燃气轮机自动化性能优化——设计要素和经验
燃气轮机发电技术
第14卷 第3/4期2012年10月燃气轮机自动化性能优化——设计要素和经验
Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｎ． Ｃｈａｎｄｌｅｒ， 燃机优化技术副总裁，Ｗｏｏｄ Ｇｒｏｕｐ
摘要：贫油预混燃烧系统常用于地面固定式的燃气轮机，目的是为了减少ＮＯｘ和ＣＯ等的排放。这类系统使用以来一直很成功。在某些情况下，燃机的排放水平处于测量标准的下限范围，ＮＯｘ和ＣＯ的排放大约为（１￣３）×１０－６。尽管从减少排放的角度来看，这类系统的使用非常有益，但是某些变量（如系统的运行边界条件、燃料成分的变化）都会影响到机组的效率。
所谓的运行边界条件包括对燃料的状况、分配及注入燃烧区的控制。在贫油预混燃烧系统中，这已成为一个关键的运行参数，当温度、湿度、压强等环境条件改变的时侯，这一运行参数就需要频繁的调整。对燃料状况、分配、注入量的重新调整，称之为“调整（tuning）”。
燃料成分的变化足以引发贫油预混燃烧系统热量释放的变化。这种的变化可能导致排放偏移、燃烧过程不稳定，甚至是燃烧系统爆燃。
人为操控的燃烧系统通常是通过手动设置运行的参数，这些手动设置的参数都是基于平均运行条件。这些设定值在设定时是满足要求的，但是状况可能在大约数小时或数日之内发生变化并引起无法接受的状况。因此必须重新调整这些条件。常规的调整方法是使用一个基于燃机运行参数的公式来预测排放量。这种方法只为燃料分配以及整台机组的燃料与空气比率选取了一个设定值，但没有修改其他参数，如燃气温度。这种方法不允许及时的变动，也没有利用实时的动态和排放数据，没有改善燃料分配、燃料温度或燃机的其他运行参数。
对燃烧系统的操作不当的结果表现为压力脉动扩张或燃烧脉动增加。压力脉动具备足够的力量可以毁坏整个燃烧系统，大幅缩短燃烧硬件的寿命。此外，对燃烧系统不当的调整会导致排放偏差，超出排放标准。燃烧脉动和排放控制导致的另一个后果是电厂对出力降低和热耗提高水平低估的可能性。因此，通过定期或者周期的调整，在适当运行条件之内，维持贫油预混燃烧系统稳定性的方法对这个行业来说是非常有价值且有益处的。有一种系统，通过透平传感器获得近乎实时数据，从而对燃料分配、气体燃料的进气温度和机组整体的燃料与空气的比率进行调整，这是非常有价值的。
影响透平性能的变量
如图1所示，影响燃气轮机性能的主要参数有：气候（环境温度，湿度，压力），燃料成分，仪表偏差（LDVT drift），部件老化。
当这些参数的改变时，燃烧室的运行情况也随之改变。图2显示这些参数通常是如何影响透平的运行情况的。
图2描述的是燃烧室运行可允许的条件，以黑
气候
老化
变量
燃料偏差
图１ 影响透平性能的变量
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色实线内的灰色区域表示。中间蓝色的区域代表最近一次手动调整后的燃气轮机日常操作空间。该操作空间周围的三个橙色区域表示当条件改变时经常出现状况，即环境温度变化，硬件损坏和/或老化。每当橙色区域与黑色实线（燃烧室运行条件）交叉重叠时，表示燃烧室的运行参数超出允许范围（即过量的排放、过度的脉动和/或爆燃的风险）。很显然，这些状况应当避免，因此有必要再做一次“调整”。自动调整系统可以做到实时地修复这些状况。
自动调整和性能优化方案
由于优化燃气轮机燃烧系统的必要性，操作人员一直面临着这样一个问题：既要使燃机保持最佳出力和效率，也要维持对燃烧系统适当的调整。因此，找到一个可以同时优化燃烧室和燃气轮机整体性能的方案有很大好处。
图3展示了一个自动调整/性能优化的方案，这一方案结合了操作指令（由燃气轮机操作者实时规定）和燃气轮机燃烧室的操作窗。
图3描绘了ECOMAX TM 燃气轮机自动调整/优化系统的运作原理。本质上，这一方案提供了一段接近在可允许燃烧室运行工况边缘的缓冲区。缓冲区的范围是由操作者和优化控制工程师共同决定的。当燃烧系统的性能，即实时运行参数与这一缓冲区交集时（如橙色区域所示），自动调整系统就会将燃气轮机调整到可接受的性能。此外，黄色、绿色和蓝色三个大区域表示可允许的操作空间，这由操作人员根据自己的操作特点进行设置。操作者可以使用一个图像的使用界面，如图4所示。
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图２ 典型的燃气轮机运行工况
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图３ 使用ＥＣＯＭＡＸＴＭ燃机自动调整／优化系统的燃气轮机的运行工况
操作者界面有三个棒形开关，允许操作者实时优化燃机的性能。例如，当电价很高的时候，就优先考虑产能而不是燃烧系统脉动问题。相反，在运营的中间期，燃烧系统脉动应该是主要关注的问题。然而，在任何情况下，自动调整系统都会调整燃烧系统脉动；切换最优脉动的开关就可以轻松地改变脉动调整的设定值。
该自动调整
/优化系统可以配置成一个独立的可编程逻辑控制系统（PLC ），它既可以与电厂现有的设备接合（最好是电厂的集散控制系统，即DCS ），也可以直接和燃气轮机控制系统对接。此外，代码可以直接嵌入燃机的控制系统。图5展示了典型的通讯设置。关键的输入数据有实时的燃机运行参数、燃机控制设置、现场排放数据以及燃烧脉动信息。燃气轮机控制系统（Mark V/VI ）为自动调整系统（一般通过DCS ）提供透平的所有相关信息。排放持续监控系统（CEMS ）提供了近乎实时的燃气
图４ 典型的ＥＣＯＭＡＸＴＭ操作者界面
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轮机排气含氧浓度，NO x 和CO 排放量。脉动持续监控系统（CDMS ）提供了实时的燃烧系统脉动运行数据。
图6是一个每周的现场调整计划表。蓝色钻石方块表示O 2修正过的NO x ，中间的红线表示上限。上方的红线代表燃气轮机的负荷。红色圆圈表示燃机调整。位于下方的圆圈组代表火焰稳定性调整，上方的圆圈组（在红色实线之上）代表高NO x 调整。此图说明了系统每天的自动调整大约为2～3次，每月一般有50～150次性能调整。
图7是典型的燃气轮机脉动数据。空心蓝色钻石方块表示较低频率的脉动，空心深红色钻石方块表示较高频率的脉动。黑色实线表示脉动调整限度。与图6一样，上方的红线代表燃气轮机的负荷。图7说明了所有的燃烧脉动操作都在调整限度之下，因此没有脉动调整出现。
在常规操作中，大约90%的调整事件都与排放
图５ 典型的自动调整／
优化系统通信原理图
图６ 燃机典型的每周排放性能
或稳定性问题有关。图8展示了这类脉动调整事件中的一个例子。蓝色实心方块表示实际的燃烧系统脉动，黑色实线表示脉动调整限度。暗红色实心方块表示调整参数，在这个例子中的调整参数指燃烧系统的燃料分离。红色线表示燃烧系统脉动的“平滑的”体现。在这个例子当中，燃烧系统脉动在限度之上移动，燃料分离被调整，随后脉动水平就继续处于调整临界值之下。
1 号案例分析
电厂安装自动调整/优化系统后性能提升，联合循环2:1结构
自动调整程序的一个额外好处就是可以改善燃气轮机的性能（出力和热耗率）。图9展示的就是这种改善的例子之一。在本案例中，一家联合循环发
电厂的燃气轮机安装了自动调整系统。这家发电厂
图７ 标准的每周涡轮脉动性能
图８ 燃气轮机脉动调整事件
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Wood Group ：燃气轮机自动化性能优化——设计要素和经验坐落在美国西南部的沙漠地带，环境温度变化极大。每天都能出现35～50 °F 这样极端的温差，冬夏温差在80～100 °F 之间。由于如此极端的环境状况变化，因此每季节，甚至每天都必须进行调整。温度属性是自动调整系统的最理想的数据基础，它可以使自动调整系统在任何环境条件下都能把燃气轮机燃烧系统维持在可接受的操作空间内。
另外，这个发电厂的运行方式是F7FA+e 燃机设计条件下的基本负荷运行。除了安装自动调整平台，这家电厂还安装了燃机性能优化程序（在这里称为Tru-Curve TM ），确保机组的出力和效率安全可靠地提升。这一优化程序还包含了机组基本负荷控制曲线根据设计条件提升。
这家联合循环发电厂（2:1结构）三个电站的出力提升了8.0 ~ 11.0 MW ，热耗率改善了0.20% ~ 0.25%。
2 号案例分析
电厂安装自动调整/优化系统后性能提升，单循环1台机组的结构。
本案例是关于一台位于高原的简单循环燃气轮机。如同沙漠气候有着显著的环境温差一样，多山地区在燃机运行中也存在着极端的环境温差。由于处在高海拔地区，燃烧系统的稳定性成了首要关注点。
如同1号案例，刚开始这家电厂也是F7FA+e 燃机设计的点火温度条件下基本负荷运行参数。在2009年秋天，这家电厂安装了燃气轮机自动调整/优化系统。
修正环境温度和环境压力之后的功率提升了
4.5
图９ 联合循环燃气轮机机组优化程序—功率提高
MW 。图10显示燃机性能增长的详细情况。
检修之后自动调整 —— 无需现场的干式低氮
调整工程师
自动调整系统在热通道检查（HGPI ）之后成功地自动调整了燃气轮机的成功案例已经有很多。在每次硬件更换后，再也不需要操作人员在现场进行干式低氮调整。自动调整系统在燃烧检查（CI ）后成功地自动调整燃烧系统也有很多成功的案例，也不需要操作者的介入。
有些用户可能不习惯不用亲力亲为的自动调整/优化方式。为减轻这种顾虑，同时也为了确保自动调整系统能恰当地发挥功能，操作者可以使用一个实时的监控诊断（M&D ）中心。图11展示了在佛罗里达州奥兰多市的一个监控诊断中心，通过卫星
观察在德克萨斯州奥斯丁市和纽约州特洛伊市的电站。这个监控诊断中心持续地接收相关联的燃机运行参数，并且每当有参数超出标准时、以及每当系统被调整时，中心就会实时地发出警报。
监控和诊断
这个监控诊断中心监控着所有装有ECOMAX 系统的机组的性能。系统可以实时监测到任何异常情况，监测方法包括扫描式检查、比照算法、设备性能方程式等的方法。每当有运行参数超出规格，实时的警报就会产生，同时监控诊断中心会自动地
通知所有相关人员和部门。这样就可以实时地监控
图１０ 单循环燃机优化程序—功率提高
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燃机的性能，实时地通知任何超出规格的参数。
此外，监控诊断中心的人员会整理运行数据并向客户发送月度报告。这些报告记录了燃机调整、每次调整事件的信息、性能结果。到目前为止，这个监控诊断中心已经监控了超过107 000 h 的燃机运行。
总结与结论
科技已经发展到一个新时代，使用贫油预混燃烧系统的重型工业燃气轮机可以进行自动调整。这
种调整法则可以作为一个独立的可编程逻辑控制系图１１ 位于科罗拉多州洛弗兰德的监控诊断中心
统（PLC ），因此无需大范围地升级燃机控制系统来存储额外要求的代码。该方法已经在许多不同的燃机控制系统和电厂控制平台上验证过。
ECOMAX 自动调整方案已经在美国许多地区安装使用，适用于各种各样的温度、压力、湿度等环境条件。迄今为止，该方案已在6个不同地点的18台装置上持续运行，已经有100 700 h 运行记录。燃机优化可以与自动调整相结合，以进一步优化发电厂的运营绩效。以上两个案例已经证实了这种方法可以带来的巨大绩效提升。
燃气轮机燃烧自动调整系统已经证明，已经能够在热通道检查后或燃烧检查后无需人为介入就可以自动调整燃烧系统。因此每次更换部件之后就无需花费昂贵的费用请一位干式低氮系统现场调整的工程师来现场调整。
为了增加安全性，中心化的（或卫星）监控诊断中心可以用来监控检修后的调整，以及每季度的性能测试（如果客户要求的话），以确保设备运作处于最佳状态。这个中心创建了实时警报的功能，对任何可能发生异常现象/状态发出警报，使客户能够每时每刻地了解评估自动调整/优化系统的工作状况以及ECOMAX 是如何帮助优化他们设备。
中压汽包给水流量等参数变化情况，并利用中压过热器出口压力调节阀、中压省煤器启动排空阀等进行辅助调节，使得燃机又好又快地升负荷。措施实施以来，该厂升负荷时汽包水位运行情况十分稳定。
5 结束语
随着环保政策的日趋严格，燃气轮机联合循环发电机组以其优越的环保性能、良好的调峰特性在电网中日趋增多。本文仅从燃气电厂的个别案例中分析问题、解决问题，现已初步取得成效，提高了机组安全运行水平。参考文献：
[1] 何语平.大型燃气-蒸汽联合循环电站工程的设计特点[J].中国
电力.2001（2）.
作者简介：朱意兵（１９７６－），男，汉族，浙江湖州人，工程师，神华浙江国华余姚燃气发电有限责任公司，发电部值长。
(上接第350页）
数几家电厂，但随着我国燃气轮机联合循环发电机组的快速发展，以及热电联产的需要，“二拖一”机组发展迅速，希望本文能有借鉴。
参考文献：
[1] 陈元锁. S209FA 燃气－蒸汽联合循环“二拖一”机组的并汽和
解炉［J ］. 中国电力，2010，43（1）：56－60.
作者简介：陈元锁（１９７５－），男，汉族，浙江三门人，工程师，现
从事燃气轮机电厂运行管理工作。
(上接第353页）
燃气轮机在船舶动力方面的应用
燃气轮机在船用动力方面的应用与发展 邵高鹏 （清华大学汽车系，北京 100084） 摘要：介绍船用燃气轮机的工作原理和特点，对比燃气轮机和内燃机性能的优缺点，总结燃气轮机应用于船用动力的现状和未来的发展方向。 关键词：船用燃气轮机；原理；应用；发展方向； 1．引言 燃气轮机动力装置在50年代开始用于船舶，在此之前，水面舰艇都已蒸汽轮机和内燃机作为其动力装置，大型舰船以蒸汽轮机为其主要的动力装置，蒸汽轮机的优势在于技术相对简单，制造相对容易，但是其同样存在油耗大，占用空间大等等劣势，而柴油机的单机功率有限，必须采用多机并用。并且由于燃气轮机汽固有的一些优点，使得它逐渐向柴油机动力在船舶动力上的统治地位发起了挑战。最初的燃气轮机还只能应用与军用舰艇，但是随着燃气轮机技术的发展，燃气轮机在商船上也逐步得到了推广。 2．船用燃气轮机的工作原理 船用内燃机的循环模式可以分为简单开式循环，其工作过程同内燃机类似，也可以分为吸气、压缩、做功及排气四个工作行程，但是与内燃机又有很大的不同，下图中是一种燃气轮机的结构示意图。 轴流压气机的转子高速回转，在压气机的进口处产生吸力，将新鲜空气吸入压气机，对应着吸气的过程。空气在轴流压气机中增压，压力和温度都有升高，空气继续流动经过扩压器，减速增压进入燃烧室中，此时的空气温度和压力都较高，比容很小，这就实现了空气的压缩过程。在空气进入燃烧室的同时，燃油同时喷入与空气混合形成可燃混合气，点燃后迅速燃烧，温度继续升高，而压力变化不大（由于流动损失的存在）；高温高压的燃气，经过涡轮的静叶的导向之后冲击涡轮的动叶叶片，推动叶片使涡轮转子高速转动而产生转矩。涡轮常分为两级，第一级涡轮（高压涡轮）上产生的转矩用于驱动与之联动的压气机，第二级涡轮（动力涡轮）上产生的转矩经过传动轴和减速箱输出，这就是燃气轮机的燃烧和做工过
燃气轮机系统建模与性能分析
燃气轮机系统建模与性能分析 摘要：燃气轮机机组具有超强的北线性，人们掌握它的具体实施工作过程运行 规律是很难得。在我过电力工业中对它的应用又不断加强。为了更加透彻的解决 这个问题，本文将通过建立燃气轮机机组系统建模及模拟比较研究机组设计和运 行中存在的问题，从而分析它的性能。 关键词：燃气轮机；系统建模；性能 1模拟对象燃气轮机的物理模型 在标准IS0工况条件(15℃101.3kpa及相对湿度60%)下，压气机不断从大气中 吸入空气，进行压缩。高压空气离开压气机之后，直接被送入燃烧室，供入燃料 在基本定压条件下完成燃烧。燃烧不会完全均匀，造成在一次燃烧后局部会达到 极高的温度，但因燃烧室内留有足够的后续空间发生混合、燃烧、稀释及冷却等 复杂的物理化学过程，使得燃烧混合物在离开燃烧室进入透平时，高温燃气的温 度己经基本趋于平均。在透平内，燃气的高品位焙值(高温、高压势能)被转化为功。 1.1燃气轮机数值计算模型与方法 本文借助于 GateCycle软件平台，搭建好的燃气轮机部件模块实现燃气轮机以上物理模型的功能转化，进行燃气轮机的热力学性能分析计算的。在开始模拟燃 气轮机之前，首先对燃气轮杋部件模块数学模型及计算原理方法进行简单介绍。1.2压气机数值计算模型 式中，q1 、q2 、ql 分别为压气机进、出口处空气、压气机抽气冷却透平的 空气的质量流量； T1*、 p1* 分别为压气机进出口处空气的温度、压力； T2*、 p2* 分别为压气机出口处空气的温度、压力 ηc、πc分别为压气机绝热压缩效率，压气机压比 γa为空气的绝热指数；ρa为大气温度；?1为压气机进气压力损失系数 ιcs、ιc分别为等只压缩比功和实际压缩比功 i*2s、i*2、i*1分别为等只压缩过程中压气机出口处空气的比焓，实际压缩过程中压气机出日处空气的比烩和压气机进日处空气的比焓； 当压气机在非设计工况下工作时，一般计算方法是将压气机性能简单处理编制成 数表，通过插值公式求得计算压气机的参数，即在压气机性能曲线上引入多条与 喘振边界平行的趋势线，这样可以把压比，流量，效率均视为平行于喘振边界的 等趋势线和转速的函数。本文采用了同样的计算方法，在计算燃气轮机变工况性 能过程中引入无实际物理涵义的无量纲参变量CMV（compressor map variable），仅相当于引入的平行于压气机喘振边界的趋势线，压气机的质量流量、压力和效 率计算是通过上下游回馈的热力计算结果，插值寻找能够使得上下游热力参数 （压力，温度，输出功率，转速，流量）计算收敛的工作点，即压气机的变工况 工作点。 1.3燃烧室数值计算模型 其中 式中： α为过量空气系数： L0为燃料的理论空气量：
军舰动力装置概况——燃气轮机
军舰动力装置概况——燃气轮机美国FT-8舰用燃气轮机 (一)研制背景和研制打算 FT-8燃气轮机由普拉特?惠特尼(P&W)公司的JT8D-219航空涡扇发动机派生。JT8D-219是JT8D系列中的最新型号，1985年开始投入使用。研制时充分利用了FT-4燃气轮机的成功体会，并移植了普拉特?惠特尼公司的PW2037和PW4000航空发动机的先进技术。在设计上突出了机组的高效率、高寿命和高可靠性。JT8D系列是一型成熟的航空发动机，20余年来已生产14000余台，并装在3000多架民航飞机上，如波音727、737、DC-9、MD-82等。累计运行了两亿八千五百万飞行小时，平均单台寿命超过1 8000h。 FT-8是1986年开始设计的。派生时将低压压气机改为8级，前两级用JTSD的风扇改成，第3级至第8级除对第3级压气机叶型作修改外，其他5级不变。进口导流叶片与前2级静子叶片可调。高压压气机共7级，7级高压压气机不变，重新设计了燃烧室和燃料系统。高、低压涡轮叶片加大了冷却，并设计了涡轮间隙操纵结构。动力涡轮4级，涡轮效率93．6％，燃气轮机总效率38．7％，是当代同等功率燃气轮机中最高的。 (二)系统组成和要紧性能 FT-8燃气轮机由进气道、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、动力涡轮、排气装置和操纵系统等部套组成。 高压涡轮。单级轴流式。涡轮叶片和导向叶片为气冷，涡轮叶片材料为MAR-M-247，导向叶片为MAR-M-509，轮盘为In718。叶片涂层为N iCoCrAly。 低压涡轮。2级轴流式，第1级气冷。所有叶片材料皆为MAR-M-247，轮盘皆为Was-paloy。除第2级导向叶片涂层为PtAl外，其余叶片涂层皆为NiCoCrAly。 动力涡轮。4级轴流式，叶片材料除第3和第4级导向叶片为In7 18外，皆为In738。轮盘为Ing01。第1和第2级涡轮叶片及导向叶片涂层为PW A73铝硅，轴采纳PW All0铝涂层。
室内装修设计方案评价标准
室内装修设计方案评价 标准 室内装饰设计方案评价标准 （技术类-建议） 优秀的室内设计应遵循的以下五大原则 1、功能性原则：改善空间环境，保证使用要求，同时，建筑物的声、光，热工 等物理环境应给与做够的重视。 2、艺术性原则：造型属于艺术范围，具有视觉审美效果，装修侧重于艺术，在 满足功能的基础上要加强装饰性处理。优良的技术应服务于装饰的艺术性。 3、安全性原则：必须保证施工及使用安全，构件保证强度、刚度及稳定性，装 饰材料注意性能全问题。 4、可行性原则：装饰构造要做到工艺做法合理，施工安装方便。 5、经济性原则：需要节约费用，控制造价。 分别按的功能性；及理念；选择、、企业实绩与社会信誉等五个方面进行综合评议后打分，得分最高者为最优方案。基础得分设定为各设计方案的。一般以百分制设置分值，功能及艺术性原则占60分，其他方面占40分。由评价小组成员分别计分评定。以百分值量化各项指标。 评价小组成员必须严格按照确定的评标标准和评选办法进行评审。评委应遵循公平、公正、客观、科学、独立、实事求是的评标原则。 评审标准主要包括以下方面： （一）对方案设计符合有关技术规范及标准规定的要求进行分析、评价； （二）对方案设计水平、设计质量高低、对招标文件的响应度进行综合评审； Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
（三）对方案、经济效益及的高低进行分析、评价； （四）对方案的安全性、合理性进行分析、评价； （五）对方案的合理性进行分析、评价； （六）对方案设计及的准确度进行比较、分析； （七）对保证设计质量、配合工程实施，提供的措施进行分析、评价；（八）对招标文件规定废标或被否决的进行评判。 评分标准
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。
联合循环燃气轮机发电厂简介.doc
联合循环燃气轮机发电厂简介 联合循环发电：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组 成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回 收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。形式有燃气轮机、蒸汽 轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机 各自推动各自发电机的多轴联合循环。胜利油田埕岛电厂采用的是美 国 GE公司的 MS9001E燃气轮机 , 其热效率为 33.79%，余热锅炉为杭 州锅炉厂的立式强制循环余热锅炉。 1．燃气轮机 1.1 简介 燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的 结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部 分： 1、燃气轮机（透平或动力涡轮）； 2、压气机（空气压缩机）； 3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送 入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空 气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀 作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。 燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和 寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分 为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转 型，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用 于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，其优势为运行 可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、 热电联产。埕岛电厂采用的MS9001E燃气轮发电机组是50Hz，3000 转/ 分，直接传动的发电机。该型燃气轮发电机组最早于1987 年投入商
燃气轮机用于发电的主要形式
燃气轮机用于发电的主要形式 燃气轮机用于发电的主要形式 燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分：1、燃气轮机（透平或动力涡轮）；2、压气机（空气压缩机）；3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。 燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，如LM6000PC和FT8燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，如GT26和PG6561B等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。 燃气轮机用于发电的主要形式： 简单循环发电：由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统，也称为开式循环。其优点是装机快、起停灵活，多用于电网调峰和交通、工业动力系统。目前的最高效率的开式循环系统是GE公司LM6000PC 轻型燃气轮机，效率为43%。 前置循环热电联产或发电：由燃气轮机及发电机与余热锅炉共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收，转换为蒸汽或热水加以利用。主要用于热电联产，也有将余热锅炉的蒸汽回注入燃气轮机提高燃气轮机出力和效率。最高效率的前置回注循环系统是GE公司LM5000-STIG120 轻型燃气轮机，效率为43.3%。前置循环热电联产时的总效率一般均超过80%。为提高供热的灵活性，大多前置循环热电联产机组采用余热锅炉补燃技术，补燃时的总效率超过90%。 联合循环发电或热电联产：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮
燃气轮机起动过程原理
燃气轮机起动过程原理 (2007-12-25 22:02:35) 转载▼ 标签： 杂谈 燃气轮机起动过程原理 2.1 燃气轮机启动运行原理 燃气轮机主机由压气机，燃烧室和透平三大部件组成。压气机需要从外部输入机械功才能把空气压缩到一定的压力供入燃烧室。透平则用高温高压的燃气做工质将其热能转变为机械能从而对外输出机械功。在正常运行的时候，压气机是由燃气透平来驱动的。一般讲，透平功率的2/3要用来拖动压气机，其余的1/3功率作为输出功率。显然存在一个问题，在启动过程中点火之前和点火之后透平发出的功率小于压气机所需的功率这一段时间内，必须由燃气轮机主机外部的动力来拖动机组的转子。换言之，燃气轮机的启动必须借助外部动力设备。在启动 之后，再把外部动力设备脱开。机组启动扭矩变化，如图3-1所示。图中MT曲线为透平自点心后所发出的扭矩；Mc曲线是压气在被带转升速过程中的阻力矩变化；Mn 是机组起动时所需要的扭矩特性，即由起动系统所提供的扭矩；n1为机组点火时的转速，即由起动带转机组转子所达到的转速。在n1转速下，进入燃烧室的空气在其规定参数下，由点火器并藉联焰管快速且可靠地点燃由主喷油嘴喷射出来的燃料，并且在机组起动升速过程中，不会发生熄火、超温和火焰过长等现象。n1转速通常为15%~22%SPD范围内，机组不同，n1数值亦不同。图3-1 机组启动扭矩变化 燃气轮机的起动是指机组从静止零转速状态达到全速空载并网状态，在起动过程中要求机组起动迅速、可靠、平稳和不喘振。为了防止压气机在起动过和中喘振，机组起动前和起动过程中某一阶段内气机进口导叶处于34度，即所谓关闭状态，放气阀处于打开放气位置。压气机进口可转导叶角度关小，能使压气机喘振边界线朝着流减小的方向变动，扩大了压气机的稳定工作范围。同时由于空气流量减小，因而减小了起动力矩，使起动机功率减小；在起动功率不变的情况下，可以缩短起动加速时间。防喘放气阀的放气是在于减小压气机高压级的空气流量而不致阻塞，同时又能增加压气机放气口前的气流流量，从而提出高了流速，也使压气机避免喘振。 机组起动过程中，压气进口导叶（IGV）角度，不能总在34度关闭状态；放气阀也不能总在放气位；因机组起动时工质设计参数的需要，6型机当转速为87%SPD时，IGV由34度打开增至57度，当机组转速达到满转速并且加负荷，直到所带负荷达到在约1.54万KW时，IGV继续打开直到84度。而放气防喘阀，当机组转速达到97.5%SPD（转速继电器具14HS 动作）时，即关闭停止放气。 机组起动运行包括起动、带负荷、遥控起动和带负荷。起动包括正常起动和快速起动。带负荷又分自动和手动进行。在起动运行过程中的控制调节又分转速控制、同期控制和温度控制阶段。 燃气轮机的起动过程可以分段进行，亦可以自动按程序控制进行，要分步调试过程中，可以分段进行。一旦分步调试正常后，便无需再分段进行机组起动，而是采用自动程序控制。机组起动过程分以下几步。
索拉燃气轮机
燃气轮机发电案例介绍-天然气应用 1 案例背景 燃气轮机热电（冷）联产系统可同时提供电能和热（冷）能，相比传统能源解决方式，系统效率高，简单可靠，应用灵活，节能环保，且受国家政策鼓励，可广泛应用于各种场合，为用户降低能耗并改善当地环境，以下是以天然气为燃料，应用于工业用户的典型案例介绍。 1.1 现场条件(以上海为例) 海拔高度5m 设计大气温度14℃ 设计大气压力101.3Kpa 设计大气相对湿度60% 1.2 燃料 以天然气为燃料 燃气热值：8400 KCal/Nm3 燃气压力：0.3Mpa(假设) 1.3 热电负荷及运行时数 最大蒸汽流量：29t/hr 蒸汽压力： 1.0 Mpa 蒸汽温度：185℃ 年供热时间：7000小时 年运行小时数：7000小时 2 方案 燃气轮机热电联产系统一般根据以热定电的原则进行设计和设备选择，该项目选用1台索拉公司大力神130(TITAN 130)燃气轮机，配1台余热锅炉，两台燃气压缩机（1用1备），整个系统可布置在简易厂房内，总占地面积约3200平方米。 2.1 燃气轮机 每台大力神130机组在项目现场主要参数如下： 铭牌功率：15000KW 发电机出力：14556 KW 燃烧空气进口温度：14℃ 燃机工况点：满负荷运行 燃料流量：4339Nm3/hr 涡轮排气温度：500 ℃ 尾气流量：177882 Kg/hr
2.2 余热锅炉 每台余热锅炉在项目现场主要参数如下： 蒸汽温度：185.5℃ 蒸汽压力： 1.03 Mpa 蒸汽流量：29245 kg/hr 2.4 系统总容量及实际出力 总装机铭牌功率：15000 KW 现场实际净输出功率：14556 KW 总蒸汽流量：29245 Kg/hr 总燃气消耗量: 4339 Nm3/hr 3 索拉中国业绩 索拉公司进入中国已经超过30年，在国内已经有超过260台机组，其中金牛60机组超过70台，大力神130超过70台。在项目执行过程中和国内的许多设计院建立了良好的合作关系，他们也对索拉机组有充分的了解，可以非常快速地和可靠地完成设计任务。 此外，上海力顺燃机科技有限公司作为索拉在中国工业发电行业的代理，已在国内完成了多个燃气轮机热电联产项目，可以为项目的规划、建设提供技术服务。 在国内已经建设成功、投入使用的索拉燃气轮机天然气热电联产项目有：浦东国际机场能源中心热电联产项目和成都国际会展中心热电联产项目，其中浦东机场项目运行已经超过十年，目前运行情况良好。 ●浦东国际机场能源中心（1×4000KW）1999年建成并投入使用。 ●成都国际会展中心（1×10690KW，1×5670KW）分别于2005年11月 和2009年4月建成并投入使用。 此外，针对中低热值燃气应用，索拉燃气轮机热电联产项目清单： 1)山东金能煤气化有限公司一期项目（1×5670KW 热电联产），2006 年4 月 投产，目前运行情况良好。 2)内蒙古太西煤集团乌斯太项目（2×5670KW 热电联产），2008 年10 月投产， 目前运行情况良好。 3)山东金能煤气化有限公司二期项目（3×5670KW 联合循环），2008 年4 月 投产，目前运行情况良好。 4)河南顺成集团煤焦有限公司一、二项目（2×15000KW 热电联产），分别于
第二章航空燃气轮机的工作原理
第2章航空燃气轮机的工作原理 Principle of Aero Gasturbine Engine 第2.1节概述 Introduction 涡轮喷气发动机是航空燃气轮机中最简单的一种，它是飞机的动力装置。涡轮喷气发动机在工作时，连续不断地吸入空气，空气在发动机中经过压缩、燃烧和膨胀过程产生高温高压燃气从尾喷管喷出，流过发动机的气体动量增加，使发动机产生反作用推力（图2.1.1） 图2.1.1 单轴涡轮喷气发动机 涡轮喷气发动机（图2.1.2）作为一个热机，它将燃料的热能转变为机械能。涡轮喷气发动机同时又作为一个推进器（，它利用产生的机械能使发动机获得推力。
图2.1.2 表示热机和推进器的单轴涡轮喷气发动机 涡轮喷气发动机，作为热机，它和工程中常见的活塞式发动机一样，都是以空气和燃气作为工作介质。它们的相同之处为： 均以空气和燃气作为工作介质。它们都是先把空气吸进发动机，经过压缩增加空气的压力，经过燃烧增加气体的温度，然后使燃气膨胀作功。燃气在膨胀过程中所作的功要比空气在压缩过程中所消耗的功大得多。这是因为燃气是在高温下膨胀的，于是就有一部分富余的膨胀功可以被利用。 它们的不同之处为： ?进入活塞式发动机的空气不是连续的；而进入燃气轮机的空气是连续的。 ?活塞式发动机中喷油燃烧是在一个密闭的固定空间里，称为等容燃烧，而燃气轮机则在前后畅通的流动过程中喷油燃烧，若不计流动损失，则燃烧前后压力不变，故称为等压燃烧。 下面给出了涡轮喷气发动机的简图，图中标出了发动机各部件名称和各个截面的符号。 对于单轴和双轴涡轮喷气发动机的尾喷管，若为收敛性喷管，其出口截面9在临界或超临界状态下成为临界截面，故也可以标注为8。 0---远前方，1---发动机进气道入口，2---压气机入口，3---燃烧室入口, 4---涡轮入口，5---尾喷管入口，8---尾喷管临界截面,9---尾喷管出口 图 2.1.3涡轮喷气发动机各部分名称 请记住上图涡轮喷气发动机各个截面符号的含义。
(完整版)燃气轮机
燃气轮机简介 1、燃气轮机发展史 1939年世界上第一台燃气轮机投入使用以来，至今已有65年的历史。在这65年中燃气轮机的发展非常快，其性能、结构不断地提高和完善。燃气轮机的用途已从过去的军事领域扩展到铁路运输、移动电站、海上平台、机械驱动和各种循环方式的大中型电站等。例如：简单循环、回热循环、间冷循环、再热循环、燃气—蒸汽联合循环（单压、双压、三压再热）、增压硫化床燃烧—联合循环（PFBC—CC）、整体式煤气化联合循环（IGCC）等。由于燃气轮机具有用途广泛、启动快、运行方式灵活、用水量少、热效率高、建设周期短以及对燃料的适应性非常广（各种气体燃料、液体燃料和煤）等特点，因此可以这样说，燃气轮机已经成为热机中的一支劲旅，汽轮机长期独霸发电行业的格局已经开始动摇。 近二十年来，燃气轮机在电站中的应用得到了迅猛发展。这是因为燃气轮机启动速度快、运行方式灵活，且能在无电源的情况下启动（黑启动Black），机动性能好且有极强的调峰能力，可保障电网安全运行。进入八十年代以后，燃气轮机技术得到了迅猛发展，技术性能大幅度提高。到目前为止单机容量已达334MW，简单循环的燃气轮机热效率达43.86%，已超过大功率、高参数的汽轮机电站的热效率。而燃气—蒸汽联合循环电站的热效率更高达60%。先进的燃气轮机已普遍应用模块化结构，使其运输、安装、维修和更换都比较方便，而且广泛应用了孔探仪定期检查、温度控制、振动保护、超温保护、熄火保护、超速保护等措施，使其可靠性和可用率大为提高。此外，由于燃气轮机的燃烧效率很高，未燃烧的碳氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等排放物一般都能达到严格的环保要求。注水/蒸汽燃烧室和DLN燃烧室的应用使NO X的排放降至9-25ppm。 2、我国燃气轮机工业概况 我国解放前没有燃气轮机工业，解放后全国各地试制过十几种型号的陆海空用途的燃气轮机。1956年我国制造的第一批喷气式飞机试飞，1958年起又有不少工厂设计试制过各种燃气轮机。 1962年上海汽轮机厂试制船用燃气轮机，1964年与上海船厂合作制成 550KW燃气轮机，1965年制成6000KW列车电站燃气轮机，1971年制成3000KW卡车电站。在这期间还与703研究所合作制造了3295KW、4410KW、18380KW等几种船用燃气轮机。 1969年哈尔滨汽轮机厂制成2200KW机车燃气轮机和1000KW自由活塞式燃气轮机，1973年与703研究所合作制成4410KW船用燃气轮机，与长春机车车辆厂合作制成3295KW机车燃气轮机。 1964年南京汽轮电机厂制成1500KW电站燃气轮机；1970年制成37KW 泵用燃气轮机；1972年制成1000KW电站燃气轮机；1977年制成21700KW快装式电站燃气轮机；1984年与GE公司合作生产了PG6541B型36000KW燃气轮机；从1984年至2004年已生产了PG6541B型、PG6551B型、PG6561B型、PG6581B型四种型号燃气轮机，功率由36000KW上升到现在的43660KW。2003年国家发改委决定南京汽轮电机集团有限责任公司与GE公司进一步扩大
燃气轮机原理(精华版)
QD20燃机轮机机组 第 1章概述 1.1 燃气轮机简介 燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，包括压气机、加热工质的设备（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备等。 走马灯是燃气轮机的雏形我国在11 世纪就有走马灯的记载，它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上升热气推动顶部风车及其转轴上的纸人马一起旋转。15世纪末，意大利人列奥纳多〃达芬奇设计的烟气转动装臵，其原理与走马灯相同。 现代燃气轮机发动机主要由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。图1-2为开式简单循环燃气轮机工作原理图。压气机从外界大气环境吸入空气、并逐级压缩（空气的温度与压力也将逐级升高）；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气；然后再进入透平膨胀做功；最后是工质放热过程，透平排气可直接排到大气、自然放热给外界环境，也可通过各种换热设备放热以回收利用部分余热。在连续重复完成上述的循环过程的同时，发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。 燃气轮机动力装臵是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力（例如：电能、机械能或热能）所必需的基本设备。为了保证整个装臵的正常运行，除了主机三大部件外，还应根据不同情况配臵控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。 燃气轮机区别于活塞式内燃机有两大特征：一是发动机部件运动方式，它为高速旋转、且工质气流朝一个方向流动（不必来回吞吐），使它摆脱了往复式动力机械功率受活塞体积与运动速度限制的制约，在同样大小的机器内每单位时间内通过的工质量要大得多，产生的功率也大得多，且结构简单、运动平稳、润滑油耗少；二是主要部件的功能，其工质经历的各热力过程是在不同的部件中进行的，故可方便地把它们加以不同组合处理，来满足各种用途的要求。 燃气轮机区别于汽轮机有三大特征：一是工质，它采用空气而不是水，可不用或少用水；另是多为内燃方式，使它免除庞大的传热与冷凝设备，因而设备简单，启动和加载时间短，电站金属消耗量、厂房占地面积与安装周期都成倍地减少；再是高温加热高温放热，使它有更大的提高系统效率的潜力，但也使它在简单循环时热效率较低，且高温部件需更多的镍、铬、钴等高级合金材料，影响了使用经济性与可靠性。 自 20 世纪60 年代首次引进6000kW 燃气轮机发电机组以来，我国已建成不少烧油气的燃气轮机及其联合循环发电机组。但由于我国一次能源以煤为主的消费结构，并受到规定的“发电设备只准烧煤”的前燃料政策的制约，目前我国燃气轮机在现有发电设备装机容量中，占有量很小，只有700 万kW 左右，且绝大部分为进口的。但发展速度很快，正在建设和计划的就超过800 万kW，正在建设的一批大型35 万kW 级燃用天然气的联合循环电站。随 着天然气和液体燃料在一次能源中比例的上升和燃气轮机燃煤的技术成熟之后，燃气轮机在我国发电设备中的比例将会愈来愈大。研究表明，由于燃气轮机在效率，环保和成本方面的优势，我国在电站基本负荷发电、老电站技术更新改造、洁净煤发电技术、石油与天然气的输运和高效利用以及舰船、机车交通动力等领域对燃气轮机都将有较大的需求。许多专家还强调燃气轮机在西部大开发中的重要性，国家构想实施的新世纪四大工程：西气东输，西电东送，青藏铁路，南水北调，前三个都与燃气轮机有关。总之，以燃气轮机为核心的总能系统也将成为我国跨世纪火电动力的主要发展方向，我国将是世界最大的燃气轮机潜在市场。 第2章燃气轮机热力循环 2.1热力循环的概念 热力循环是指热力系统经过一系列状态变化，重新回复到原来状态的全部过程。热力循环分为正向循环及逆向循环。将热能转换为机械功的循环称为正向循
燃气轮机简介.
我国工业燃气轮机的现状与前景 一、世界工业燃气轮机的发展趋势 1、世界工业燃气轮机的发展途径与现状 自1939年瑞士BBC公司制成世界上第一台工业燃气轮机以来，经过60多年的发展，燃气轮机已在发电、管线动力、舰船动力、坦克和机车动力等领域获得了广泛应用。 由于结构上的分野，工业燃气轮机分为重型燃气轮机和轻型燃气轮机（包括航机改型燃气轮机）。 80年代以后，燃气轮机及其联合循环技术日臻成熟。由于其热效率高、污染低、工程总投资低、建设周期短、占地和用水量少、启停灵活、自动化程度高等优点，逐步成为继汽轮机后的主要动力装置。为此，美国、欧洲、日本等国政府制定了扶持燃气轮机产业的政策和发展计划，投入大量研究资金，使燃气轮机技术得到了更快的发展。80年代末到90年代中期，重型燃气轮机普遍采用了航空发动机的先进技术，发展了一批大功率高效率的燃气轮机，既具有重型燃气轮机的单轴结构、寿命长等特点，又具有航机的高燃气初温、高压比、高效率的特点，透平进口温度达1300℃以上，简单循环发电效率达36%～38%,单机功率达200MW以上。 90年代后期，大型燃气轮机开始应用蒸汽冷却技术，使燃气初温和循环效率进一步提高，单机功率进一步增大。透平进口温度达1400℃以上，简单循环发电效率达37%～39.5%，单机功率达300MW以上。 这些大功率高效率的燃气轮机，主要用来组成高效率的燃气-蒸汽联合循环发电机组，由一台燃气轮机组成的联合循环最大功率等级接近500MW，供电效率已达55%～58%，最高60%，远高于超临界汽轮发电机组的效率（约40%～45%）。而且，其初始投资、占地面积和耗水量等都比同功率等级的汽轮机电厂少得多，已经成为烧天然气和石油制品的电厂的主要选择方案。由于世界天然气供应充足，价格低廉，所以，最近几年世界上新增加的发电机组中，燃气轮机及其联合循环机组在美国和西欧已占大多数，亚洲平均也已达36%，世界市场上已出现了燃气轮机供不应求的局面。 目前，美、英、俄等国的水面舰艇已基本上实现了燃气轮机化，现代化的坦克应用燃气轮机为动力，输气输油管线增压和海上采油平台动力也普遍应用了轻型燃气轮机。先进的轻型燃气轮机简单循环热效率达41.6%。采用间冷—回热循 36
燃气轮机原理与应用复习题50及答案
燃气轮机原理与应用复习题 2013-05-28 1 同汽轮机相比，燃气轮机的特点有哪些？ 优点： （1）重量轻、体积小、投资省。（2）启动快、自动化程度高、操作方便。 （3）水、电、润滑油消耗少，少用或不用水。 （4）燃料适应性强、公害少。（5）维修快、运行可靠。 缺点： A. 热效率较低。 B.使用的经济性和可靠性较差。 2 燃气轮机涡轮叶片有哪几种冷却方式？每种冷却方式的大概降温范围？ 1)对流冷却可使温度降低200-250℃ 2)冲击冷却可使温度降低200-300℃ 3)气膜冷却可使温度降低400--600℃ 4)发散冷却可使温度降低500-800℃ 普遍使用前三种的混合 3航空用燃气轮机有哪几种类型？ 涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机 4什么是燃气轮机循环的压比、温比？ 压比π*：压气机出口的气流压力与其进口的气流压力的比值。 温比τ*：涡轮前进口燃气温度与压气机进口气流温度的比值。 5 什么是燃气轮机循环的比功、热效率、有用功系数？ 燃气轮机的循环比功：进入压气机内1kg 空气完成一个循环后，对外界输出的有效轴功。 热效率：燃气轮机输出的有用功与其所耗燃料的热量的比值。 有用功系数?：燃气轮机比功w i 与涡轮比功w T 的比值。 6燃气轮机理想简单循环的比功与哪些因素有关？ 影响理想简单循环的比功ws 的重要因素：压比π*和温比τ*。 （1） 压比π*一定时，温比τ*增大，循环比功ws 增大。 （2） 温比τ*一定时，有一最佳比πL *使比功最大，且τ*增大时，πL *增大。 7燃气轮机理想简单循环的效率与哪些因素有关？ （1） 理想简单循环的热效率ηs 只与压比π*有关，而与温比τ*无关。 *1*2*p p =π*1*3*T T =τT C T i w w w w -1 ==?
燃气轮机及辅助系统
1.1.1 燃气轮机原理 填空题 1.燃气轮机理想简单循环包括、、和。（绝热压缩过程；等压燃烧过程；绝热膨胀过程；等压放热过程）。 2.燃气轮机实际循环中当提高时，比功和效率都提高。（压比） 3、燃气轮机是一种以为工作介质、将热能转变为机械能的高速回转式动力机械。与内燃机、蒸汽轮机一样，为原动力机。（空气和燃气） 4、进气温度的升高会使燃气轮机的功率及热效率下降，其中热效率受进气温度的影响较功率要。（小） 5、评价燃气轮机变工况性能优劣的指标主要是和。（经济性、稳定性） 6、提高燃气温度(初温)的方法有和。（采用高温材料、改进冷却技术） 单选题 1.理想回热循环的比功较简单循环的比功。（C） A 、大B、小C、一样 2.透平中高温燃气的焓降大于在压气机低温空气的焓增，比例大约为。（B） A 、2:3 B、3:2 C、1:1 D、4:3 3.随着大气温度的提高，下面哪个说法是正确的。（C） A、机组出力会上升Ｂ、机组热效率会略微上升C、燃机排气温度上升 4.温比一定时，燃气—蒸汽联合循环亦存在最佳压比，其效率最佳压比燃气轮机简单循环的效率最佳压比。（A） A、小于 B、等于 C、大于 D、接近 5.一般情况下，对燃气轮机设计效率的影响程度最大的影响因子是。（B） A、压气机效率 B、透平效率 C、燃烧效率 D、温比 6.一般在描述燃机功率和热效率时所说的ISO条件是指。（D） A、环境温度0℃,50%相对湿度和海平面海拔高度 B、环境温度0℃,60%相对湿度和海平面海拔高度 C、环境温度15℃,50%相对湿度和海平面海拔高度 D、环境温度15℃,60%相对湿度和海平面海拔高度 7.燃气轮机简单理想布雷顿循环在燃烧室完成的是。（B） A、等熵绝热压缩过程 B、可逆定压吸热过程 C、等熵绝热膨胀过程 D、可逆定压放热 8.燃气轮机的净效率用计算。 A、lc/q B、ls/q C、le /q 多选题 1、提高燃气轮机简单循环比功的措施有。（ABCDE） A 、提高温比B、提高压比C、采用间冷循环D、采用再热循环E、采用联合循环 2、提高燃气轮机简单循环效率的措施有。（ABCDE） A 、提高温比B、提高压比C、采用回热循环D、采用再热循环E、采用联合循环 3、燃气轮机采用空气冷却有包括下列典型方式。（ABCDEF） A 、对流冷却B、冲击冷却C、膜式冷却D、发散冷却E、蒸汽冷却F、综合冷却
燃气轮机概述
燃气轮机 燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记载，它是涡轮机(透平)的雏形。15世纪末，意大利人列奥纳多·达芬奇设计出烟气转动装置，其原理与走马灯相同。至17世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。 概述 1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于1900～1904年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获得实用。1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13％、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在30年代中期出现了效率达85％的轴流式压气机。与此同时，涡轮效率也有了提高。在高温材料方面，出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃气初温，于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。1939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率达18%。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。随着高温材料的不断进展，以及涡轮采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高。单机功率也不断增大，在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机，最高能达到130兆瓦。与此同时，燃气轮机的应用领域不断扩大。1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验；1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力；1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。此后，燃气轮机在更多的部门中获得应用.在燃气轮机获得广泛应用的同时，还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置；50～60年代，出现了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置，但由于笨重和系统较复杂，到70年代就停止了生产。此外，还发展了柴油机燃气轮机复合装置；另有一类利用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的全能量系统，可有效地节约能源，已用于多种工业生产中。 燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)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，随即流入燃气涡轮中膨胀作功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环；此外，还有回热循环和复杂循环。燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。70年代末，压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右，航空燃气轮机的超过1350℃。燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气涡轮等组成。压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。 燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。燃气轮机有重型和轻型两类。重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃
燃气轮机动力系统.
燃气轮机动力系统微型实验台指示书（初稿） 清华大学热能工程系 2011年10月24日
目录 一、实验台简介 二、实验台主要组成部分 三、实验台安全操作指南 四、实验报告要求
一、实验台简介 由美国Turbine Technologies, LTD 公司研制生产的MiniLab TM（以下简 写为MiniLab）燃气轮机动力系统微型实验台是清华大学热能工程系动力机械与工程研究所最新购置的实验设备。2005年11月14日购置，2006年3月3日到货并进行安装调试。该实验台合同编号：BE25-06445BS2，设备号：06014272，型号：MINILAB#0423，规格：870000RPM0.5Kg/s，单价：￥343333.29元。 MiniLab 动力系统实验台包括SR-30 燃气轮机机组和相应的辅助系统。 除个别的外部接口以外，所有的系统均封装在一个整体的机壳中他的全貌如图1-.1。使得机组小巧、紧凑、便于搬运。 图1-1实验台全貌
二、实验台主要组成部分 SR-30 燃气轮机是MiniLab 的核心部件，包括进气道、一级离心式压气机、环形回流燃烧室、一级轴流式透平以及尾喷管等。图2-1 是SR-30 的一个剖面图，从中我们可以清晰地看到引擎的各个部分。下面将对这些部分进行简要介绍 图2-1 SR-30 燃气轮机剖面图 进气道：进气道是引擎与大气相通的部分，空气通过进气道进入压缩机。 SR-30 的进气道为喇叭型，可看作一个渐缩喷管。 离心式压气机：SR-30 的压气机为单级离心式压气机。空气从轴向进入压气机动叶，由径向流出进入静叶，当系统达到最大转速90000 转/分时，动叶末端的空气速度可达473 米/秒。在静叶中，空气减速增压，且流动方向又由径向变回轴向。空气经过一级动叶和一级静叶可产生的最大压比为3，远高于相同情况下轴流式压气机单级所能产生的压比。 环形回流燃烧室：SR-30 的燃烧室为环形回流燃烧室，燃烧室内气体流动方向为从引擎尾部向头部流动，与整体流动方向相反。在引擎尾部均
燃气轮机工作原理
燃气轮机工作原理 当您来到机场看到从事商业运营的喷气飞机时，一定会注意到为飞机提供动力的巨大发动机。大部分商用喷气飞机都采用涡轮风扇发动机，这种发动机属于一个大类，叫做燃气轮 机。 您可能从未听说过燃气轮机，其实在您意想不到的各种场所都会出现它的身影。例如，您看到的许多直升机，大量的小型发电厂，甚至M-1坦克，它们使用的都是燃气轮机。在 本文中，我们将看一看燃气轮机到底有哪些能力让它们如此受欢迎。 涡轮机的种类很多: 您可能听说过蒸汽涡轮机。大部分发电厂使用煤、天然气、石油，甚至核反应堆来产生蒸汽。通过一台巨大、设计精密的多级涡轮机，蒸汽带动输出轴旋转，输出轴再带动发 电机，从而产生电力。
水电站大坝使用水力涡轮机(水轮机)产生动力，这种涡轮机的工作原理与蒸汽涡轮机相同。由于水的密度要远远大于空气，而且流动速度慢，因此水电站使用的涡轮机与蒸 汽涡轮机完全不同，不过，二者的基本原理是一致的。 风力涡轮机，也被称为“风磨”，是一种以风为动力的涡轮机。由于风的速度较慢，而且重量很轻，因此风力涡轮机看上去一点儿也不像蒸汽涡轮机或水力涡轮机，不过，它 们的基本原理是一致的。 燃气轮机也是相同原理的延伸。它采用压缩气体转动涡轮。所有现代燃气轮机，都是通过燃烧丙烷、天然气、煤油或喷气燃料等，自己产生压缩气体。燃料燃烧产生的热量使 得空气膨胀，热空气高速冲出，带动涡轮旋转。 那么，为什么M-1坦克要使用1,500马力的燃气轮机，而不使用柴油发动机呢,事实 上，与柴油机相比，涡轮机有两大优势: 燃气轮机的功率重量比远优于往复式发动机。也就是说，涡轮发动机的输出功率与自 身重量的比率非常好。 在相同输出功率下，燃气轮机的体积要小于往复式发动机。燃气轮机的主要劣势在于，与同体积的往复式发动机相比，它的造价昂贵。由于涡轮机的转速快，而且工作温度高，因此从工程和材料的角度看，燃气轮机的设计和制造都是一个很棘手的问题。此外，燃气轮机空转时消耗的燃料更多，而且要求负载恒定，不要有波动。这一点使得燃气轮机成为建造横贯大陆的喷气式飞机，以及发电厂的首选，同时也可以解释为什么汽车上不使用燃