【精品课件】航空燃气轮机结构设计概论
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9F燃机结构PPT学习课件
厂家：GE(通用电气)公司 额定转速：3000r/min 轴承数量：2
2020/3/2
4
GE公司燃机的发展
5
9FA燃气轮机
2020/3/2
6
三 性能参数
压气机动叶级数 压气机静叶级数
压比 额定转速 简单循环出力（MW） 简单循环净效率 联合循环出力（MW） 联合循环净效率 排气流量（Kg/S） 排气温度（℃） 燃烧室数量
瓦振
轴振探针位置
2020/3/2
30
轴向位移
1.2 压气机缸和压气机排气缸
压气机缸是压缩空气的部位，材料为球墨铸铁。压气机排 气缸材料为CrMoV或NiCrMo。压气机气缸内壁装有0-12级静 叶，压气机排气缸内壁装有13-17级静叶和两级出口导向叶片 （EGV1、EGV2），它们共同组成压气机的静子。压气机缸有 两级抽气，共8个抽气孔，允许抽出第9级和第13级前的空气。 抽出的空气除了用于冷却第二级和第三级透平喷嘴外，还在 机组启动和停机时将抽气放掉，防止压气机发生喘振。
8
9FA燃机整体尺寸：10.5*5*5（m），重约290吨。 本体包括：进气缸、压气机缸、压气机排气缸、透平 缸、透平排气缸。轴承及轴承座包括在进气缸和透平 排气缸里，共有2个轴承，机组底座通过4个支撑和机 组相连。压气机18级，燃气透平3级，转子为分布拉 杆式转子，其首级叶顶圆周方向线速度为390m/s，压 气机最大叶顶直径为2480mm；压气机动静叶片均为 扭叶片，动叶全部为燕尾型叶根；静叶0到4级为燕尾 型叶根并带有齿环，5到16级为T形叶根，压气机出口 有2级整流导叶。
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推力瓦块
座环
26
均衡板
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GE公司燃机的发展
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9FA燃气轮机
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三 性能参数
压气机动叶级数 压气机静叶级数
压比 额定转速 简单循环出力（MW） 简单循环净效率 联合循环出力（MW） 联合循环净效率 排气流量（Kg/S） 排气温度（℃） 燃烧室数量
瓦振
轴振探针位置
2020/3/2
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轴向位移
1.2 压气机缸和压气机排气缸
压气机缸是压缩空气的部位，材料为球墨铸铁。压气机排 气缸材料为CrMoV或NiCrMo。压气机气缸内壁装有0-12级静 叶，压气机排气缸内壁装有13-17级静叶和两级出口导向叶片 （EGV1、EGV2），它们共同组成压气机的静子。压气机缸有 两级抽气，共8个抽气孔，允许抽出第9级和第13级前的空气。 抽出的空气除了用于冷却第二级和第三级透平喷嘴外，还在 机组启动和停机时将抽气放掉，防止压气机发生喘振。
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9FA燃机整体尺寸：10.5*5*5（m），重约290吨。 本体包括：进气缸、压气机缸、压气机排气缸、透平 缸、透平排气缸。轴承及轴承座包括在进气缸和透平 排气缸里，共有2个轴承，机组底座通过4个支撑和机 组相连。压气机18级，燃气透平3级，转子为分布拉 杆式转子，其首级叶顶圆周方向线速度为390m/s，压 气机最大叶顶直径为2480mm；压气机动静叶片均为 扭叶片，动叶全部为燕尾型叶根；静叶0到4级为燕尾 型叶根并带有齿环，5到16级为T形叶根，压气机出口 有2级整流导叶。
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推力瓦块
座环
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均衡板
020/3/2
航空燃气涡轮发动机结构设计-课件
❖ （中国）
❖ 用于
歼六 强五
使用WP-6发动机的飞机
歼敌机FJ-6
强敌机A-5
2. 1 单转子的支承方案
❖ 三支点 （1-2-0） 涡喷-6 (WP-6)
РД-20发动机
❖ 苏联制造 ❖ 用于
雅克-15 米格-9
米格-9（前苏联）
2.1 单转子的支承方案
❖ 四支点（1-3-0）РД-20
二、轴向力和发动机的推力
二、轴向力和发动机的推力
2.4 大涵道比风扇发动机
风扇向前轴向力小于涡轮向后轴向力 主轴承的周向力向后
二、轴向力和发动机的推力
2.5 作用在发动机上的力矩
气动力矩是不传给飞机的； 压气机，涡轮中相应的动叶和静叶上气动力矩
相等 各转子上力矩相等
二、轴向力和发动机的推力
2. 1 单转子的支承方案
❖ 浮动套齿联轴器
2. 1 单转子的支承方案
❖ 两支点方案特点
适用于刚性转子 一般情况下后支点位于涡轮前
❖缩短转子长度 ❖提高轴的刚度 ❖支点环境温度高
后支点位于涡轮后
❖转子支点间跨度加大
2.1 单转子的支承方案
❖ 三支点方案特点
适用于轴向尺寸大的转子 必须解决“三点共线”问题
❖ 中介轴承的使用（GE公司）
中介轴承一般为滚棒轴承 。 减小转子长度。 节省一个承力框架，降低发动机重量。 轴承的供油、封严、安装困难。 转子间的动力影响较大。
2.2 双转子支承方案
❖ HP 0-2-0 LP 1-2-0
2.3 三转子支承方案
❖ HP 1-0-1 I P 1-2-1 LP 0-2-1
❖ WP6低压联轴器
3.2 柔性联轴器
❖ WP7球形接头套齿联轴器
❖ 用于
歼六 强五
使用WP-6发动机的飞机
歼敌机FJ-6
强敌机A-5
2. 1 单转子的支承方案
❖ 三支点 （1-2-0） 涡喷-6 (WP-6)
РД-20发动机
❖ 苏联制造 ❖ 用于
雅克-15 米格-9
米格-9（前苏联）
2.1 单转子的支承方案
❖ 四支点（1-3-0）РД-20
二、轴向力和发动机的推力
二、轴向力和发动机的推力
2.4 大涵道比风扇发动机
风扇向前轴向力小于涡轮向后轴向力 主轴承的周向力向后
二、轴向力和发动机的推力
2.5 作用在发动机上的力矩
气动力矩是不传给飞机的； 压气机，涡轮中相应的动叶和静叶上气动力矩
相等 各转子上力矩相等
二、轴向力和发动机的推力
2. 1 单转子的支承方案
❖ 浮动套齿联轴器
2. 1 单转子的支承方案
❖ 两支点方案特点
适用于刚性转子 一般情况下后支点位于涡轮前
❖缩短转子长度 ❖提高轴的刚度 ❖支点环境温度高
后支点位于涡轮后
❖转子支点间跨度加大
2.1 单转子的支承方案
❖ 三支点方案特点
适用于轴向尺寸大的转子 必须解决“三点共线”问题
❖ 中介轴承的使用（GE公司）
中介轴承一般为滚棒轴承 。 减小转子长度。 节省一个承力框架，降低发动机重量。 轴承的供油、封严、安装困难。 转子间的动力影响较大。
2.2 双转子支承方案
❖ HP 0-2-0 LP 1-2-0
2.3 三转子支承方案
❖ HP 1-0-1 I P 1-2-1 LP 0-2-1
❖ WP6低压联轴器
3.2 柔性联轴器
❖ WP7球形接头套齿联轴器
1航空燃气涡轮发动机概述共97页PPT资料
去带动压气机。
喷管：使燃气继续膨胀, 加速, 提高燃气的速度。
一、涡轮喷气发动机的理想循环
布莱顿循环
布莱顿循环由绝热压缩过程 1-2、等压加热过程2-3、绝 热膨胀过程3-4和等压放热过 程4-1组成。由于这个循环在 等压加热，故也称为等压加 热循环。涡轮喷气发动机和 冲压喷气发动机的理想循环 就是布莱顿循环。
燃料使用效率高，噪声小，能获得较大加力比。
（3）涡轮螺旋浆发动机
涡轮螺旋桨发动机
由燃气涡轮发动机和螺旋桨组成,在它们之间还安 排了一个减速器
涡轮螺旋桨发动机的工作原理
螺旋桨产生拉力 气体流过发动机时产生反作用推力
在较低的飞行速度下,具有较高的推进效率, 所以 它在低亚音速飞行时的经济性较好
飞机动力装置
第三部分：燃气涡轮发动机 刘熊
第一章 航空燃气涡轮发动机概述
第一节 航空燃气涡轮发动机简介
燃气涡轮发动机的发展
喷气发动机的分类
发动机：将燃油燃烧释放出的热能转变为机 械能的装置
喷气发动机：把燃料的化学能转化为发动机 高速喷出燃气的动能，从而获得反作用力， 推进飞行器飞行的发动机。
喷入大气中的燃气与大气进行定压的放热过程。
0→2：绝热压缩 （进气道、压气机） 2→3：等压加热 （燃烧室） 3→5：绝热膨胀 （涡轮、喷管） 5→0：等压放热 （外界大气）
布莱顿循环
1kg工质所作的循环功（加热量与放热量之
略去压缩与膨胀过程中工质与各部件之间的热量交换, 忽 略实际过程中的摩擦, 假设在燃烧室中进行的燃油燃烧释 放出热能的化学反应过程为外部热源对工质加热的过程, 并且忽略由流动阻力和加热所引起的压力降低, 从而用定 压加热过程代替之
喷管：使燃气继续膨胀, 加速, 提高燃气的速度。
一、涡轮喷气发动机的理想循环
布莱顿循环
布莱顿循环由绝热压缩过程 1-2、等压加热过程2-3、绝 热膨胀过程3-4和等压放热过 程4-1组成。由于这个循环在 等压加热，故也称为等压加 热循环。涡轮喷气发动机和 冲压喷气发动机的理想循环 就是布莱顿循环。
燃料使用效率高，噪声小，能获得较大加力比。
（3）涡轮螺旋浆发动机
涡轮螺旋桨发动机
由燃气涡轮发动机和螺旋桨组成,在它们之间还安 排了一个减速器
涡轮螺旋桨发动机的工作原理
螺旋桨产生拉力 气体流过发动机时产生反作用推力
在较低的飞行速度下,具有较高的推进效率, 所以 它在低亚音速飞行时的经济性较好
飞机动力装置
第三部分：燃气涡轮发动机 刘熊
第一章 航空燃气涡轮发动机概述
第一节 航空燃气涡轮发动机简介
燃气涡轮发动机的发展
喷气发动机的分类
发动机：将燃油燃烧释放出的热能转变为机 械能的装置
喷气发动机：把燃料的化学能转化为发动机 高速喷出燃气的动能，从而获得反作用力， 推进飞行器飞行的发动机。
喷入大气中的燃气与大气进行定压的放热过程。
0→2：绝热压缩 （进气道、压气机） 2→3：等压加热 （燃烧室） 3→5：绝热膨胀 （涡轮、喷管） 5→0：等压放热 （外界大气）
布莱顿循环
1kg工质所作的循环功（加热量与放热量之
略去压缩与膨胀过程中工质与各部件之间的热量交换, 忽 略实际过程中的摩擦, 假设在燃烧室中进行的燃油燃烧释 放出热能的化学反应过程为外部热源对工质加热的过程, 并且忽略由流动阻力和加热所引起的压力降低, 从而用定 压加热过程代替之
9F燃气轮机本体结构详细介绍55页PPT
（6）利用发电机作为启动马达，为此需要配置一套变频设备。 （7）PG9351(FA)型联合循环燃气轮机电站的布置图如图所示。
四、主要系统介绍
1、雾化空气系统
（1）MS9001E
雾化空气系统的目的是将燃油滴分裂成非常小的微滴。这些变成微滴
的燃油可以快速、完全地燃烧。这种方式仅在燃烧室的喷嘴出口处完成， 为达到此目的，燃油在喷出燃油喷嘴后与雾化空气喷射器喷出的气流相 混合。不同的燃油被雾化成不同性能的燃油滴。燃油粘度增加，雾化的 难度也增加。
（3）压气机级数增为18级，防喘放气口改到第9级和第13级后，压比 由12.3增至15.4，空气流量由403.7kg/s增为623.7kg.s。压气机的静 叶和动叶均采用C450和403+C6不锈钢制造，前几级叶片还喷涂GECC1号防腐涂层。
（4）燃烧室改用干式预混低污染排放型结构式。配置18个DLN火焰筒。 4个紫外线式火焰探测器，#15、#16、#17、#18燃烧室上各一个。两个 电极高压火花塞，#2、#3燃烧室各一个。每个火焰筒配有5个喷嘴，可燃 用天然气，轻油。不能烧重油。
（2）MS9001FA
MS9001FA机组烧燃油时使用雾化空气。雾化空气系统提供带有一定 压力的空气，通过燃油喷嘴中的附加孔板，直接撞击燃油使之雾化后进 入燃烧室。高速雾化空气将燃油削减成小液滴使之混合良好，燃烧更完 全，显著地提高效率，减少排向大气中乏气的燃烧颗粒排放。
除了给燃油提供雾化，雾化空气系统还提供清吹空气，用于燃气运 行时燃油管线吹扫和燃油运行时主燃气环管的吹扫。
供应雾化空气时，雾化空气进口电动门打开，压缩机出口压力为CPD 的1.46倍，仅供应清吹用空气时，电动阀关闭，空气走旁路，压缩机出 压缩机出口压力为CPD的1.15倍。
燃气轮机结构PPT课件
45
图3-33 DLN燃烧室的一个火焰筒示意图
46
2）催化燃烧
其基本思想是在燃烧室的适当部位引入催化燃烧组件（模 块），催化燃烧的特性是具有“化学恒温作用”。这种组件实 际上是由金属薄片衬底构成的蜂窝结构，衬底上涂敷催化剂， 可燃混合物通过时与催化剂有很大的接触面积。
催化剂组件由多个截面区域组成，每个区域具有专门的功能， 以达到特定的燃烧温度，因此不论可燃混合物浓度如何，即使 燃料-空气比很高，在催化剂组件中进行无焰燃烧时也可以控制 在较低的反应温度，从而将NOx的产生控制在极低的水平。
图 6 发散冷却叶片与表面温度
28
29
图 7 多排冲击和气膜冷却的综合冷却静叶
30
图 8 采用冷却技术后，典型的静叶出口温度与叶片温度
31
Xgl：冷却空气系数 Xgl=GL/Ga
这里 GL为从压气机抽出用于冷却燃气透平叶片空气量 Ga为进入燃气轮机压气机的流量
燃气轮机初温越高 所需冷却空气流量越大，冷却空气系数越大
1、对流冷却
冷却空气流经叶片内部流道后，自叶片的—端或出气边排出至主燃气流中， 空气靠与叶片内部通道壁面的对流放热来冷却叶片，因而称为对流冷却。
图2 板料焊接的对流冷却静叶片
21
图 3 板料焊接的对流冷却动叶片
22
图 4 冷却叶片自叶顶排出的动叶
23
2 冲击冷却
在空心的叶片内部加一导管，导管上开有许多小孔，冷却空气先流入导管，再 从导管上的小孔流出去冷却叶片。下图为一有冲击冷却的静叶导管上开的一排小 孔正对着片进气边内表面，冷却空气自小孔流出直接冲击进气边内表面进行冷却， 故称冲击冷却。
图 5 有冲击冷却的静叶
24
3、气膜冷却 冷却空气从空心叶片顺着燃气流动方向流出，在叶片表面形成
图3-33 DLN燃烧室的一个火焰筒示意图
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2）催化燃烧
其基本思想是在燃烧室的适当部位引入催化燃烧组件（模 块），催化燃烧的特性是具有“化学恒温作用”。这种组件实 际上是由金属薄片衬底构成的蜂窝结构，衬底上涂敷催化剂， 可燃混合物通过时与催化剂有很大的接触面积。
催化剂组件由多个截面区域组成，每个区域具有专门的功能， 以达到特定的燃烧温度，因此不论可燃混合物浓度如何，即使 燃料-空气比很高，在催化剂组件中进行无焰燃烧时也可以控制 在较低的反应温度，从而将NOx的产生控制在极低的水平。
图 6 发散冷却叶片与表面温度
28
29
图 7 多排冲击和气膜冷却的综合冷却静叶
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图 8 采用冷却技术后，典型的静叶出口温度与叶片温度
31
Xgl：冷却空气系数 Xgl=GL/Ga
这里 GL为从压气机抽出用于冷却燃气透平叶片空气量 Ga为进入燃气轮机压气机的流量
燃气轮机初温越高 所需冷却空气流量越大，冷却空气系数越大
1、对流冷却
冷却空气流经叶片内部流道后，自叶片的—端或出气边排出至主燃气流中， 空气靠与叶片内部通道壁面的对流放热来冷却叶片，因而称为对流冷却。
图2 板料焊接的对流冷却静叶片
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图 3 板料焊接的对流冷却动叶片
22
图 4 冷却叶片自叶顶排出的动叶
23
2 冲击冷却
在空心的叶片内部加一导管，导管上开有许多小孔，冷却空气先流入导管，再 从导管上的小孔流出去冷却叶片。下图为一有冲击冷却的静叶导管上开的一排小 孔正对着片进气边内表面，冷却空气自小孔流出直接冲击进气边内表面进行冷却， 故称冲击冷却。
图 5 有冲击冷却的静叶
24
3、气膜冷却 冷却空气从空心叶片顺着燃气流动方向流出，在叶片表面形成
燃气轮机原理精讲ppt课件
16
涡轮入口温度的提高
17
1-4 燃气轮机的分类
简单循环：
开式循单环轴：、分轴、双轴、多轴燃气轮机 单轴：负荷固定、转速固定；发电用；压气机固有的转动惯量，有利
于防止在甩负荷时产生飞车；加入热交换器可以使整机热效率提高，但这 要损失10%功率。
分轴：起动机仅满足燃气发生器即可；甩负荷时会带来涡轮的飞车， 所以控制系统要有保证。
H. Cohen, G. F. Rogers, H. I. H. Saravanamuttoo
第一章 概论 1.1 燃气轮机的 组成及工作原理
C- compresser T- Turbine B – Combustion chamber
Simple gas turbine system
1-2 燃气轮机的发展
缺点：需要外部加热系统；这样加热器表面温度给主循环最高温度 设定了上限。
现代燃气轮机的结构特点
轻型结构<10KG/PS， 重型结构 >15KG/PS 燃气轮机简轻图型：结构： 航空机和航空改型舰用燃气轮机，工业轻型（重载轻型）
重型结构：工业燃气轮机
单位功率重量：
金属耐热极限---1100 ℃；涡轮进气温度：1460 ℃
多轴：如果不采用热交换器而获得高的热效率，就要有高压缩比。虽 然多级离心式压气机具有高的压比，但其效率要比轴流式的低，所以通常 都是采用轴流式压气机。而当压气机在低转速时，由于压气机后几级由于 出口面积减小，空气密度降低，气体轴向速度加大，叶片会出现阻塞。这 种不稳定区的出现，会发生在燃气轮机起动或低负荷情况。
12
海军舰船
13
机车车辆
英国98年英研国制984年00研0制马4力00机0马车力机车
14
涡轮入口温度的提高
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1-4 燃气轮机的分类
简单循环：
开式循单环轴：、分轴、双轴、多轴燃气轮机 单轴：负荷固定、转速固定；发电用；压气机固有的转动惯量，有利
于防止在甩负荷时产生飞车；加入热交换器可以使整机热效率提高，但这 要损失10%功率。
分轴：起动机仅满足燃气发生器即可；甩负荷时会带来涡轮的飞车， 所以控制系统要有保证。
H. Cohen, G. F. Rogers, H. I. H. Saravanamuttoo
第一章 概论 1.1 燃气轮机的 组成及工作原理
C- compresser T- Turbine B – Combustion chamber
Simple gas turbine system
1-2 燃气轮机的发展
缺点：需要外部加热系统；这样加热器表面温度给主循环最高温度 设定了上限。
现代燃气轮机的结构特点
轻型结构<10KG/PS， 重型结构 >15KG/PS 燃气轮机简轻图型：结构： 航空机和航空改型舰用燃气轮机，工业轻型（重载轻型）
重型结构：工业燃气轮机
单位功率重量：
金属耐热极限---1100 ℃；涡轮进气温度：1460 ℃
多轴：如果不采用热交换器而获得高的热效率，就要有高压缩比。虽 然多级离心式压气机具有高的压比，但其效率要比轴流式的低，所以通常 都是采用轴流式压气机。而当压气机在低转速时，由于压气机后几级由于 出口面积减小，空气密度降低，气体轴向速度加大，叶片会出现阻塞。这 种不稳定区的出现，会发生在燃气轮机起动或低负荷情况。
12
海军舰船
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机车车辆
英国98年英研国制984年00研0制马4力00机0马车力机车
14
典型航空燃气涡轮发动机PPT课件
典型航空燃气涡轮发动机
Typical aero gas turbine engines
精品ppt
1
主要内容
• 燃气涡轮发动机的发明 • 航空燃气涡轮发动机的作用和要求 • 航空燃气涡轮发动机的基本类型 • 典型航空燃气涡轮发动机介绍
精品ppt
2
燃气涡轮喷气发动机的发明
弗兰克·惠特尔 (Frank Whittle) 英国航空工程师、 发明家、喷气 推进技术的先驱、空军准将。1907年6月1日生于英国考文垂的伊 尔斯顿。1923年加入皇家空军，入克伦威尔皇家空军学院学习并 接受飞行训练。1928年在一篇《关于燃气涡轮和喷气反作用飞机》的论 文中，首次提出了喷气热力学的基本公式。同年，惠特尔以优异成绩毕业， 成为皇家空军的战斗机驾驶员。1930年又取得第一个涡轮喷气发动机设计 的专利。1931—1932年任新型飞机试飞员。后到皇家空军工程学校和剑桥 大学进修。
6
航空燃气涡轮发动机的作用和要求
设计要求
军用发动机
民用发动机
1. 性能：推力、耗油率、起动等 2. 适用性：稳定性、加力、吸烟 3. 结构和安装 4. 可靠性 5. 维修性 6. 隐身性、矢量推力
1. 起飞推力和推重比 2. 巡航耗油率 3. 结构和安装 4. 可靠性、寿命和维护性 5. 污染物排放 6. 低噪声
英国在第二次世界大战后期和战后使用的各型喷气战斗机，大都是 根据惠特尔的设计而研制成的。50年代初，惠特尔又先后研制成世界上第 一种涡轮螺旋桨旅客机“子爵号”和第一架涡轮喷气客机“彗星号”。 1953年出版了《喷气机：开拓者的精故品事ppt》。1996年8月9日去世，享年3 89岁。
燃气涡轮喷气发动机的发明
1. 涡轮喷气发动机 Turbo-jet engine
Typical aero gas turbine engines
精品ppt
1
主要内容
• 燃气涡轮发动机的发明 • 航空燃气涡轮发动机的作用和要求 • 航空燃气涡轮发动机的基本类型 • 典型航空燃气涡轮发动机介绍
精品ppt
2
燃气涡轮喷气发动机的发明
弗兰克·惠特尔 (Frank Whittle) 英国航空工程师、 发明家、喷气 推进技术的先驱、空军准将。1907年6月1日生于英国考文垂的伊 尔斯顿。1923年加入皇家空军，入克伦威尔皇家空军学院学习并 接受飞行训练。1928年在一篇《关于燃气涡轮和喷气反作用飞机》的论 文中，首次提出了喷气热力学的基本公式。同年，惠特尔以优异成绩毕业， 成为皇家空军的战斗机驾驶员。1930年又取得第一个涡轮喷气发动机设计 的专利。1931—1932年任新型飞机试飞员。后到皇家空军工程学校和剑桥 大学进修。
6
航空燃气涡轮发动机的作用和要求
设计要求
军用发动机
民用发动机
1. 性能：推力、耗油率、起动等 2. 适用性：稳定性、加力、吸烟 3. 结构和安装 4. 可靠性 5. 维修性 6. 隐身性、矢量推力
1. 起飞推力和推重比 2. 巡航耗油率 3. 结构和安装 4. 可靠性、寿命和维护性 5. 污染物排放 6. 低噪声
英国在第二次世界大战后期和战后使用的各型喷气战斗机，大都是 根据惠特尔的设计而研制成的。50年代初，惠特尔又先后研制成世界上第 一种涡轮螺旋桨旅客机“子爵号”和第一架涡轮喷气客机“彗星号”。 1953年出版了《喷气机：开拓者的精故品事ppt》。1996年8月9日去世，享年3 89岁。
燃气涡轮喷气发动机的发明
1. 涡轮喷气发动机 Turbo-jet engine
《燃气轮机》课件
的互补和优化利用。
燃气轮机行业的环保政策与法规
排放限制
各国政府对燃气轮机的排放制定了严格的限制标准， 要求企业采取有效措施降低排放，促进清洁能源的使 用。
能效标准
政府制定能效标准，鼓励企业采用高效低排放的燃气 轮机技术，推动行业的技术进步和绿色发展。
06
燃气轮机与其他动力设备的比较
与蒸汽轮机的比较
涡轮机通常采用轴流式或离心 式设计统
01
控制系统是燃气轮机的重要组成部分，负责监控燃气轮机的运行状态 、控制燃气轮机的启动、停机、运行等操作。
02
控制系统的设计应确保安全、可靠、高效地控制燃气轮机的运行，同 时具备故障诊断和保护功能。
03
控制系统通常采用自动化和数字化技术，以实现远程监控和智能控制 。
先进的材料和制造工艺
采用耐高温、耐腐蚀的新型材料，以及先进 的制造工艺，提高燃气轮机的可靠性和寿命 。
燃气轮机在新能源领域的应用
分布式能源系统
燃气轮机在分布式能源系统中扮演重要角色 ，能够提供稳定、可靠的电力和热力供应， 同时具有较高的能源利用效率和较低的环境 影响。
混合能源系统
燃气轮机可以与太阳能、风能等可再生能源 相结合，形成混合能源系统，实现多种能源
燃烧室的设计还需考虑启动、停机、正常运行等不同工 况下的性能表现，以满足燃气轮机的整体需求。
涡轮机
涡轮机是燃气轮机的动力输出 部分，通过涡轮叶片将高温、
高压的燃气转换为机械能。
涡轮机的设计应确保高效、稳 定地将燃气能量转换为机械能 ，同时承受高温、高压、腐蚀
等恶劣环境。
涡轮机的结构和材料需经过精 密的设计和制造，以确保其长 寿命和可靠性。
燃气轮机的热效率
总结词
燃气轮机行业的环保政策与法规
排放限制
各国政府对燃气轮机的排放制定了严格的限制标准， 要求企业采取有效措施降低排放，促进清洁能源的使 用。
能效标准
政府制定能效标准，鼓励企业采用高效低排放的燃气 轮机技术，推动行业的技术进步和绿色发展。
06
燃气轮机与其他动力设备的比较
与蒸汽轮机的比较
涡轮机通常采用轴流式或离心 式设计统
01
控制系统是燃气轮机的重要组成部分，负责监控燃气轮机的运行状态 、控制燃气轮机的启动、停机、运行等操作。
02
控制系统的设计应确保安全、可靠、高效地控制燃气轮机的运行，同 时具备故障诊断和保护功能。
03
控制系统通常采用自动化和数字化技术，以实现远程监控和智能控制 。
先进的材料和制造工艺
采用耐高温、耐腐蚀的新型材料，以及先进 的制造工艺，提高燃气轮机的可靠性和寿命 。
燃气轮机在新能源领域的应用
分布式能源系统
燃气轮机在分布式能源系统中扮演重要角色 ，能够提供稳定、可靠的电力和热力供应， 同时具有较高的能源利用效率和较低的环境 影响。
混合能源系统
燃气轮机可以与太阳能、风能等可再生能源 相结合，形成混合能源系统，实现多种能源
燃烧室的设计还需考虑启动、停机、正常运行等不同工 况下的性能表现，以满足燃气轮机的整体需求。
涡轮机
涡轮机是燃气轮机的动力输出 部分，通过涡轮叶片将高温、
高压的燃气转换为机械能。
涡轮机的设计应确保高效、稳 定地将燃气能量转换为机械能 ，同时承受高温、高压、腐蚀
等恶劣环境。
涡轮机的结构和材料需经过精 密的设计和制造，以确保其长 寿命和可靠性。
燃气轮机的热效率
总结词
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航空燃气涡轮发动机 结构设计
无人机母机系统研制
高空无人驾驶侦察机
涡喷-11B发动机
航空燃气涡轮发动机结构
❖目的: ❖了解和掌握发动机结构设计的
❖基本原则 ❖分析方法 ❖存在的主要矛盾 ❖各种解决措施
航空燃气涡轮发动机结构
❖特点: ❖涉及面广 系统性不强 工程性强 不断发展
航空燃气涡轮发动机结构
❖组成： ❖静子 转子
❖特点： ❖高温、高转速
❖ 涡轮前燃气温度—影响发动机性能好坏的一个重 要参数
4.涡轮喷气发动机—涡轮
❖燃气在涡轮叶片中流动
4.涡轮喷气发动机—尾喷管
❖作用： ❖燃气膨胀以高速 (550-600 米/秒) 喷出
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖气流在发动机进、出口的变化
❖进气速度为零，排气速度大增 ❖根据牛顿第三定律，这股流过发动机的气流
❖ 作用、 结构、 工作特点 ❖ 防止外物打伤；防冰
4.涡轮喷气发动机—压气机
❖ 作用: ❖提高进入燃烧室的空气压力
❖ 重要参数: ❖增压比(P出口/P进口)
❖影响发动机性能好坏的一个主要参数
4.涡轮喷气发动机—燃烧室
❖作用、特点、构造
4.涡轮喷气发动机—涡轮
❖作用： ❖燃气膨胀作功驱动压气机
加力式涡轮风扇发动机扇发动机
F-4“鬼怪”式战斗机 用涡扇(斯贝MK202)换装涡喷(J79)后
飞机性能的改进
最大M数
由 2.2→2.4
最大航程
↑54%
加速到M=2的时间
↓1/3
爬升到12000m的时间 ↓20%
加力式涡轮风扇发动机
❖ 60年代后期采用高循环参数 ❖总压比≈25、T3≈1600K ❖发展高性能核心机 ❖研制成专为先进战斗机用的、推重比为8.0一 级8的发动机
2.涡轮轴发动机 （WZ）
3.地面用燃气轮机
油 田 灭 火 机
3.地面用燃气轮)
涡喷六（WP-6）发动机
❖用于
歼六 强五
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
4.涡轮喷气发动机—进气道
四代机对发动机的要求
❖推重比大于 10.0 ❖不开加力的最大推力
❖ 即中间推力要大 ❖采用矢量喷管
X-35矢量喷口
矢量喷管 F119
矢量喷口
苏－37的超机动飞行
苏－27的眼镜蛇机动飞行
苏－37的钟状机动飞行
❖能否发展一种既能产生大的推力，经 济性又好的发动机?
5.涡轮风扇发动机-(WS)
涡轮风扇发动机
❖特征： ❖将涡轮出来的燃气再流入一个涡轮，在涡轮 中膨胀作功，向前驱动一个直径比原有压气机 大的风扇 (结构同于压气机)
❖风扇出来的空气一部分流入压气机 (称内涵)， 一部分由压气机外部流过 (称外涵)
产生发动机的推力。
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖发动机的推力 T
T=G空气×(W出口－W进口)/g
G空气: 每秒流进发动机的空气量，kg/s W出口: 尾喷管流出的燃气速度，m/s W进口: 流进发动机的空气速度，m/s
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖加力燃烧室 ❖装在涡轮后，短期供入燃油燃烧, 使排气温度、 速度增加，增加发动机推力。
❖特征： ❖不直接产生推力，通过减速器带动螺旋桨； ❖螺桨转速不变，桨角变化，得到不同推力； ❖发动机在高亚音飞行时，热力效率高； ❖用于低速运输机及轻型飞机。
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
❖涡轮螺桨发动机结构简图
2.涡轮轴发动机 （WZ）
❖带有两级减速器；用于直升飞机上
涡轮风扇发动机
❖ 特征（续） ❖由尾喷管喷出的燃气速度低了，内涵推力小了 ❖外涵气流也产生推力 ❖推力大了，排出的能量小了 ❖ 耗油率低了， 比涡喷约低1/3
涡扇发动机推力=内涵推力+外涵推力 >涡喷发动机推力
波音－707
❖用JT3D涡扇换装JT3C涡喷
飞机性能的变化
❖起飞滑跑距离减少 29.4%
❖最大航程增加
27.6%
❖爬升率提高
110%
❖最大巡航速度提高 8.2%
涡轮风扇发动机
❖ 60年代初期研制成功后，很快被民航客机广泛采 用
❖飞机 ❖波音707、波音727、波音737、三叉戟、快帆， 伊尔62、图154、DC-9
❖发动机 ❖JT3D、JT8D、康维、斯贝、D-30。
涡轮风扇发动机
❖要求: 学会读图 分析方法 多看实物 掌握各部件的设计特点
第一讲 航空发动机发展
一、航空燃气涡轮发动机分类
❖涡轮螺桨发动机 ❖涡轮轴发动机 ❖地面燃气轮机 ❖涡轮喷气发动机 ❖涡轮风扇发动机
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
❖安－70超大型运输机
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
Sikorsky UH-60L Black Hawk Boeing AH-64D Apache Longbow
2.涡轮轴发动机 （WZ）
2.涡轮轴发动机 （WZ）
MTR390
慕尼黑涡轮联合公司/透博梅卡 /罗罗
2.涡轮轴发动机 （WZ）
❖T-700 涡轴发动机
2.涡轮轴发动机 （WZ）
2.涡轮轴发动机 （WZ）
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖经济性差 ❖高温、高速燃气由尾喷管排出，能量量损失 大，因此经济性差。 ❖ 特别在开加力时，经济性更差。
❖耗油率 SFC ❖涡轮喷气发动机耗油率大，约0.90 kg/kgf/h
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖在航空发展史中占有重要地位但存在 着较大的缺点
❖F100-PW-100→F-15 (1974)
第 3代战斗机的发动机
F100-PW-229
129.4 kN
推重比=8.0
F110-GE-129
129.1 kN
推重比=8.0
AL-31F(АЛ-31Ф) 122.6 kN
推重比=8.0
第4代战斗机的特点
❖高的敏捷性 ❖好的隐身性 ❖短距起飞着陆能力 ❖超声速巡航能力
❖循环参数 ❖总压比 ❖涡轮前燃气温度 ❖涵道比
涡轮风扇发动机－军用
❖特征 ❖在高性能战斗机上的应用
❖要求： ❖迎风面积小，推重比大
❖发展 ❖先进的核心机，采用小涵道比，再装上加力 燃烧室。
加力式涡轮风扇发动机
❖ 起飞推力大 ❖ 加力比(加力推力/不加力推力)大 ❖巡航耗油率低 ❖减少迎风面积适合战斗机
无人机母机系统研制
高空无人驾驶侦察机
涡喷-11B发动机
航空燃气涡轮发动机结构
❖目的: ❖了解和掌握发动机结构设计的
❖基本原则 ❖分析方法 ❖存在的主要矛盾 ❖各种解决措施
航空燃气涡轮发动机结构
❖特点: ❖涉及面广 系统性不强 工程性强 不断发展
航空燃气涡轮发动机结构
❖组成： ❖静子 转子
❖特点： ❖高温、高转速
❖ 涡轮前燃气温度—影响发动机性能好坏的一个重 要参数
4.涡轮喷气发动机—涡轮
❖燃气在涡轮叶片中流动
4.涡轮喷气发动机—尾喷管
❖作用： ❖燃气膨胀以高速 (550-600 米/秒) 喷出
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖气流在发动机进、出口的变化
❖进气速度为零，排气速度大增 ❖根据牛顿第三定律，这股流过发动机的气流
❖ 作用、 结构、 工作特点 ❖ 防止外物打伤；防冰
4.涡轮喷气发动机—压气机
❖ 作用: ❖提高进入燃烧室的空气压力
❖ 重要参数: ❖增压比(P出口/P进口)
❖影响发动机性能好坏的一个主要参数
4.涡轮喷气发动机—燃烧室
❖作用、特点、构造
4.涡轮喷气发动机—涡轮
❖作用： ❖燃气膨胀作功驱动压气机
加力式涡轮风扇发动机扇发动机
F-4“鬼怪”式战斗机 用涡扇(斯贝MK202)换装涡喷(J79)后
飞机性能的改进
最大M数
由 2.2→2.4
最大航程
↑54%
加速到M=2的时间
↓1/3
爬升到12000m的时间 ↓20%
加力式涡轮风扇发动机
❖ 60年代后期采用高循环参数 ❖总压比≈25、T3≈1600K ❖发展高性能核心机 ❖研制成专为先进战斗机用的、推重比为8.0一 级8的发动机
2.涡轮轴发动机 （WZ）
3.地面用燃气轮机
油 田 灭 火 机
3.地面用燃气轮)
涡喷六（WP-6）发动机
❖用于
歼六 强五
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
4.涡轮喷气发动机—进气道
四代机对发动机的要求
❖推重比大于 10.0 ❖不开加力的最大推力
❖ 即中间推力要大 ❖采用矢量喷管
X-35矢量喷口
矢量喷管 F119
矢量喷口
苏－37的超机动飞行
苏－27的眼镜蛇机动飞行
苏－37的钟状机动飞行
❖能否发展一种既能产生大的推力，经 济性又好的发动机?
5.涡轮风扇发动机-(WS)
涡轮风扇发动机
❖特征： ❖将涡轮出来的燃气再流入一个涡轮，在涡轮 中膨胀作功，向前驱动一个直径比原有压气机 大的风扇 (结构同于压气机)
❖风扇出来的空气一部分流入压气机 (称内涵)， 一部分由压气机外部流过 (称外涵)
产生发动机的推力。
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖发动机的推力 T
T=G空气×(W出口－W进口)/g
G空气: 每秒流进发动机的空气量，kg/s W出口: 尾喷管流出的燃气速度，m/s W进口: 流进发动机的空气速度，m/s
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖加力燃烧室 ❖装在涡轮后，短期供入燃油燃烧, 使排气温度、 速度增加，增加发动机推力。
❖特征： ❖不直接产生推力，通过减速器带动螺旋桨； ❖螺桨转速不变，桨角变化，得到不同推力； ❖发动机在高亚音飞行时，热力效率高； ❖用于低速运输机及轻型飞机。
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
❖涡轮螺桨发动机结构简图
2.涡轮轴发动机 （WZ）
❖带有两级减速器；用于直升飞机上
涡轮风扇发动机
❖ 特征（续） ❖由尾喷管喷出的燃气速度低了，内涵推力小了 ❖外涵气流也产生推力 ❖推力大了，排出的能量小了 ❖ 耗油率低了， 比涡喷约低1/3
涡扇发动机推力=内涵推力+外涵推力 >涡喷发动机推力
波音－707
❖用JT3D涡扇换装JT3C涡喷
飞机性能的变化
❖起飞滑跑距离减少 29.4%
❖最大航程增加
27.6%
❖爬升率提高
110%
❖最大巡航速度提高 8.2%
涡轮风扇发动机
❖ 60年代初期研制成功后，很快被民航客机广泛采 用
❖飞机 ❖波音707、波音727、波音737、三叉戟、快帆， 伊尔62、图154、DC-9
❖发动机 ❖JT3D、JT8D、康维、斯贝、D-30。
涡轮风扇发动机
❖要求: 学会读图 分析方法 多看实物 掌握各部件的设计特点
第一讲 航空发动机发展
一、航空燃气涡轮发动机分类
❖涡轮螺桨发动机 ❖涡轮轴发动机 ❖地面燃气轮机 ❖涡轮喷气发动机 ❖涡轮风扇发动机
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
❖安－70超大型运输机
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
Sikorsky UH-60L Black Hawk Boeing AH-64D Apache Longbow
2.涡轮轴发动机 （WZ）
2.涡轮轴发动机 （WZ）
MTR390
慕尼黑涡轮联合公司/透博梅卡 /罗罗
2.涡轮轴发动机 （WZ）
❖T-700 涡轴发动机
2.涡轮轴发动机 （WZ）
2.涡轮轴发动机 （WZ）
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖经济性差 ❖高温、高速燃气由尾喷管排出，能量量损失 大，因此经济性差。 ❖ 特别在开加力时，经济性更差。
❖耗油率 SFC ❖涡轮喷气发动机耗油率大，约0.90 kg/kgf/h
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
❖在航空发展史中占有重要地位但存在 着较大的缺点
❖F100-PW-100→F-15 (1974)
第 3代战斗机的发动机
F100-PW-229
129.4 kN
推重比=8.0
F110-GE-129
129.1 kN
推重比=8.0
AL-31F(АЛ-31Ф) 122.6 kN
推重比=8.0
第4代战斗机的特点
❖高的敏捷性 ❖好的隐身性 ❖短距起飞着陆能力 ❖超声速巡航能力
❖循环参数 ❖总压比 ❖涡轮前燃气温度 ❖涵道比
涡轮风扇发动机－军用
❖特征 ❖在高性能战斗机上的应用
❖要求： ❖迎风面积小，推重比大
❖发展 ❖先进的核心机，采用小涵道比，再装上加力 燃烧室。
加力式涡轮风扇发动机
❖ 起飞推力大 ❖ 加力比(加力推力/不加力推力)大 ❖巡航耗油率低 ❖减少迎风面积适合战斗机