图1 燃气轮机简单循环(开式) 为燃气轮机的简单循环。燃气轮机自大气吸入空气﹐在压气机(即压缩机)中压缩。压缩后的气体进入燃气轮机燃烧室﹐在此加入燃料燃烧加热。加热后的高温燃气进入燃气透平(以下简称透平)膨胀作功。膨胀后的燃气排向大气。透平排气温度还相当高(约400～550℃)﹐而压气机吸入的空气是大气温度﹐相当于在大气中进行了冷却。上述四个过程都是连续地进行的。透平膨胀功扣去压气机消耗的压缩功之后的净功﹐作为燃气轮机的输出功。

循环指针 燃气轮机输出功与加热过程消耗的热量之比称为循环效率 ﹐它是评价循环的首要指针。每千克气体工质的输出功L 称为比功。L 是影响燃气轮机尺寸的重要因素﹐也是循环的一项指针。

理想循环 压缩终了压力ρ2与压缩起始压力ρ1之比ρ2/ρ1＝πc称为压缩比。膨胀起始压力ρ3与膨胀终了压力ρ4之比ρ3/ρ4＝πτ称为膨胀比。

理想情况下﹐ρ4= ρ1 ﹐ρ3=ρ2﹐所以πτ＝πc。若膨胀过程的πτ与压缩过程的πc相等﹐并且膨胀起始温度(燃气初温)T3 等于压缩终了温度T2﹐则膨胀功等于压缩功﹐但这时没有输出功。因此﹐在理想情况下压缩过程所消耗的压缩功可以在膨胀过程中全部收回。

对于理想循环﹐πc不变时﹐膨胀功与T3 成正比﹐加热提高T3﹐使T3 高于T2﹐于是膨胀功就大于压缩功而获得输出功。不变时压缩功也不变﹐输出功正比于加热量﹐因而T3的变化对η无影响。 πc变化时﹐既影响压缩功﹐又影响膨胀功﹐因此理想循环的效率η与πc有关﹔ η随着πc的增大而提高。若πc=1﹐膨胀功和压缩功都为零﹐不论加热量多大﹑T3多高﹐输出功和效率都是零。

实际循环 实际上﹐压气机效率和透平效率都不是100％﹐这就使得压缩功比理想情况下的大﹐膨胀功比理想情况下的小﹐并且加热和冷却过程都有压力损失﹐即ρ3 <ρ2﹑ρ4>ρ1﹐因而 πτ<πc 。这进一步导致压缩功增大﹐膨胀功减小。因此﹐输出功和循环效率都比理想循环的小。提高压气机效率和透平效率﹑减小压力损失﹐可向理想循环趋近。这是提高循环效率的一种途径。

实际循环中﹐压缩后的气体如不加热提高温度﹐仍保持T3=T2﹐则膨胀功必小于压缩功。因而必须加热气体﹐把T3 提高到足够的数值﹐才能使膨胀功大于压缩功而得到输出功。燃气轮机发展的初期T3 不高﹐而压气机效率和透平效率又很低﹐曾出现过输出功很小﹑循环效率很低﹐甚至输出功是负的情况。