R0110重型燃气轮机燃烧室三维数值模拟
航空发动机
1引言
燃气轮机燃烧室的传统设计
方法主要是依靠经过分析、总结的大量试验数据后，得到的经验公式，而由此设计出的方案还要再通过反复试验来验证
、完善及筛选。因此，传统燃烧室设计需要耗费大量时间、
人力、物力和财力[1]。近来，计算流体力学和计算燃烧学的迅速发展以及计算机商业软件的广泛应用，使得以计算机模拟、诊断技术研究为主的新型设计方法逐步趋向成熟，虽然
目前还不能替代传统的设计方法，但可作为辅助设计手段，以缩短燃烧室设计周期，减少设计费用。
本文在已有燃烧室试验结果
的基础上，使用Fluent 软件，对R0110重型燃气轮机逆流环管型燃烧室单个火焰筒内部的流场进行了全尺寸的三维数值模拟计算，并与试验结果进行了比较分
齐兵（1981），男，主要从事燃气轮机燃烧室设计工作。
收稿日期：2008-05-13
R0110重型燃气轮机燃烧室
三维数值模拟
齐兵，金
戈，顾铭企
（沈阳发动机设计研究所，沈阳110015）
摘要:采用SIM PL E 算法，应用带有旋流修正的k-ε双方程湍流模型及有限速率/涡耗散化学反应模型，对R 0110重型燃气轮机逆流环管型燃烧室单个火焰筒进行了三维数值模拟计算。将计算出的燃烧室出口温度场的分布、
品质及火焰筒壁温与试验结果进行了对比分析。燃烧室进口流量、温度、压力等气动参数均与试验时保持一致，火焰筒各部分空气流量也均按火焰筒空气流量分配试验结果给定。计算和对比分析的结果表明，计算得到的燃烧室出口温度场的分布、品质及火焰筒壁温分布与试验结果比较接近。
关键词：燃烧室；数值模拟；重型燃气轮机；温度场；品质；壁温
3D Numerical Simulation of R0110Heavy Duty Gas Turbine Combustor
QI Bing,JIN Ge,GU Ming-qi
(Shenyang Aeroengine Research Institute,Shenyang 110015,China)
Abstract:3D numerical simulation of the single liner was performed for the R0110heavy duty gas turbine reverse-flow cannular combustor using SIMPLE algorithm based on k-εtwo-equation turbulent model with turbulent corrected and finite-rate/eddy dissipation chemistry reaction model.The comparative analyses between the calculation and experiment results with the distribution and quality of the combustor exist temperature field and the liner
wall temperature were conducted.The aerodynamic parameters of the combustor inlet flow,temperature and pressure etc.were consistent with the test values.The air flow distributions of the liner were determined according to the experimental results.The results of the calculation and comparative analysis show that calculation results of the distribution and quality of the combustor exist temperature field and the distribution of liner wall temperature approach to the experimental results.
Key words:combustor;numerical simulation;heavy duty gas turbine;temperature field;quality;wall temperature
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2009年第35卷第4期Vol.35No.4Aug.2009
航空发动机
析，主要目的是评估计算结果与试验结果的一致性，同时也为今后同类型燃烧室计算积累经验。
2燃烧室简介
R0110重型燃气轮机的燃烧室为逆流环管型（其结构如图1所示），位于压气机的外侧，以缩短燃气轮机轴向长度；主要由燃烧室气缸、沿周向均布的20个火焰筒及喷嘴组件等组成。
该燃烧室设计采用了目前较为先进的干低排放技术，每个火焰筒（其立体图如图2所示）均是分级、分区组织燃烧，以降低污染物排放。
第I级为带8个微型涡流器的环形火焰筒，燃烧方式为扩散燃烧。在低状态下，只有环形火焰筒工作，以保证燃烧完全，降低CO和UHC的排放。
第II级为带有1个主涡流器的管型主火焰筒。主涡流器前安装有8个气体燃料喷杆，喷杆喷出的燃料与空气一起，经主涡流器进入火焰筒燃烧区，形成预混燃烧，以便控制燃烧区火焰温度，降低NOx的排放。
考虑到贫油预混燃烧的不稳定性，在主火焰筒中心还安装了1
个值班气体燃料喷嘴，形成扩散
燃烧，防止燃烧室工作时熄火。
3数学模型
对于所有的流动，FLUENT都
是解质量和动量守恒方程。对于
包括热传导或可压性的流动，需
要解能量守恒的附加方程；对于
包括组分混合和反应的流动，需
要解组分守恒方程或者使用PDF
模型，来解混合分数的守恒方程
以及其方差；当流动是湍流时，还
要解附加的输运方程。
连续性方程、动量方程、能量
方程、气相组分方程及k-ε方程
在柱坐标系中的统一形式可以表
示为
鄣ρu
鄣鄣
φ+鄣rρν
鄣鄣
φ+鄣ρw
鄣鄣
φ=
鄣│Г
φ
鄣φ│+鄣
│rГ
φ
鄣φ
鄣r
│+鄣
r鄣θ
│
Г
φ
1
r
鄣φ
鄣x
│+S
φ
（1）
式中：φ为流动物理
量；Г
φ
为有效扩散
系数；S
φ
为源项；x、r、
θ分别为轴向、径向、
周向坐标；u、ν、w分别为x、r、θ方
向的速度；ρ为气体密度。
当φ=u、ν、w、k、ε、f和h时，分
别对应于x、r、θ方向的动量方程、
湍流动能方程、湍流动能耗散率
方程、组分质量分数方程和能量
方程；当φ=1、Г
φ
=0时，为连续
方程。各方程中Г
φ
和S
φ
的表达
式请参阅文献[2]。
4计算域
考虑到该燃烧室结构复杂且
尺寸较大，为控制网格数量，计算
域仅选取1个完整的火焰筒内
部，即未包括2股腔道部分。按照
火焰筒实际尺寸，用Gambit软件
进行建模及网格划分。Gambit中
生成的计算域如图3所示。整个
计算域划分后的网格节点数量为
220万左右。
在建模中，进行了如下简化，
以便于网格划分：过渡段的结构；
冷却气膜孔简化为等面积的气膜
环；主燃孔和掺混孔简化为等面
积的方孔；未模拟过渡段背部及
出口安装边的冷却孔。
5边界条件
5.1燃料
在计算中，使用100%的甲烷
代替成分较为复杂的天然气，主
要是考虑到计算机硬件配置问题
图1燃烧室简图图2火焰筒
图3计算域实体
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拟简化一些化学反应机理以加快迭代计算速度。采用1步化学反应
CH 4+2O 2→CO 2+2H 2O （2）
每种物质的比热容按下式计
算[3]
c p （T ）=m
k =0Σa k T
k
（3）
修正的c p 多项式系数见表1。
5.2进、出口边界
本次计算状态为燃烧室基本
工作负荷状态。火焰筒各部分空气量，均按火焰筒流量分配试验结果指定。燃烧室空气进口及燃料进口均采用质量流量入口，在计算中，通过调节当地入口处的总压来达到要求的速度。参考压力设为试验时的燃烧室进口压力。
燃烧室出口采用自由出流边界（outflow ），假定出流为充分发展流动。Fluent 在出流边界上使用的边界条件如下：所有流动变量的扩散通量为零；总体质量守恒。
6
计算模型
6.1
化学反应模型
化学反应模型采用有限速率
/涡耗散化学反应模型，以适应R0110重型燃气轮机燃烧室的部分预混燃烧模式的要求。该模型同时计算Arrhenius 反应速率和涡耗散反应速率，净反应速率取二者中的较小值。
实际上，Arrhenius 反应速率作为1种动力学开关，阻止反应在火焰稳定器之前发生。一旦火焰被点燃，涡耗散反应速率通常
会
小于Arrhenius 反应
速率，并且反
应是混合限制的。这样就修正了单纯的涡耗散模型用于预混火焰时的“回火”问题。6.2湍流模
型
湍流模型选用了带有旋流修正的realizable k-ε湍流模型，以适应燃烧室内复杂的带有强旋流的气体流动。方程中的模型常量均按Fluent 默认值给定。6.3
其它模型
辐射模型采用P-1模型；壁面处理采用标准的壁面函数；采用2阶迎风差分格式，以提高计算精度。
7
计算结果与分析
7.1
火焰筒内速度分布主燃孔截面的速度分布如图
4所示。从图4中可以看出，掺混孔的射流深度略浅，这将很难冲散主火焰筒中心的高温燃气，导致出口温度场品质恶化。主燃孔射流深度基本上已经穿透环形火
焰筒，有利于环形区燃料与空气的组织燃烧。
火焰筒逆流区的分布如图5所示。逆流区是回流区的一部分，其分布可以表征回流区的状况。从图5中可以看出，主火焰筒头部回流区比较明显，有利于火焰稳定和组织燃烧。
相比之下，环形火焰筒头部回流区略小，可能导致环形区燃料与空气混合不充分，从而使环形火焰筒头部的燃烧情况较差。7.2
火焰筒内燃料浓度分布火焰筒各截面燃料浓度分布如图6所示。
图6（a ）为火焰筒头部燃料质量浓度分布。从图中可以看出，主火焰筒内的燃料浓度在第2段束腰环之后就已经变得很小，说明主火焰筒头部燃烧情况比较理想，整个燃烧室燃烧效率较高。使用燃气分析法测得的燃烧室燃烧效率为99.99%，证明了上述推测
N 2
CH 4
CO
H 2
a 0a 1a 2
a 3a 4
1.02705E+03
2.16182E-021.48638E-04-4.48421E-08 2.00500E+03-6.81428E-017.08589E-03-4.71368E-068.51317E-10 1.04669E+03-1.56841E-015.39904E-04-
3.01061E-075.05048E-11 1.41470E+041.73720E-01
6.90000E-04—
—
CO 2
H 2O
O 2
a 0a 1a 2a 3a 4a 5a 6 5.35446E+021.27867E+00-5.46776E-04-2.38224E-071.89204E-10——
1.93780E+03-1.18077E+003.64357E-03-
2.86327E-067.59578E-10——8.76317E+02
1.22828E-015.58304E-04-1.20247E-061.14741E-09
-5.12377E-138.56597E-17
表1
比热容温度修正系数
图4主燃孔截面速度分布
图5
火焰筒逆流区分布
30/31
齐兵等：R0110重型燃气轮机燃烧室三维数值模拟
是正确的。从图6（a）中还可以看出，环形火焰筒头部燃料浓度较大，这是环形燃烧区燃烧不完全的表现，说明环形火焰筒内的燃烧效率较差，可以推测火焰将向环形火焰筒出口处移动。
从图6（b）示出的环形火焰筒出口处燃料浓度分布可知，在环形区燃烧确实不完全；对应每个微型涡流器处，均存在燃料高浓度区。
7.3火焰筒内总温分布
图7为微型涡流器中心截面总温分布。从图7中可以看出，掺混气流未能冲散高温燃气，主火焰筒高温区几乎延伸到燃烧室出
口，必将导致燃烧室出口热点温
度过高，即OTDF偏高。
环形火焰筒内火焰向后拖
延，且十分贴近环形火焰筒外壁
面，将导致该区域壁温偏高。火焰
筒壁温试验结果（示温漆）证明了
该推测是正确的（详见第7.5节）。
7.4出口温度分布及品质
计算出的燃烧室出口温度场
分布与试验结果的对比如图8所
示。从图8中可以看出，二者的分
布形式比较接近，高温区的大小
和位置也一致。
从图8中还可以看出，出口
截面左下角和右上角的温度都较
低，这是由于掺混气流穿透深度
不够而直接贴近过渡段壁面流到
了燃烧室出口，并且在火焰筒头
部涡流器旋转气流的带动下产生
了偏转。图9显示出的掺混空气
射流的运动轨迹则证明了上述推
测是正确的。
图10为温度场品质计算结
果与试验结果的对比情况。这里
的试验结果只是在堵住了出口安
装边冷却孔时的试验结果，在计
算中还省略了过渡段背部的冷却
孔（详见第4节），这会导致对叶
尖的温度预测过高，即计算出的
叶尖温度要比试验结果偏高。
从图中可以看出，径向温度
分布RTDF比试验结果偏小，从
沿叶高的分布形式上看，最高点
的位置偏低；沿叶高的温度分布
系数OTDF与试验结果符合得较
好。
通过比较可以发现，计算出
的燃烧室出口温度场分布及品质
与试验结果比较接近。
7.5壁温分布
计算出的环形火焰筒外壁面
温度分布与试验结果的对比如图
11所示。从图中可以看出二者的
高温区分布趋势基本上一致，高
温区相对于主燃孔的位置也基本
一致。
（a）微型涡流器中心截面燃料浓度分布
（b）环形火焰筒出口截面燃料浓度分布图6火焰筒各截面燃料浓度分布
图7微型涡流器中心截面总温分布
图8燃烧室出口温度场
图9掺混空气射流运动轨迹
图10RTDF及OTDF沿叶高
分布对比
图11环形火焰筒外壁面温度分布
（下转第44页）
竖直、倾斜等）的选取。经分析可知，在测压管竖直布置时，油柱会受到重力的影响，重力会使栓塞油柱栓塞不易稳定；而且，一旦油柱液面被破坏，油会沿着竖直的测压管流回试验测量腔。而在测压管水平布置时，即使油柱液面被破坏，油也不会流回测压腔，很容易地再次形成栓塞。所以，测压管的布置要减少水平段，尽量采用竖直或倾斜的管子布置，不允许出现向下凹的管子布置，因为如果在向下凹的管子中一旦形成油柱栓塞，油液很难再被排出。
（4）设置缓冲瓶。在必须采用向下凹的测量管布置的情况下，可以采取在测量管下凹的最低点处安装缓冲瓶的方法来解决测压管内存油的问题。如图6所示，在测压管最低点设置缓冲瓶，利用重力作用使测压管内的存油流到缓冲瓶内，从而达到消除栓塞的
目的。
5结论
（1）测压管内油气介质中的
油凝结可造成测压管内形成油柱
栓塞，油柱栓塞液体表面张力是
在小压力情况下压力测量不准或
停车后压力测量指示值不回零的
主要原因。
（2）测压管的布置由于有重
力影响，也会使测试产生误差。
（3）油气混合介质的小压力
测量不准问题可通过选取较大内
径和内壁表面粗糙度低的的测压
管、合理布置测压管或采用设置
缓冲瓶的办法来解决。
致谢
中航工业沈阳发动机设计研
究所的谷俊、慕伟对本文完成提
出了建议，在此表示衷心感谢！
参考文献
[1]James WM urdock.Fluid M echanics and
its Applications[M].Boston：Houghton
M ifflin Company,1976.
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术，2003，（9）：230－234.
[3]袁恩熙.工程流体力学[M]，北京：石油
工业出版社，1986.
图6设置缓冲瓶的测压管
(上接第32页）计算出的主火焰筒壁面温度分布与试验结果的对比如图12所示。从图中可以看出，计算结果也预测出了过渡段壁温偏高的情形。
8
结论
通过R0110重型燃气轮机逆流环管型燃烧室单个火焰筒内部
流场的数值模拟计算，得出以下
结论。
（1）环形火焰筒头部回流区
较小，不利于燃料与空气混合燃
烧。环形头部燃烧情况较差，火焰
向出口处延伸，并且十分贴近环
形外壁面，使得环形外壁面局部
区域壁温过高。部分燃料未参与
燃烧便直接进入主火焰筒。
（2）主火焰筒头部回流区比
较明显，有利于燃料与空气混合
燃烧。主火焰筒的燃烧情况比较
理想，燃烧效率较高；但掺混孔射
流深度不够，未能冲散火焰筒中
心的高温燃气，致使出口温度场
品质恶化。
（3）计算得到的燃烧室出口
温度场分布及品质与试验结果比
较接近；计算出的火焰筒壁温分
布特征与试验结果比较接近，可
以用来定性分析火焰筒壁温的分
布。
参考文献
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[2]岑可法，樊建人.工程气固多相流动
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[3]FLUENT6.1User's Guide,Fluent Inc.
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图12主火焰筒壁面温度分布
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重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术
重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术 发表时间：2017-11-01T11:36:42.450Z 来源：《电力设备》2017年第18期作者：王锋 [导读] 摘要：重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。 （中国电建集团核电工程公司调试运营公司山东济南 250102） 摘要：重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。 关键词：重型燃气轮机；发展现状；关键技术；发展趋势 1.前言 燃气轮机广泛应用于发电、机械驱动、船舶动力等领域。作为热功转换的动力装置，具有比功率大、起动及负荷变化快、可燃用多种燃料等优点，是实现能源高效洁净转换的核心装备。 2.我国重型燃气轮机发展现状 我国重型燃气轮机发展的早期(1950～1970s)是以前苏联技术为基础而开展自主研发的阶段。当时自主设计、试验和制造了一系列200～25000kW燃气轮机。这其中包括了200kW车载燃气轮机、1500kW重型燃气轮机和4000HP机车燃气轮机。当时清华大学、哈尔滨汽轮机厂(哈汽)、上海汽轮机厂(上汽)、南京汽轮机厂(南汽)、中国北车集团长春机车厂(长春机车)、青岛汽轮机厂(青汽)、杭州汽轮机厂(杭汽)等单位都投入到了我国燃气轮机早期研制阶段。到了1980s～2000年，我国的燃气轮机产业走上了仿制与合作生产的道路，不再自行研究、设计和试验燃气轮机产品。当时以南汽为主测绘、仿制了GE公司MS5001(23MW)燃气轮机，与GE合作生产了PG6581(6B/36MW)燃气轮机。 自2002年打捆招标以来，我国重型燃气轮机产业进入到新的发展时期，引进了当代先进的F/E级技术，希望以此推动消化吸收、再创新。在2001～2007年的6年间，我国以3次“打捆招标、市场换技术”方式，引进了GE、MHI、Siemens公司的F/E级重型燃气轮机50余套共2000万千瓦，由哈汽－GE、东汽－MHI、上汽－Siemens、南汽－GE等4个联合体实行国产化制造，目前国产化率接近70%。同时，以西气东输和进口液化天然气(LNG)为标志，保证了燃气轮机的燃料供应。 3.重型燃气轮机的关键技术 3.1自适应控制技术 由于实际工作环境和使用寿命的变化，重型燃气轮机的部件不可避免地会出现叶片结垢、间隙增大、侵蚀和腐蚀等问题，这将导致部件较设计点出现性能退化，而控制系统通常都是基于理想的额度工况性能进行设计的。这种不匹配性会随着燃气轮机运行时间的累积而加速燃气轮机寿命的消耗。一种可行而有效的解决办法就是自适应控制技术，即通过在线自适应模型和观测器技术使得燃气轮机在部件出现性能衰竭或低强度的异常时，能够自动调节相应的控制参数，保证控制系统与性能衰减后模型的匹配性，从而消除使用期退化造成的性能差异对燃气轮机运行的消极影响。与航空燃气轮机自适应控制机理相似，自适应控制系统通常会采用燃气轮机中的传感器测量数据，利用观测器技术对不可测的性能退化参数进行实时估计，具体的估计方法可以采用简单的卡尔曼滤波器、未知输入观测器，或者复杂的神经网络、支持向量机等非线性智能技术。 此种控制方案的自适应鲁棒性很大部分取决于装载的在线实时模型，在线实时模型应能够对燃气轮机气路故障、传感器和执行机构故障等进行诊断、隔离和重构，同时具有较强的抗干扰能力。即使是在燃气轮机出现物体打伤等严重损伤的情况下，也能够通过控制策略判定受损燃气轮机的运行状况，并能采用自适应重构控制回路，确保燃气轮机的安全停机等。由于燃气轮机的受损的判断十分复杂，采用专家系统和智能决策技术是一种可行方案。 3.2主动间隙控制技术 主动间隙控制技术是现代燃气轮机技术的代表之一，是一项通过控制透平叶尖间隙的变化来降低燃气轮机燃料消耗率、提高可靠性和延长使用寿命的重要技术措施，同时对减少污染物的排放也有较大的贡献。目前该技术已在航空发动机特别是民用航空发动机上获得了普遍的应用，如著名的CFM56系列发动机就基本采用这种技术。美国NASA的研究结果表明，透平叶尖间隙每减少0．25mm，燃料消耗量可减少0．8%～1%。从重型燃气轮机的运行过程来看，启动过程中，当燃气轮机由静止启动到全速空载状态时，此时由于转速突然上升，轮盘和叶片的离心变形瞬间增大;而透平内缸由于热容的效应而尚未达到最高温度，热变形的响应非常小。这种变形的不一致导致在启动过程中透平叶尖间隙突然变小。而随着燃气轮机进入全速空载状态后，透平内缸逐渐受热膨胀，叶尖间隙逐渐变大。在加/减负荷阶段，间隙略有变化，但由于转速变化不剧烈，叶尖间隙变化较少。 这使得透平叶尖与透平内缸之间的间隙设计非常困难，如果叶尖间隙设计过大，在叶片压力面和吸力面之间存在的压差作用下，燃气会产生泄漏，从而降低燃气轮机的工作效率，增加燃料消耗量。而叶尖间隙过小又会导致叶片和透平内缸之间产生摩擦，降低燃气轮机的工作寿命。为解决这个技术难题，目前比较常用的控制方式是采用主动热控制方法。其工作原理是在燃气轮机工作过程中，利用从压气机中抽取的冷气对透平内缸及透平外环支撑件进行冲击冷却，通过控制冷却空气的流量和温度，改变透平内缸热膨胀量，进而控制其径向位移，使转子叶片与透平内缸之间的间隙达到预期值。 4.对我国发展重型燃气轮机技术发展趋势分析 开展系统的燃气轮机基础研究，发展燃气轮机技术，进行关键技术的验证，建立部件的设计、试验、制造平台，是发展燃气轮机产业的基础。从我国60年发展燃气轮机技术的历程，特别是近十年的发展历程来看，为了推动燃气轮机技术的发展，必须接受经验教训，开展机制体制创新。这十年来，尽管以重型燃气轮机型号为引领，开展了相关的燃气轮机高技术研发;但是这些高新技术的原创性不高、系统性不足，所建立的设计体系不够成熟、完备，没有完全建立起发展关键技术的能力。而且对于引进的技术没有进行充分的技术消化吸收。 另外从行业角度来看，机械航空部门壁垒分明，没有各取所长，充分融会贯通。技术开发过程中企业和高校、研究院所的联合不够紧密，科研与技术研发有一定的脱节。要推动我国燃气轮机技术的全面发展，首先要全面开展燃气轮机各项先进技术的研究，包括:先进的燃气轮机总体设计技术，高性能压气机的设计制造技术，高性能透平设计制造技术，先进的热端部件冷却技术，燃料适应性强、高效、低污
燃气轮机结构-燃烧室
第三章燃气轮机 3.1概述 （1）燃烧室功用及重要性 1.保证燃机在各种工况下，将燃料化学能转换为热能，加 热压气机压缩的空气，用于涡轮膨胀做功。 2.燃烧室是燃机的主要部件之一，燃机的性能、可靠性、寿命 皆与它有密切关系。 （2）燃烧室的工作条件 ①燃烧室在高温、大负荷下工作 ②燃烧室在变工况下工作 ③燃烧室在具有腐蚀性的环境下工作 ④燃烧室内的燃烧过程是一个极其复杂的物理化学过程 ⑤燃烧室中的燃烧在高速气流及贫油混合气情况下进行 （“空气分股”、“减速扩压”、“反向回流”） （3）燃烧室的设计要求 ①不同工况下，燃烧室工作应稳定 ②燃烧要安全 ③燃烧室具有最小的流体阻力 ④燃烧室出口温度场应能满足涡轮的要求 ⑤在任何使用条件下，燃烧室都应该迅速、可靠地启动点火，且联 焰性好 ⑥工作寿命长 ⑦燃烧室的尺寸和质量要小 ⑧排气污染应能满足国家标准要求 ⑨检视、装拆和维修应当方便 3.2三种基本类型燃烧室 的结构概述 （1）分管燃烧室 1.结构特点 管形火焰筒的外围包有一个单独的壳体，构成一个分管，沿燃气轮机周围6-16 个这样的分管，各分管用传焰管连通，以传播火焰和均衡压力。 2.优点： ①装拆、维修、检修方便 ②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际 情况 3.缺点： ①装拆、维修、检修方便 ②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际 情况
（2）环管燃烧室 1 .结构特点： 若干个火焰筒均匀排列安装在同一个壳体内，相邻火焰燃烧区 之间用传焰管连通。 2.优点： ①适合与轴流式压气机配合，布局紧凑、尺寸小、刚性小； ②气流转弯小，流体阻力小，热散失亦小； ③调试比较容易，加工制造的工作量比分管小。 3.缺点： ①燃烧室出口温度场沿周向不够均匀； ②燃烧室的流体损失较大； ③耗费的材料、工时较多； ④质量较重。
世界重型燃气轮机产品系列发展史及其启示
世界重型燃气轮机产品系列发展史及其启示 导读 重型燃气轮机是发电设备的高端装备，其技术含量和设计制造难度居所有机械设备之首，是机械制造行业的金字塔顶端，在国民经济和能源电力工业中有重要的战略地位。 1、前言 重型燃气轮机是发电设备的高端装备，其技术含量和设计制造难度居所有机械设备之首，是机械制造行业的金字塔顶端，在国民经济和能源电力工业中有重要的战略地位。目前燃气轮机联合循环发电已经达到全球发电总量的五分之一（欧美国家已超过三分之一），最先进的H/J级燃气轮机单循环和联合循环效率已经达到40%—41%和60%—61%，为所有发电方式之冠。燃用天然气的燃机电站污染排放极低，二氧化碳比排放量是超临界燃煤电站的约一半，大力发展天然气发电是包括我国在内的世界各国保护环境和落实《巴黎协定》减少温室气体排放的主要措施之一。 我国党和政府对发展重型燃气轮机产业高度重视，航空发动机与燃气轮机国家科技重大专项（简称两机专项）从今年开始进入实施阶段，已经列为“十三五”发展计划中我国要实施的100项重点任务之首。 从1939年世界第一台发电用重型燃气轮机诞生以来，经过半个多世纪技术进步和企业重组，GE、西门子和三菱公司各自形成了完整的技术体系和产品系列并垄断了全球市场。重型燃气轮机的研发是一项复杂的系统工程，技术难度很高、研发投资巨大、实施周期很长，一旦决策失误，轻则造成不同程度的经济和市场份额损失，重则有可能使公司陷入危机甚至导致公司破产（被兼并）。这三家公司技术上成功的基本经验和教训是什么？这些经验和教训对我国燃气轮机行业自主创新有什么启示？什么是我国燃气轮机行业自主创新应当遵循的科学合理的技术路线？这是我国燃气轮机全行业共同面临的问题。 2、世界重型燃气轮机发展历程综述 1939年在瑞士BBC公司诞生了世界第一台发电用重型燃气轮机，标志着发电行业由汽轮机进入了燃气轮机时代。七十多年来世界重型燃气轮机的发展大致可分为五个阶段： 诞生阶段（1939—1950年代末期）：重型燃气轮机刚刚诞生，仅BBC公司进行研发，产品功率小（不超过4MW）、燃气温度低（不超过800℃）、热效率低于20%。二战期间发展停滞。 早期阶段（1950年代—1970年代末期）：二战结束后美国GE公司、德国西门子公司先后开始研制重型燃气轮机，走的是原始创新的技术路线。三菱公司从1960年代开始研制重型燃气轮机，走的是引进技术消化吸收再创新的路线。三家公司在1970年代后期都完成了原型燃机（功率25MW以下）的研制，燃气温度达到1000℃，效率约26%。研制原型燃机的主要目的是突破并掌握核心技术、选定燃机主机基本结构特别是转子结构、建立试验设备和培养人才。 全球市场第一阶段（1980年代—1990年代中期）：E 级技术发展和成熟期。1980年代初推出的E级基本型号单机功率为31—105MW（50Hz,下同）、燃气温度
燃气轮机合成气燃烧室燃烧稳定性的实验研究
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 燃气轮机合成气燃烧室燃烧稳定性的实验研究Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-1217-35 燃气轮机合成气燃烧室燃烧稳定性 的实验研究 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 燃气轮机是通过燃烧将化学能转化为机械能的装置，目前燃气轮机广泛的应用到发电、管道输送、船舶动力等领域。对于燃气轮机，燃烧室是燃气轮机最重要的部位，实现稳定安全的燃烧是十分重要的，只有保证燃烧室的稳定燃烧，才能保证燃气轮机的安全稳定的运行。本文通过理论和实验研究，对燃烧室稳定性燃烧进行分析，并且提出了相应促进燃烧稳定的方法，希望为燃气轮机的安全稳定运行提供理论参考。 由于燃气轮机具有功率大、体积小、效率高、污染低等特点，燃气轮机在多种领域具有广阔的应用前景。保证燃气轮机的稳定燃烧，就必须保证燃烧室在任何工况下的稳定燃烧。燃烧室燃烧稳定性关系到燃气轮机的寿命以及安全运行，因此对燃烧室燃烧稳定
燃气轮机原理与结构解析
图说燃气涡轮发动机的原理与结构 曹连芃 摘要：文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理；对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍；对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。 关键字：燃气涡轮发动机，燃气轮机，轴流式压气机，燃烧室，轴流式涡轮 1. 燃气涡轮发动机的工作原理 燃气涡轮机发动机（燃气轮机）的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转，见图1。 图1-走马灯与燃气涡轮 燃气轮机属热机，空气是工作介质，空气中的氧气是助燃剂，燃料燃烧使空气膨胀做功，也就是燃料的化学能转变成机械能。图2是一台燃气轮机原理模型剖面，通过它来了解燃气轮机的工作原理。 从外观看燃气轮机模型：整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口（燃气出口）。 燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。
图2-模型燃气轮机结构 在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。 图3-燃气轮机工作过程 在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子，如图4所示。
GE公司9F重型燃气轮机的演化解析
GE公司9F重型燃气轮机的演化 . 简介 作为一家拥有130年能源创新历史，并在160多个国家拥有机组运行经验的公司，在发电设备，能源服务及能源管理系统领域中，GE业已成为世界最大、产品最多样化的供应商之一。事实上, 在今天，GE产品承担着全世界四分之一的发电量。作为世界燃气轮机技术的领跑者，GE推出的F级燃气轮机实现了多项业界第一，其中包括：第一家机组交运过1000台，第一家机组在世界范围内运行服役超过3500万小时，同时也是第一家为整体煤气化联合循环发电(IGCC)设计并制造F级燃气轮机的厂商。 融汇大量成熟产品技术，紧跟全球不断变化的电力生产需求，GE 9F燃气轮机持续革新改进，在保持原有F级机组运行灵活性的同时，不断改善发电出力，效率，排放并拓展其应用领域。如今，F级燃气轮机产品线下的9FA和9FB两款机型，拥有着世界领先的技术及性能。 II. 产品的演化 9F级50Hz重型燃气轮机家族已有超过20年的发展历史，1991年，GE推出简单循环出力达212MW，效率达35.0%的9F型燃气轮机。随后，很快又推出了增加了14.5MW出力和更高效率的9FA燃机(01版)。如图1所示，9FA燃机持续改进，接着推出了9FA燃机(02版)以及现在的03版设计。目前，9FA燃机(03版)做了多种针对客户需求的改进，包括了机组性能的提高，运行灵活性的增强和机组可用率的提升。这些技术中包括了增强型压气机，干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+), 热通道部件冷却技术升级及叶片状态监测等。 图1：9F重型燃气轮机的演化
随着客户需求的不断发展，9F燃机家族推出了更高出力和效率的9FB燃机。作为GE最先进的50Hz空冷燃机，9FB燃机应用了与9FA燃机相同的压气机设计并提高压比，使用了新型的可适应更高燃烧温度的热通道部件。从干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+)，到更高性能的新型部件，再到可减少安装时间的模块化辅助系统，9FB燃气轮机正用不断的技术革新来满足客户日益发展的需求。 2011年，为满足客户一直以来对机组运行灵活性的需求，GE推出了FlexEfficiency* 50联合循环电厂，该电厂以全面革新的9FB燃机为基础，结合压气机和透平升级技术, 继续采用干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+), 单轴配置下额定出力可达510MW，满负荷下效率大于60%。FlexEfficiency* 50联合循环电厂设计和燃机设计平行进行，整体优化，确保了机组高水平的运行灵活性。9FB 燃机(05版)，9FA燃机，9FB燃机(03版)性能对比，请参见表1。 9FA和9FB燃机系列运行效率高且兼顾运行灵活性。在考虑燃料成本时，9FB燃机的高效率缓解了燃料成本高企给电厂带来的压力，而在考虑机组成本时，9FA 燃机为简单循环调峰运行和联合循环电厂提供了经济的解决方案。9FA和9FB燃机的运行灵活性可满足当今电网调峰及平衡可再生能源供电波动的快速响应的需求。拥有灵活起停及更低的部分负荷运行能力的9FA和9FB燃机为电厂操作人员提供了适应电力需求波动的最佳选择。此外，9FA和9FB燃气轮机还可满足部分区域电网对于频率波动和欠频运行的要求(具体的偏频运行水平需要根据具体现场和地方法规要求而定。) 机群数据统计 目前，9F燃机累计装机240台，总计运行超过9百万小时和9万次启动。9F机组于20年前推出，目前已遍布世界各地。除了在像西欧这样的发达国家市场上运行(如英国，意大利，西班牙等)， 9FA和9FB燃机市场亦扩展到了新兴市场，例如东欧(拉脱维亚，立陶宛)，北非(阿尔及利亚，埃及)，中东，南美(智利，阿根廷)和中国。图2，图3是一些机组的现场安装照片。
重型燃气轮机发展情况概述
重型燃气轮机发展情况概述 燃气轮机热效率高、污染低、可靠性和维护性好、可用多种燃料、不用或少用冷却水等优点,是多学科和多工程领域综合发展的高科技产品。自20世纪40年代问世以来，燃气轮机技术及产业发展迅速，目前已开始应用蒸汽冷却技术，透平温度达到1400℃，功率和效率更高，H级燃气蒸汽联合循环发电机组，单机联合循环功率已接近50万千瓦，效率已达55%～58%。然而燃气轮机制造涉及多学科一系列高技术的组合，一些发达国家对其部件出口和技术交流均有限制，虽然通过多年努力我们在燃气轮机技术上已取得了显著成效，但是仍需进一步攻克核心技术，取得燃气轮机关键技术、设备自主设计和制造能力。 一、大力发展燃气轮机的必要性和可行性 1. 燃气轮机是调整能源结构和推动工业发展的广泛需求 2010年，我国一次能源产量达到28.5亿吨标准煤，居世界第一，消费总量达到32.5亿吨标准煤。电力装机翻倍增长，总装机规模达到9.65亿千瓦，居世界第二；自2005年起，我国装机每年跨越一亿千瓦的平台，陆续实现了历史性跨越，迈上了一个又一个新台阶。五年新增发电装机规模，相当于建国至2002年50多年的总和，也相当于英国、法国、意大利三个发达国家电力装机的总和，创造了世界电力发展史上的奇迹。但以煤为主的能源结构造成大气严重污染，世界银行估计空气污染每年给中国造成的直接损失占国内生产总值的8%～12%。因此，发展清洁能源势在必行。世界新增的发
电容量中有35%左右是由燃气轮机联合循环机组提供的。多数专家估计，在未来20年，亚洲将越来越依靠天然气发电，到2020年天然气发电的比例将占15％，发展燃气轮机技术对于提高天然气等清洁燃料的应用比例、优化能源结构具有重要作用。 燃气轮机的用途广泛，在电力领域和其他工业领域都有重要应用。除用于基本负荷发电外，燃气轮机启停方便、功率较大，还可用于备用电站、热电联产、尖峰负荷发电等，是电网调峰、提供清洁可靠、高质量发电及热电联供的最佳方式。 燃气轮机除可利用天然气、液化石油气等高热值燃料外，还可以利用高炉煤气、整体煤气化联合循环（IGCC）合成气、焦炉煤气等中低热值燃料，对调节能源结构起到促进作用。如20世纪90年代后，美国、西欧就相继建成了数座20～30万千瓦的大型IGCC示范电站，并投入商业化运行，许多国家都加快了IGCC等洁净煤发电技术的发展步伐。 除发电外，燃气轮机还广泛用于驱动压缩机和泵等机械的动力源。目前，天然气长输管线压缩机和大型输油管线增压泵的驱动只能采用燃气轮机或 电动机，如我国“西气东输”工程加气站用的燃气轮机基本由英国“罗罗”公司和GE公司中标，其产品价格昂贵且不转让技术；化工工业以及舰船、机车驱动等也都广泛用到燃气轮机。 此外，分布式发电系统采用的微型燃气轮机是一类新型发动机，近年来，随着全球范围内的能源与动力需求结构以及环境保护等要求的变化，微型燃
重型燃气轮机发展现状及发展研究
重型燃气轮机发展现状及发展研究 摘要：文章对重型燃气轮机的发展背景以及国内外重型燃气轮机的发展现状进行分析，展望未来重型燃气轮机的发展趋势，并对未来我国重型燃气轮机行业的发展提出了几点建议，以供参考。 关键词：重型燃气轮机；发展现状；发展趋势 1引言 近年来随着我国经济的快速发展以及工业化进程的不断加快，我国的燃气轮机在工业领域中的应用数量在不断增大，而且在发电领域中由于具有较高的效率、较小的污染以及较短的建设周期和较快的收效而被广泛应用。尤其是在进入上世纪80年代以来，随着全球冶金以及3D打印等先进技术的发展和进步，燃气轮机的单机容量和参数也在不断增大，成为现有热功转换发电系统中效率最高的大规模商业发电方式。为此，文章就针对目前国内外中性燃气轮机的发展现状进行介绍，并对未来重型燃气轮机的发展趋势进行展望，为我国重型燃气轮机的发展提出建设性的建议。 2国内外重型燃气轮机发展现状 2.1国外重型燃气轮机的发展现状 国外的重型燃气轮机发展主要经历了三个阶段，在上世纪90年代之前所出现的重型燃气轮机属于常规级的燃气轮机，也就是B、D级别，其单机功率、效率以及联合循环效率都比较低。随着进入本世纪以来各项技术发展，重型燃气轮机也进入了当代级别，也就是E、F级别，后来在2010年以后重型燃气轮机又进入了先进级别，也就是G、H级别，无论是初温，还是单机功率、效率以及联合循环效率都有了较大的进步和发展。未来重型燃气轮机的单机效率有望突破45%并持续增加，而且联合循环效率也会达到65%。目前国际上重型燃气轮机市场的垄断现象比较严重，主要的燃气轮机公司有GE、西门子以及三菱日立等公司，这几家公司的产品也代表着本行业中的最高水平。目前各个公司的主要代表机型就是H级以及J级重型燃气轮机，就是在原有的技术基础上对其主要的压气机、燃烧时以及透平等进行了发展和创新。 2.2国内重型燃气轮机的发展现状 我国对重型燃气轮机的研究开始于上世纪50年代，然后进行自主研发和设计生产大概在上世纪的60到70年代，而且在上世纪的80年代，我国的部分企业开始与国外上述比较大型的企业建立合作关系，并引入了国外的先进技术，尤其是以我国的哈尔滨电气、东方电气以及上海电气集团为主。经过多年的技术引进以及联合开发，我国的重型燃气轮机的科研和生产能力有了飞速的发展和进步。而且在引进目前国外比较先进的E级以及F级燃气轮机的基础上，以上述几家大型公司为核心，也开始形成了相应的燃气轮机制造产业群。在各个行业中已经进行了上述两个级别的重型燃气轮机以及配套的燃气-蒸汽联合循环全套发电设备的较高设计与生产能力。但是在目前已经实现了国产化的装配和制造的同时，还需要加大对核心技术的深入研究，争取实现核心技术的自主研发，以及相关热端部件的制造，还有维修技术以及控制技术的自主研发。 3重型燃气轮机发展趋势 在目前我国不断进行能源结构调整以及对各个行业提出较高的环保要求的同时，中心燃气轮机的发展更是需要向以下几个方面进行发展：首先就是要对燃气轮机的参数进行进一步提高，主要目的就是实现循环热效率的提高。其次是提
燃气轮机结构-涡轮
第四章涡轮 涡轮概述 一:涡轮功用 把来自燃烧室的高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功，用以带动压气机、附件和外负荷。 二：按燃气流动方向分类 轴流式径流式（离心式、向心式） 三：涡轮工作条件 高温、高转速、频繁剧烈热冲击、不均匀加热及由于转子不平衡和燃气压力、流量脉动造成的不平衡负荷的作用。 四：船舶燃气轮机涡轮 船舶燃气轮机多应用轴流式涡轮。其特点是功率大、燃气温度高、转速高、效率高。 燃气发生器涡轮（增压涡轮）：用来带动压气机和附件； 动力涡轮：用来带动减速器-螺旋桨或其他负荷，输出功率 五：涡轮通流形式 平的 扩张型：等中径通流等内径通流等外径通流
涡轮转子 一：涡轮转子组成 涡轮盘、涡轮轴、工作叶片、连接零件 二：盘与轴的连接 1.不可拆卸式结构：销钉连接整体结构或焊接 2.可拆卸式结构：螺钉连接短螺栓连接
三：盘与盘的连接 盘与盘地连接也分为不可拆卸和可拆卸两种结构，如下为典型连接： 不可拆卸式的径向销钉连接用长螺栓连接的可拆卸结构用短螺栓连接的可拆卸结构四：工作叶片及其与轮盘的连接 1：工作叶片工作环境： 离心力、气动力、振动负荷、受到燃气腐蚀、冷热疲劳 第一级工作叶片工作条件最恶劣，决定燃气初温选择，直接影响燃气轮机性能和可靠性 2：工作叶片组成 叶身、中间叶根、榫头（有些叶尖带有叶冠） 3：中间叶根作用 可以减少向轮盘传热，改善榫头应力分布不均匀；可以通冷却空气，降温，减少热应力，减轻轮盘质量。 4：榫头 叶片用枞树形榫头连接，承受负荷、离心力大、高温下工作。 故需满足：a.允许榫头受热后自由膨胀 b.传热性能好，叶片热量容易带走5：工作叶片的固定： 涡轮静子 一：涡轮静子组成 涡轮外环、导向器、涡轮支撑、传力系统 二：涡轮机匣 1：结构特点 一般采用整体式，且采用与燃机轴线垂直的分开面，将外环分成几部分 也有用于纵向剖分面的分开式结构的机匣，但多用于多级涡轮的情况 : 2：径向周向定位 通常采用圆柱表面实施，也有用几个不等距的精密配合的销钉作为定位件，再用精配螺栓附加定位
R0110重型燃气轮机燃烧室三维数值模拟
航空发动机 1引言 燃气轮机燃烧室的传统设计 方法主要是依靠经过分析、总结的大量试验数据后，得到的经验公式，而由此设计出的方案还要再通过反复试验来验证 、完善及筛选。因此，传统燃烧室设计需要耗费大量时间、 人力、物力和财力[1]。近来，计算流体力学和计算燃烧学的迅速发展以及计算机商业软件的广泛应用，使得以计算机模拟、诊断技术研究为主的新型设计方法逐步趋向成熟，虽然 目前还不能替代传统的设计方法，但可作为辅助设计手段，以缩短燃烧室设计周期，减少设计费用。 本文在已有燃烧室试验结果 的基础上，使用Fluent 软件，对R0110重型燃气轮机逆流环管型燃烧室单个火焰筒内部的流场进行了全尺寸的三维数值模拟计算，并与试验结果进行了比较分 齐兵（1981），男，主要从事燃气轮机燃烧室设计工作。 收稿日期：2008-05-13 R0110重型燃气轮机燃烧室 三维数值模拟 齐兵，金 戈，顾铭企 （沈阳发动机设计研究所，沈阳110015） 摘要:采用SIM PL E 算法，应用带有旋流修正的k-ε双方程湍流模型及有限速率/涡耗散化学反应模型，对R 0110重型燃气轮机逆流环管型燃烧室单个火焰筒进行了三维数值模拟计算。将计算出的燃烧室出口温度场的分布、 品质及火焰筒壁温与试验结果进行了对比分析。燃烧室进口流量、温度、压力等气动参数均与试验时保持一致，火焰筒各部分空气流量也均按火焰筒空气流量分配试验结果给定。计算和对比分析的结果表明，计算得到的燃烧室出口温度场的分布、品质及火焰筒壁温分布与试验结果比较接近。 关键词：燃烧室；数值模拟；重型燃气轮机；温度场；品质；壁温 3D Numerical Simulation of R0110Heavy Duty Gas Turbine Combustor QI Bing,JIN Ge,GU Ming-qi (Shenyang Aeroengine Research Institute,Shenyang 110015,China) Abstract:3D numerical simulation of the single liner was performed for the R0110heavy duty gas turbine reverse-flow cannular combustor using SIMPLE algorithm based on k-εtwo-equation turbulent model with turbulent corrected and finite-rate/eddy dissipation chemistry reaction model.The comparative analyses between the calculation and experiment results with the distribution and quality of the combustor exist temperature field and the liner wall temperature were conducted.The aerodynamic parameters of the combustor inlet flow,temperature and pressure etc.were consistent with the test values.The air flow distributions of the liner were determined according to the experimental results.The results of the calculation and comparative analysis show that calculation results of the distribution and quality of the combustor exist temperature field and the distribution of liner wall temperature approach to the experimental results. Key words:combustor;numerical simulation;heavy duty gas turbine;temperature field;quality;wall temperature 28/29 2009年第35卷第4期Vol.35No.4Aug.2009
燃气轮机燃烧室性能指标的衡量
燃气轮机燃烧室性能指标的衡量 （1）燃烧效率。目前，一般燃气轮机组中燃烧室的燃烧效率都能达到95％～99％，航空发动机的燃烧效率更高。 （2）总压保持系数。定义为=P3/P2，是衡量燃烧室气动性能好坏的指标，目前一般燃烧室在设计工况的在0.95～0.97左右。对于连续流动的工质，总压下降有两个原因。一是热力学上的“热阻”，它随工质加热程度（用燃烧室出口总温与进口总温之比τ=T3/T2来表示）的增加而增加，是不可避免的；另一个就是摩擦、掺混等不可逆流动的因素导致的损失，其中有的是为了有效组织燃烧过程而不得不付出的代价。燃气轮机燃烧室研制中要致力于最大限度地减少不必要的总压损失。 （3）出口温度均匀度。在许多燃气轮机中，燃烧室的出口是与透平的入口很靠近的，如果出口处燃气的温度不均匀，即有些地方温度高，有些地方温度低。这样就有可能使透平叶片受热不均，甚至有被烧坏的危险。一般希望燃气的最高温度不能比出口平均温度t3高60～80℃。此外，在装有许多个燃烧室的机组中，还应力争每个燃烧室出口温度场的平均值相互之间的偏差不超过15～20℃。 此外，出口温度沿燃气轮机半径方向的分布有一种中间高，两端低的自然趋势，这正是发挥透平叶片材料的潜力所要求的，因为透平叶片尖部（外径处）受气流加热最严重，容易局部金属温度高；而叶片根部（内径处）则应力最大，希望金属温度低些以保证更好的强度。这样叶片中径处气流温度相对高一些正好满足叶片等强度的要求。 （4）污染物排放。随着环境保护要求的提高，控制燃烧污染物的排放已成为燃气轮机燃烧室研制中首要解决的问题之一。目前我国对燃气轮机的燃烧污染物排放还没有制定限制规范，但国际上对燃气轮机特别是航空燃气轮机排放已做出严格的限制。 （5）火焰筒壁温度水平和梯度。火焰筒壁面温度的高低及其均匀程度对于燃烧室的工作寿命有决定性的影响。一般规定，火焰筒的壁面温度不应超过金属材料长期工作所能承受的温度水平。对于工作寿命要求较长的燃烧室来说，希望能把火焰筒的最高壁温控制在650~700℃左右，但在工作寿命较短的燃烧室中，其最高壁温则有可能超过800～850℃，甚至局部有可能达到900℃左右。火焰筒壁面上温度分布的均匀程度也是一个很重要的安全性指标，因为局部温度梯度是导致热应力的原因，特别是在受冷、热气流冲击和接缝、边缘等传热条件不均匀的部位，容易发生金属温度的差异；必须在调试时严密注意和控制。 （6）燃烧室的变工况特性。随着燃气轮机运行工况的变化，燃烧室也往往会在偏离设计工况的条件下工作。这时，流经燃烧室的空气流量、温度、压力、速度以及燃料消耗量都会发生变化。由于燃烧室没有运动部件，因此供入空气的任何变化对燃烧室内部流动的影响只表现在量的方面。简单地说，不同工况下的流动基本上是“相似”的，即气流的模式相同，只是速度大小成比例地加大或减小。供入燃料量的变化，则会从另一方面对燃烧过程产生重要的影响。一般而言，决定燃烧室工况的独立变量有两个，即特征流动状态（例如入口流动状态）和相对燃料量（用过量空气系数表示）。对于在具体燃气轮机中应用的燃烧室而言，这二者之间有一定的函数关系，一般而言燃烧室的值随燃气轮机负荷的升高而下降。燃烧室的变工况特性可以用燃烧室性能参数，即燃烧效率、总压保持系数，壁面温度、出口温度场等随过量空气系数 的变化来表示。 现有对于燃烧室变工况特性的认识远不如对压气机和透平那样清楚和完整，而且都是通过
燃气轮机复习题知识分享
电站燃气轮机课程复习思考题 1. 词语解释： （1）循环效率：当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为机械功l c的百分数。 （2）装置效率（发电效率）: 当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为电功l s的百分数。 （3）净效率（供电效率）: 当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为净功l e的百分数。 （4）比功:进入燃气轮机压气机的1kg的空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的机械功（或电功）l s（kJ/kg）,或净功l e（kJ/kg）. （5）压气机的压缩比: 压气机的出口总压与进口总压之比。 （6）透平的膨胀比: 透平的进口总压与出口总压之比。 （7）压气机入口总压保持系数:压气机的入口总压与当地大气压之比。 （8）燃烧室总压保持系数:燃烧室的出口总压与入口总压之比。 （9）透平出口总压保持系数:当地大气压与透平的排气总压之比。 （10）压气机的等熵压缩效率:对于1kg同样初温度的空气来说，为了压缩达到同样大小 的压缩比，等熵压缩功与所需施加的实际压缩功之比。 （11）透平的等熵膨胀效率:对于1kg同样初温度的燃气来说，为了实现同样的膨胀比， 燃气对外输出的实际膨胀功与等熵膨胀功之比。 （12）温度比:循环的最高温度与最低温度之比。 （13）回热循环:在简单循环回路中加入回热器，当燃气透平排出的高温燃气流经回热器时，可以把一部分热能传递给由压气机送来的低温空气。这样，就能降低排气温度，而使进到燃烧室燃料量减少，从而提高机组的热效率。 （14）热耗率：当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q，转化成机械功（或电工）
燃气轮机组成
燃气轮机组成 燃气轮机是一种连续回转的内燃、叶轮机械式的新型热机，主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成 燃气轮机工作过程 压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；燃气透平所发出的功一部分用于带动压气机工作，剩余的功作为燃气轮机的输出功。 燃气轮机按功率大小分类 微型燃气轮机：民用发电领域（分布式能源系统、废气燃烧发电、小型调峰电站）;军事领域（飞机动力、舰船辅助动力、坦克及军用车辆动力、军营发电设备、武器（导弹）发电设备）。 中小型燃气轮机：船舶燃气轮机、工业驱动燃气轮机、发电用燃气轮机 重型燃气轮机：发电用燃气轮机（蒸燃联合动力） 燃气轮机按应用分类 船舶燃气轮机：是指在参数、材料、结构和运行性能等方面都能满足船舶航行技术要求的燃气轮机。 航空燃气轮机：是指在参数、材料、结构和运行性能等方面都能满足船舶航行技术要求的燃气轮机。 地面燃气轮机：是泛指在地面应用的燃气轮机，如发电用的燃气轮机。 结构紧凑，质 量轻，功率密 度大；体积 小、占地面积 第二章 本章重点： 掌握轴流式压气机转子结构，轴流压气机静子结构，封气装置，进气和防冰装置，减荷装置，轴流压气机的防喘装置 本章难点： 能通过压气机总图分析出压气机结构组成、设计特点。 压气机功用
压气机是燃气轮机三大部件之一，通过消耗机械功率提高流过它的空气的压力供给燃烧室以符合要求的压缩空气。 分类 压气机结构形式和气流特点：轴流式、离心式和组合式压气机。 转子数目：把轴流式压气机分为单转子、双转子和三转子结构的压气机。 进口气流相对速度：压音级、跨音级压气机 轴流式压气机通流形式 等内径、等外径和等平均直径 压气机组成 由进气装置、压气机转子、压气机静子和防喘装置等部分构成，如图 轴流压气机转子(M701，GE9FA) 由工作叶片、轮盘、轴和一些连接件等组成。 转子的功用 把由涡轮传来的机械功通过工作叶片加给空气。
燃烧室
燃气轮机燃烧室（机械工程学燃气轮机领域术语） 编辑 燃气轮机燃烧室是燃气涡轮发动机（简称燃气轮机）中必不可少的部件之一，在这里燃料中含有的化学能通过燃烧化学反应，转变成热能，形成高温（通常也是高压的）燃烧产物，推动涡轮做功，随后燃气根据不同的用途，采用不同方式将热能转变为机械能。 目录 1燃烧室简介 2燃烧室特性参数 3燃烧室效率的计算 4总压损失的计算 5参考文献 6燃气轮机简介 1燃烧室简介编辑 燃烧室是一种用耐高温合金材料制作的燃烧设备。在整台燃气轮机中，它位于压气机与涡轮之间。燃气轮机运行时，燃烧室在宽广的工况范围内工作。在燃气轮机变工况的过程中，燃烧室进口的空气流量、温度、压力、速度以及燃油消耗量都会发生变化，这些变化反过来又会影响整台燃气轮机的性能。所以，弄清燃烧室的变工况特性，对整台燃气轮机的变工况运行有积极地意义。 燃气轮机燃烧室
2燃烧室特性参数编辑 表征燃烧室性能指标的参数主要有燃烧室效率、压力损失、稳定性、点火范围、出口温度分布和容热强度等，但与燃气轮机变工况密切相关的参数主要是燃烧室效率和压力损失，前者直接关系到燃气轮机的燃料消耗量（影响燃气轮机的效率），而且还影响到流经涡轮的燃气流量；而后者直接影响到涡轮的膨胀比。由于燃烧室内部燃烧过程的复杂性，人们还不能全部用理论计算的方法给出燃烧室效率和压力损失随工况的变化关系，这些的关系式主要还是以实验为基础的经验公式。 燃气轮机燃烧室（爆炸图） 3燃烧室效率的计算编辑 由于燃烧室壁散热、燃料燃烧不完全以及燃料产物的离解，燃料的热值不能完全利用。燃烧室效率就是用来表征燃料燃烧完全程度的物理量。 燃料室效率的定义是燃油实际用于加热工质的热量与燃油完全燃烧时放出的热量之比。 其表达式 式中： —燃烧室进口空气质量流量 —燃烧室出口燃气质量流量 —燃油流量 —燃烧室出口每千克燃气的焓 —燃烧室入口每千克空气的焓 —每千克燃油的焓 —燃油热值 在已知燃烧室结构尺寸的情况下，燃烧室主要与燃烧室进口压力、进口温度、进口速度和油气比（余气系数）有关，因此燃烧室效率应该具有以下形式 由定性分析可得，随着增加，燃烧室效率逐渐增加，在达到一定温度后，效率基本保持不变。这是因为在温度较低时，燃料与空气的热交换和质量交换不够充分，即燃烧不够充分。温度的升高对燃料的燃烧过程有改善作用，但温度增加到某一值后，燃烧室中混流区的影响远远大于温度提高的影响，所以效率不再明
重型燃气轮机燃烧系统和控制系统升级改造分析
重型燃气轮机燃烧系统和控制系统升级改造分析 发表时间：2018-12-27T10:25:30.557Z 来源：《电力设备》2018年第23期作者：胡智勇 [导读] 摘要：近年来天然气燃料越发丰富，使得燃烧稳定程度、环保排放等问题得到社会广泛关注。 （珠海深能洪湾电力有限公司） 摘要：近年来天然气燃料越发丰富，使得燃烧稳定程度、环保排放等问题得到社会广泛关注。想要消除风险隐患，满足排放标准以及稳定燃烧，必须及时展开重型燃气轮机燃烧系统、控制系统的升级与改造，从而实现能源电力体系的可持续健康发展等目标。 关键词：重型燃气轮机；燃烧系统；控制系统；燃烧室 因为各种因素的影响下，使得我国燃气轮机核心技术开发等方面有着较大不足，针对技术性人才、核心技术的储备工作更是严重欠缺，无法有效服务于整个行业的进步和创新。针对这种情况，要求我们必须提高投资和扶持力度，促使重型燃气轮机的自主研发工作顺利开展，增强行业竞争能力。同时，相关研发团队也需要实时关注和学习国际范围的科学发展形势，探索科学发展方向，基于基础研究学习的条件上更全面的掌握核心技术，实现前瞻性研究方向。 1.重型燃气轮机的燃烧系统改造实施 1.1DLN 2.6+燃烧室本体硬件 燃烧系统的改造和升级包括全新DLN2.6+全套部件，针对18个燃烧室全部更换，确保燃烧室各部件及时升级。若喷嘴末端的尺寸出现变化，需要增加至18.5英寸且相关部件均应该使用全新产品。过渡段、燃烧筒、联焰管以及燃料喷嘴在结构设计、基材、耐磨处理、涂层等方面展开优化，将燃烧部件检修间隔调整成24000小时，过渡段、燃料喷嘴、燃烧筒以及端盖使用寿命增加为8000小时。概况来讲，硬件升级包括：一是，燃料喷嘴。前端缸体，进一步扩大结构进行增大前端的匹配。PM1（中心喷嘴），相较于DLN2.0而言，PM1的铸造一致，但是扩散燃烧的尖端明显不同。端盖，将环管升级为适合PM3内外管道以及PM1扩散管道。5个外围喷嘴，为满足PM3设计标准，法兰应该包含额外的两个螺栓孔；二是，火焰筒。采取增提高参数进行稳定性的维护；三是，过渡段。包含了内外部密封件，在过渡段的后端套筒增设片装密封，使用更加现代化的密封手段；四是，导流衬套。借助于热传递优化、完善环体设计控制压降；五是，波纹型联焰管。增强系统可靠性的同时降低零件的使用数量，进而缩短安装的时间、减少现场维修费用；六是，后端缸体。设计为锥形，有效匹配增大前端；七是，端盖装配。防漏碟片、后端碟片进行中心喷嘴的匹配调整。 1.2独立燃气模块与内部组件 因为增加管理系统、阀门，使得全新设计相较于现有配置更大，长度更是提高1.5m，合理扩大内部作业有效空间，为后续维护和检修提供便利条件。对比于原配置，为充分提高运行可靠程度，四个控制阀门应用高复原设计，阀门增加行程实现了上游气压的降低。采取P2滑压设计进一步保障运行稳定程度，燃气控制阀尺寸为2个六寸阀、1个四寸阀、1个三寸阀。在模块中及时增加吹扫空气、天然气的管道并且要求吹扫管路的数量增加到3路。 1.3燃气管道系统 正式运行燃气以及燃油时，管路系统为多喷嘴燃烧室带来充足燃料与清吹空气。新型DLN2.6+燃烧系统包含18个燃烧室，燃料管路连接着燃烧室外端盖与控制模块，各燃烧室需要一个独立性控制系统与4级燃料管路，并且各管路配备独立环管与控制阀门。 2.重型燃气轮机的控制系统改造实施 2.1MarkVI升级为MarkVIe 对于硬件设施，保留现有的控制柜条件上增设嵌入式面板，更换全部原控制设备与IO卡件、电源模块。同步更换或移除端子板与模件、电源模块与分配板、控制器、接地铜牌、连接块以及内部电缆，保留现场电缆、接地电缆、机柜外壳以及电源进线等。设定现场全部电缆长度充足，能够直接连接在新端子板，如果长度不足则采取中间端子方式进行连接。控制器中应用全新设计逻辑和算法，主要涉及到新型燃机排气温度控制线、DLN2.6+、OPFLEXREADYSTRATUPNOX等控制软件。此外，人机界面也需要进行升级，更换全部计算机设备（四台操作员站、四台工程师工作站、一台历史站）。安装并使用WIN7系统，选择GE的CIMPLICITY操作软件与TOOLBOXST组态软件。 2.2危险气体保护系统的升级 把燃料模块与透平间现行的催化危险气体传感设备替换为高温适应性强、抽气取样性、自动化修定以及可判定漂移的红外线监测系统，抽气传感器原理是由燃机中通风管道进行样品抽取，至高浓度的燃气泄漏保护系统中展开监测，而仪表气主要用来低压区取样。同时，红外检测机理则是使用烃类物质进行红外能量吸收，对比收回和发出红外能量，从而监测出高浓度的燃气泄漏保护可能程度。各传感器借助于导管或者插入通风管道、进行燃机间取样器的连接。取样器携带高温性过滤器，能够有效抵御细小性颗粒落入取样系统内。其中，高浓度燃气传感器上游由粒子聚合物过滤设备进行气体净化并且把过滤物质沉降下来，传感器下游带有流量开关，保证流量大于等于允许值。升级之后燃料模块探头机组跳闸的保护逻辑应该符合以下任一条件：第一，9B、9A两探头持续6秒探测可燃气体的浓度超出25%；第二，1B、1A两探头持续6秒探测可燃气体超出18%；第三，1B、1A若一个出现故障但另外一个探测值超出18%并且持续6秒；第四，9B、9A若一个出现故障但另外一个探测值超出25%并且持续6秒，上述条件的故障指探头处于流量消失或则校验模式，探测值-6.25%以下。 2.3升级机组性能检测系统 机组性能检测系统（EMPA）主要应用在电厂机组性能监督和控制、工厂运营优化软件包，帮助用户更加快捷的检测各层系统设备性能，由部件级至设备级、最终到达厂级，定量研究各级设备性能是否出现下降状况。机组性能检测系统借助于能量、质量平衡的GC模型计算，验证和修正压力、流量以及温度。同时，性能计算过程中对各设备建立起热力模型，更加准确的测算设备期望值。综合分析模型性能，可以监测出性能变化的诱因是设备性能还是环境因素，为后续设备维护和运行管理、机组运营的经济分析与决策提供参考依据。 结束语 总而言之，本文综合性分析了重型燃气轮机的燃烧系统、控制系统升级改造的实施内容，采取现代化工艺设备与控制算法、系统，促使系统升级和改造之后在运行稳定程度、燃料适应性以及环保排放等方面得到大幅度提升，最终获得更加理想的社会效益和经济效益。