燃气轮机原理
燃气轮机简介
西门子SIEMENS 燃气轮机 ❖ we
GE 燃气轮机
1、燃气轮机基本原理
❖ 地面燃气轮机旳评价参数：
效率：42.9% ，联合循环效率高达58%；（油耗率、热耗） 功率： 最大334MW； 涡轮前温度、压比； 寿命：50000~100000小时； 停机检验时间：4000~8000小时； 单位功率旳重量：重型旳一般不小于2～5kg/kW，轻型则
在1872瑞士人Stole取得了一种燃气轮机旳专利，他设计 旳燃气轮机涉及多级轴流式压气机、反动式涡轮、燃烧 室、回热器等部件。
1895年,美国人 Charles提出了完整旳燃气轮机旳设计专 利。
2、燃气轮机发展史
❖ 在1923年，法国人 Stolze制造了第一台“真正”
旳燃气轮机，而且进行了试验，但是成果却是失败 了。装置除了带动本身旋转外，几乎不能对外输出 功。 ❖ 同步，其他旳人也尝试制造燃气轮机，但是几乎都 失败了。 ❖ 失败旳主要原因有两个：
部件旳效率偏低（主要是压气机，当初旳压气机效率只有 60%左右）。
材料旳限制（没有耐热钢和冷却技术，涡轮前温度只有 740K左右，在后来旳学习中会发觉涡轮前温度循环效率旳 影响最大）。
2、燃气轮机发展史
❖ 到了20世纪30年代，因为空气动力学旳发展应用在 压气机设计领域，使得压气旳效率和压比均得到了 提升；同步冶金技术旳发展出现了耐热钢，能够承 受500~600摄氏度左右旳高温。为燃气轮机旳制造成 功提供了基本旳确保。
一、燃气轮机简介
1. 燃气轮机基本原理 2. 燃气轮机发展史 3. 燃气轮机旳特点 4. 燃气轮机旳应用 5. 发展前景
燃气轮机介绍
西门子 燃气轮机
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GE 燃气轮机
，
三菱燃气轮机
，
2、燃气轮机结构组成
❖ 2.1轴流式压气机
❖ 压气机负责从周围大气中吸入空气，增压 后供给燃烧室，分轴流式压气机与离心式压 气机（应用较少），这里介绍轴流式压气机。
❖ 轴流式压气机的叶轮由叶片与叶盘组成， 工作原理如同电风扇的叶片，叶片旋转时拨 动空气，流动产生风；压气机的叶轮旋转把空 气推进气缸压缩。
❖ 理论上进入燃烧室的空气压力越高越好，实际上综合各 种因素，，压比较多为 12 至 20。燃气轮机的压气机由本身 的涡轮机带动，燃气轮机启动时，先使用外动力带动压气 机旋转，把空气压入燃烧室。燃气轮机点火后进入运转状 态，则转变至由涡轮带动压气机旋转压气。
西门子 燃气轮机
西门子 燃气轮机
西门子 燃气轮机
1、燃气轮机基本原理
❖ 电站燃气轮机循环主要性能指标：
压比：压气机出口的气体压力P2*与进口的气体压力P1* 之比值，反映工质被压缩的程度。 温比：循环最高温度t3*（燃气初温：第一级喷嘴后缘 平面处的燃气的平均滞止温度）与最低温度t1*之比值。 比功：是指相应于进入燃气轮机的每lkg空气，在燃气 轮机中完成一个循环后所能对外输出的功。 单机功，率：燃气轮发电机组的输出电功率PGTG，为主要的 性能指标。 热效率：当工质完成一循环时，把外界加给工质的热量 转化成为机械功或电功的百分数。
❖ 燃气轮机定义：燃气轮机是将燃料（石油、天然 气）的能量转化为某种形式的有用功，例如机械 功或者高速喷气式动力装置的推力。
❖ 最简单的燃气轮机包括三部分：压气机、燃烧室、 涡轮。
❖压气机——压缩空气（消耗功） ❖燃， 烧室——燃料与空气燃烧（化学能转化为热能） ❖涡 轮——燃气膨胀做功，一部分功用来带动压
燃气轮机的工作原理分析
燃气轮机的工作原理分析燃气轮机是一种将燃气能转换为机械能的热动力装置。
它通过燃烧燃气，并利用高温高压气体的膨胀驱动涡轮机运转，从而将热能转化为机械能。
本文将对燃气轮机的工作原理进行深入分析。
一、燃气轮机的基本构造燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮机和辅助系统等组成。
压气机负责将大气中的空气压缩，提高压气机出口的压力和温度；燃烧室将燃料与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气；涡轮机则利用高温高压燃气的膨胀作用，转动轴，输出机械能。
二、燃气轮机的工作过程1. 压缩过程在压气机中，压气机叶片将空气压缩，并不断增加其压力和温度。
由于压缩过程中涡轮机的功率输入，工作流体的压力会急剧增加，温度也会相应上升。
2. 燃烧过程压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料充分混合并燃烧。
在燃烧过程中，燃气的温度急剧升高，压力也随之上升。
在燃烧过程中，燃气释放的热能被吸收，并驱动涡轮机的转动。
3. 膨胀过程高温高压的燃气进入涡轮机，通过叶轮的高速旋转，将热能转化为机械能。
涡轮机的转动使得轴上的负载得以工作，产生功率输出。
4. 排气过程经过涡轮机的工作后，燃气温度和压力均下降。
排气系统将残余燃气排出燃气轮机，进入大气中。
三、燃气轮机的特点与优势1. 高效率：相比于蒸汽轮机，燃气轮机拥有更高的实际功率和热效率，能够更充分地利用燃气的能量。
2. 快速启动：燃气轮机的启动时间相对较短，可以在数分钟内达到额定工况。
3. 灵活性：燃气轮机由于结构简单，响应速度快，适用于大范围的负荷变化，具有较好的负载调节性能。
4. 环保性：燃气轮机燃烧过程中的烟气排放较少，对环境污染较低。
四、燃气轮机的应用领域燃气轮机由于其高效率、快速启动和灵活性的优势，广泛应用于各个领域。
以下是燃气轮机的几个主要应用领域：1. 发电行业：燃气轮机广泛用于电力厂的发电设备，可以有效提供稳定可靠的电力供应。
2. 航空航天产业：燃气轮机被用于飞机、火箭等航空航天器的推进系统，提供动力支持。
燃气轮机发电原理
燃气轮机发电原理
燃气轮机发电原理是利用燃烧燃气产生的高温燃气驱动涡轮旋转，从而带动发电机发电的一种方式。
具体原理如下：
1. 燃气燃烧：燃气轮机通过燃烧机将燃气（通常为天然气或石油气）与空气混合并点燃，形成高温高压的燃气。
2. 涡轮旋转：燃烧后的高温高压燃气进入涡轮机中，燃气的能量被转化为动能，推动涡轮机转动。
3. 转动发电机：涡轮机的轴与发电机的轴相连，涡轮机的旋转运动带动发电机的转子旋转，由磁力感应原理，发电机的转子旋转在定子线圈中产生电流。
4. 发电：通过发电机产生的电流，经过变压器的升压处理，最终输送到电网中供电使用。
燃气轮机发电原理简单明了，能够高效利用燃气的能量来产生电力。
相较于其他发电方式，燃气轮机具有启动快、热效率高、排放少等优点，因此在大型电力厂、工业用电以及航空舰船等领域得到广泛应用。
燃气轮机工作原理与应用技术
燃气轮机工作原理与应用技术燃气轮机是一种能够将燃料的热能转化为动能的发电机组，被广泛应用于发电、航空、船舶等领域。
本文旨在介绍燃气轮机的工作原理和应用技术。
一. 燃气轮机的工作原理燃气轮机的基本构成包括压气机、燃烧室、涡轮和发电机。
其工作原理可以简单概括为：压缩来自空气压力机的压缩空气，送入燃烧室燃烧燃料，产生高温高压气流，通过涡轮转子驱动发电机发电，同时排出尾气。
1. 压气机压气机的作用是将空气压缩并提高压力，为下一步的燃烧提供充足的氧气。
一般情况下，燃气轮机会使用多级离心式压气机，它的作用是将来自空气压力机的空气进行多级压缩，以达到较高的压力和温度。
2. 燃烧室燃烧室是将燃料燃烧，产生高温高压气流的空间。
在燃烧室中，燃料喷射器将燃料喷入燃烧室中，随后点火引燃。
经过燃烧后，气流温度达到1000℃以上，并且压力增加。
3. 涡轮涡轮是燃气轮机中最重要的组成部分之一。
涡轮的作用是将由燃烧室排出的高温高压气流转化为机械能，启动发电机转子，发电机转子通过旋转发电。
通常，燃气轮机会采用多级叶轮式涡轮，不同级数叶片的转速和角度不同，以适应不同的压力和温度。
4. 发电机发电机是将涡轮输出的机械能转化为电能的装置。
发电机一般采用在转子上安装绕组的感应式发电机。
整个燃气轮机的工作过程，最终会输出电能。
二. 燃气轮机的应用技术燃气轮机作为一种高效能、节能、环保的发电机组，具有着广泛的应用领域。
1. 发电在发电领域，燃气轮机可以单独或者联合热电联产的方式来输出电能和热能，具有高效能、低污染等优点。
另外，由于其响应速度较快，可以在短时间内投入运行，满足紧急情况下的电力需求。
2. 航空领域燃气轮机在航空领域中可以作为飞机推进装置，为飞机提供动力。
燃气轮机具有高可靠性、高效能、快速响应等优点，很好地满足了航空领域对发动机的高要求。
3. 船舶领域燃气轮机在船舶领域中可以作为动力装置，为船只提供足够的动力。
燃气轮机具有启动响应快、可调速、低振动、低噪音等优点，非常适合船舶的工作环境。
燃气轮机原理
燃气轮机原理
燃气轮机是利用燃气的燃烧产生的热能来驱动涡轮旋转，通过与涡轮连接的轴来输出功率的一种装置。
它的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 压缩空气：燃气轮机内部有一个压缩机，它吸入大量的空气并将其压缩至高压状态。
通过旋转的叶片，空气被压缩并排出。
2. 燃烧：在压缩后的空气中注入燃料，形成可燃气体。
这些可燃气体在燃烧室中点火，并产生高温和高压的燃烧产物，如烟气和燃烧残渣。
3. 膨胀：高温高压的烟气通过燃气轮机中的涡轮，使其快速旋转。
涡轮的旋转力量通过轴传递给外部设备，如驱动发电机或者飞机的螺旋桨。
4. 排放：燃烧产物从燃气轮机排出，形成废气。
这些废气需要进行处理，以减少对环境的污染。
总体而言，燃气轮机利用燃气燃烧的高温高压来推动旋转涡轮，从而产生能量输出。
与传统的发电方式相比，燃气轮机具有高效率、快速启动以及较小的体积等优势，因此被广泛应用于电力发电、航空航天等领域。
燃气轮机的工作原理
燃气轮机的工作原理
燃气轮机是一种利用燃料燃烧产生高温高压气体做工质，通过气流转动涡轮，再将动能转化为机械能的装置。
以下是燃气轮机的工作原理：
1. 空气进气：燃气轮机的工作过程始于将空气引入进气道中。
为了达到更高的效率，一般会采用压气机提升空气的压力，以增加进气气流量。
2. 燃料燃烧：在压缩后的空气进入燃烧室之前，燃料被喷入燃烧室进行燃烧。
通常情况下，燃料燃烧产生的热量会使气体的温度和压力升高。
3. 气体膨胀：经过燃烧室燃烧后，高温高压气体进入涡轮机，气体的动能随之转化为涡轮得以旋转。
4. 涡轮工作：涡轮由多个叶片组成，这些叶片被高速旋转的气体冲击，使得涡轮自身也随之旋转。
涡轮旋转的目的是为了将气体流动时的动能转化为机械能。
5. 惯性运动：涡轮和轴传动装置的联系使得涡轮的运动将会传递给其他设备，如发电机或驱动船只的螺旋桨。
同时，惯性使得涡轮与压气机相互影响，构成了一个循环的工作系统。
6. 排气：气体工作完毕后，通过排气道排出。
部分排出的热能可以用于发电或供热。
总结起来，燃气轮机通过燃烧燃料产生高温高压气体，通过涡轮转动的方式将气体的动能转化为机械能，最终实现能量的利用。
燃气轮机原理
燃气轮机原理
燃气轮机是一种通过燃烧燃料来发电的机器，它通过利用动力循环的原理来实现发电，其中燃料燃烧的热量被转化为动能，进而被转化为机械能，最后被变成电能，以供使用。
燃气轮机的原理可以简单地概括为三个步骤：燃烧、压缩和排放。
燃烧步骤中，燃料会在高温高压的环境中燃烧，产生温度高达2000-3000摄氏度的高热量的气体；压缩步骤中，高温的气体经过压缩，气体的压力和温度都将增加，从而提高其动能；最后，在排放步骤中，高压气体经过排放，气体的压力和温度都将下降，而气体的动能也将随之降低，从而将能量转变为机械能，机械能可以用来驱动发电机，最后将机械能转变为电能，以供使用。
燃气轮机的优点很多：它可以在机组安装容量很小的情况下达到较大的发电容量，因此具有较好的发电效率；它的投资成本较低，而且维护费用也较低；它的噪音污染较小，而且其运行温度也较低，因此具有良好的环境影响。
燃气轮机是一种相对较新的发电设备，它可以满足不同类型的功率需求，而且具有较高的发电效率、低成本、低噪音和低温度等优点，在现代发电领域发挥着重要的作用。
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1-2燃气轮机的发展 1-4 燃气轮机的未来 1-6 燃气轮机涉及的主要学科
2-2 理想燃气轮机循环 2-4 复合燃气轮机循环
3-2 燃烧室计算方法 3-4 热力计算的举例
4-2 相似参数与换算参数
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燃气轮机原理
第五章 燃气轮机部件特性 5-1 轴流压气机特性 5-3 燃烧室特性
第六章 燃气轮机变工况性能计算 6-1 燃气轮机部件特性的处理 6-3 变工况性能计算方法
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燃气轮机原理
1-5 燃气轮机涉及的主要学科
n 流体力学（气体动力学） n 热力学与传热 n 自动控制 n 材料与强度
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燃气轮机原理
燃气轮机设计流程
市场调研
技术规格书
循环方式选择研究
用户需求
气动模 型修改
设计点的确定
压气机、涡轮、进、 排气等气动设计
部件试验
功率提高 与改型
四个循环表明了布雷顿循环的改 进方向——向Ericsson Cycle靠 近
燃气轮机原理
The cycle efficiency is Making use of the isentropic p-T relation,
And pressure ratio Then shown The efficiency thus depends only on the pressure ratio and nature of the gas.
燃烧室的压损率
进气道的压损率
排气道的压损率
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燃气轮机原理
涡轮膨胀比
为滞止压恢复系数 （三） 空气、燃气流量的变化
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燃气轮机原理
燃料与空气比约为1/40 - 1/120,相对较小； 气封漏气和抽气冷却空气也使流量改变； 计算中：以空气流量为基准。抽气或漏气5%，会使功 率下降10～20%；效率下降0.02-0.06。 （四）燃烧室效率
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燃气轮机原理
燃气轮机的未来--燃气轮机+热交换技术（换热器）
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燃气轮机原理
涡轮入口温度的提高
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燃气轮机原理
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。
决定燃气轮机前途的因素: •装置的热效率 •装置的尺寸,重量 •对燃料的适应性
影响燃气轮机性能的两个因素:部件效率和涡轮初温; 1904年两个法国工程师Armengaud和Lemale,建造了一台燃气轮
机,部件效率60%,涡轮初温740K。 (只够自己运转) 整机的效率还和压比有关; 燃气轮机的发展和空气动力学的发展相关： 压比35,部件效率85-90,初温1650K.(86年的目标)
参考书目
教学参考书
1、燃气轮机装置 沈炳正 机械工业出版社 2、燃气轮机原理与性能 翁史烈 上海交通大学出版社 3、燃气轮机工作原理及性能 朱行健 王雪瑜 科学出版社 4、燃气轮机循环理论 佐滕豪 5、 Gas Turbine Theory
H. Cohen, G. F. Rogers, H. I. H. Saravanamuttoo
第七章 燃气轮机过渡工况 7-1 燃气轮机起动过程 7-3 燃气轮机减速过程
第八章 燃气轮机性能仿真 8-1 仿真方法
5-2 透平特性 5-4 径向压气机、向心涡轮特性 6-2 燃气轮机部件间的匹配
7-2 燃气轮机加速过程 7-4 燃气轮机加减速过程参数控制 8-2 计算实例
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燃气轮机原理
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。
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。
1-2 燃气轮机的发展
公元前150年 埃及哲学家Hero发明 了一个玩具－－汽转球 (Aeolipile）
1629 - Giovanni Branca利用蒸汽 驱动涡轮旋转磨粉机
1687 Isaac Newton －－蒸汽货车
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燃气轮机原理
1791 John Barber第一个利用现代燃气轮 机的热力学原理申请的设计专利
1872 - Dr. F. Stolze (1836-1910)设计 了真正的第一台燃气轮机，具有多级涡轮 和单级的压气机，但并没有靠自身动力转 动起来
1914 - Charles Curtis 档案记载的应用燃气轮机第一人
(1864-1949) Aegidius Elling 1882 开始设计GT；1884获得专利；11马 力，六级离心式压气机，可变叶片扩压器，级间喷水；带有回热器；蒸 汽与燃气混合进入喷嘴；一级向心透平；回热透平 ；T3=500C；44马力； 具有了4轴的想法;
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燃气轮机原理
2-1 燃气轮机循环主要性能指标 1.比功 w：描述燃气轮机循环作功性能的好坏的指标。单位质量 工质下所做的功。
为什么不用功率作为描述循环性能的指标？ 2. 热效率ηt和耗油率sfc (specific fuel consumption)
耗油率：
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燃气轮机原理
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。
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燃气轮机原理
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 ℃
下采用一台压气机。GE已在一台压气机上实现了15：1。
复杂循环： 在给定压比下，压缩功只与入口空气温度有关。--- 进气进行冷却。
在许多情况下，机组的尺寸和重量要比热效率重要。
闭式循环：
优点：可以在整个循环中采用较高的压比---高的气体密度，这可以在给 定输出功率下减小机组尺寸；可以使发电功率只随闭路中的压力变化。 这种控制形式意味着在整个负荷范围内，最高循环温度不会改变，因此， 总体效率少有变化。
轮盘、叶片、壳体 等结构强度设计
设计修改 工艺设计及制造
试验及研究
产品
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变工况性能
强度修改
控制系统设计
售后服务
燃气轮机原理
美国能源部21世纪先进燃气轮机系统研究（AGTSR）计划
n 高温和耐腐蚀材料科学 n 燃烧现象的深入了解 n 天然气或其他燃料燃烧时的污染物形成和减少 n 新型热力循环的基础理论 n 1992年-2003年向大学设立了74个项目，投资约$35,485,299.
Specific work output W,
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燃气轮机原理
PБайду номын сангаасT文档演模板
此时输出功为最大。
理想燃气轮机循环其最大效率是随压比的增加而 上升。
燃气轮机原理
T
T2 T1
80 60 40 20
复杂循环—回热循环
T3
T5
T4
With ideal heat-exchange
T6
S
Specific work output is unchanged by the addition of a heat-exchanger
采用空气冷却叶片；--- 冷却技术
耐高温材料（单晶铸造，定向凝固等技术）
寿命：工业轻型 2-10 万小时；
燃气轮机装置的优势： 1、装置轻小；投资仅为蒸汽动力厂的20-80%以下；重量和所占空间只
有蒸汽轮机或内燃机的几分之一或几百分之一；技术周 期短；
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燃气轮机原理
2、燃料适应性强，公害少-----最理想的清洁能源转换装置 3、节省厂用水、电、润滑油； 4、启动快、自动化程度高； 5、维修快，运行可靠
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1 2 4 6 8 10 12
燃气轮机原理
2-3 实际燃气轮机循环
问题： 1. 实际燃气轮机与理想燃气轮机循环的差别？ 2. 如何考虑实际的燃气热力性质 ？ 3.实际燃气轮机循环性能？ 温比、压比对性能的影响？
一、压气机效率、涡轮效率 用滞止等熵效率来衡量实际过程和等熵过程的差距。
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燃气轮机原理
实际的装置比功
燃气轮机的 : c增加的百分数是 增加的百分数 的 倍。有用功系数 小者 ， 对 及 的影
c
响大，即装置对 的变化愈敏感。
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燃气轮机原理
二、压力损失 实际过程中，工质在燃烧室、回热器、间冷器、空气 滤清器、消音器系统中流动必然产生流阻损失，表现 为工质的滞止压力的损失。
占地面积小； 占高高地效效面、、积环环小保保；；； 21世纪最具竞 争21力世的纪发最电具方 式竞；争力的发电 方式；
燃气轮机原理
海军舰船
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燃气轮机原理
机车车辆
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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
燃气轮机原理
1999年1月-2000年6月世界燃气轮机装机容量
理想简单燃气轮机循环 此种循环的极限是什么？ 此种循环的热效率
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燃气轮机原理