航空燃气轮机基础知识
燃气轮机基础知识
六燃气轮机的油系统
燃气轮机润滑油系统是任何一台燃气轮机必备的一个重要的辅助 系统。它的作用是在机组启动、正常运行以及停机过程中，向正在运 行的燃气轮机发电机组的各个轴承、传动装置及其附属设备，供应数 量充足的、温度和压力合适的、干净的润滑油，以确保机组安全可靠 地运行，防止发生轴承烧毁、转子轴颈过热弯曲、高速齿轮法兰变形 等事故。此外，部份润滑油可能从系统分流出来，成为液压油系统的 油源，或经过滤后作为控制油系统的用油。整个润滑油系统的组成应 包括下列一些设备：
5、维护简单 由于结构简单，紧凑，因此运行管理人员少，加上节省水，电和 润滑油，因此运行成本大大降低
6、燃料适应性强，公害少 燃气轮机能燃用多种燃料和廉价燃料，如重油、原油、煤气、工 艺中可燃气体和核燃料等等。同一台燃气轮机可燃用液体或气体等几 种燃料而其设备不需要作太大变化。排气比较干净，对空气污染较少。 7、起动快、自动化程度高 工业燃气轮机从冷态起动，加速直到带上满负荷，一般需要15分 种左右。航空燃气轮机起动只需要30秒。燃气轮机装置易于实现集控、 程控和遥控。可实现全盘自动化，减少运行维护人员。运行维护方便。
五、燃气轮机的发展趋势
燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、 利用核能和发展燃煤技术。提高效率的关键是提高燃气初温， 即改进涡轮叶片的冷却技术，研制能耐更高温度的高温材料。 其次是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。再 次是提高各个部件的效率。 高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作，用它来做涡 轮叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时，就能在不用空气冷却 的情况下大大提高燃气初温，从而较大地提高燃气轮机效率。 适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。
1、润滑油箱
润滑油箱可设在机组的一个或几个底盘内，也可以设计成单独的容 器。当油箱由几个容器组成时，应在它们之间用管道连通以平衡油箱内 的压力。油箱除了起贮油的作用外，还担负着分离空气、水分和各种机 械杂质的任务。油箱中油流速度应尽量缓慢，回油管应布置在接近油箱 的油面，以利于油层内空气逸出。油箱的容量越大，越有利于空气、水 分和各种杂质的分离。通常用循环倍率K（全部润滑油每小时通过油箱 的次数）表示系统容积的相对情况，以Q表示系统的每小时油的容积流 量，V表示系统的容积（油箱+管路），循环倍率K=Q/V。通常规定K=8～ 10，最大不超过12。这是为了使从系统回来的润滑油，有足够的时间将 其夹带的空气、水分分离掉。不过，为了结构紧凑，避免因油箱体积过 大而使设备笨重，多数机组油箱容量偏小，这迫使用户要选择分水性能 更好和空气释放值较小的润滑油。
航空燃气轮机系统的研究开发
航空燃气轮机系统的研究开发航空燃气轮机是现代飞机的重要动力装置之一，不仅在民用航空领域，也在军用领域得到广泛应用。
为了满足对飞机性能不断提高的需求，航空燃气轮机系统研究开发也在不断推进。
一、航空燃气轮机系统的基本原理航空燃气轮机系统是由压气机、燃烧室、涡轮等部分组成，其基本工作原理是将空气通过压气机压缩并进入燃烧室，在燃烧室中与燃料混合燃烧，产生高温高压气体，然后再通过涡轮驱动压气机，形成轮机循环。
这样，从外界提取能量的过程即为航空燃气轮机系统的工作过程。
二、航空燃气轮机系统的分类根据不同的分类标准，航空燃气轮机系统可以分为多个类别，如按用途分类可以分为军用燃气轮机及民用燃气轮机；按推进方式分类则可分为喷气式燃气轮机、涡扇式燃气轮机等等。
目前，随着燃气轮机技术的不断发展，涡扇式燃气轮机已经成为主流。
三、航空燃气轮机系统的关键技术在航空燃气轮机系统的研究开发中，有一些技术尤为重要，如下：（一）高温材料技术随着航空燃气轮机系统推动效率不断提高，高温材料的应用也成为关键。
高温材料不仅可以承受高温和高压环境下的工作，还可以减轻整个系统的重量，提高燃气轮机推动效率。
（二）压气机技术航空燃气轮机系统中的压气机是一个重要的部件，它主要负责将空气压缩到高压状态。
为了提高航空燃气轮机系统效率，要求压气机尽可能高的压比，并保证良好的气流流动性能。
因此，压气机的设计和优化是燃气轮机系统研究开发中重要的技术。
（三）燃烧系统技术燃烧系统技术是航空燃气轮机系统中最为核心的技术之一。
在燃烧系统中，燃料和空气混合燃烧产生高温高压燃气，这些高温高压气体会直接决定燃气轮机性能。
因此，燃烧系统的设计和优化是提高燃气轮机整体效率、降低污染排放的关键。
（四）涡轮机技术涡轮机技术是航空燃气轮机系统中非常关键的部分。
涡轮机在轴流动和轴向紊流流动中将气体动能转变为机械能，是整个轮机系统驱动装置。
为了提高涡轮机的效率，研究人员需要改善涡轮机的流体动力性能以及涡轮机材料的高温强度等。
燃气轮机基础知识.
燃气轮机转子
燃烧室产生的高温膨胀气体是同时作用到涡轮叶片与压气机叶片 上，如何保证涡轮带动压气机正向旋转呢，简单说涡轮叶片工作直径 大于压气机出口处的叶片工作直径，涡轮叶片的面积也大于压气机出 口处的叶片面积，这就初步保证在同一压力下涡轮的输出力矩大于压 气机所需的力矩，当然更重要的是压气机叶片与涡轮叶片的良好空气 动力学设计才能保证两者高效运行。燃气轮机在设计时就要保证涡轮 机输出的功率要大于压气机所需的功率，才能使燃气轮机在带动压气 机的同时还能向外输出功率。
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，从工作原 理上讲，主要有轴流式压气机与离心式压气机。离心式压气机工作原 理与离心式鼓风机（或离心式风筒）相同，用得较少，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，电风扇的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。 为了生成高压空气，压气机在主轴轴向 装有多级叶轮，若干叶轮固定在压气机的转轴上构成压气机转子，下 图一个13级压气机的转子,转子上的叶片与主轴一同旋转，称为动叶。 光有动叶还不能有效的压气，简单说，空气经过动叶后运动方向不单 是轴向前进，还沿着动叶旋转的方向运动。这会使下级动叶的压缩效 率大大降低。倘若这样一级级下去，压气机内的空气变成跟着转子旋 转的气团，根本无法正常压气。在每级动叶后每插入一级静止的叶片 （静叶），可改善这种状况。
六燃气轮机的油系统
燃气轮机润滑油系统是任何一台燃气轮机必备的一个重要的辅助 系统。它的作用是在机组启动、正常运行以及停机过程中，向正在运 行的燃气轮机发电机组的各个轴承、传动装置及其附属设备，供应数 量充足的、温度和压力合适的、干净的润滑油，以确保机组安全可靠 地运行，防止发生轴承烧毁、转子轴颈过热弯曲、高速齿轮法兰变形 等事故。此外，部份润滑油可能从系统分流出来，成为液压油系统的 油源，或经过滤后作为控制油系统的用油。整个润滑油系统的组成应 包括下列一些设备：
燃气轮机手册
燃气轮机手册燃气轮机是一种热力机械，将燃料的化学能转化为机械能。
下面是一份简要的燃气轮机手册，介绍燃气轮机的基本原理、类型、应用和维护。
一、燃气轮机基本原理燃气轮机的工作原理是基于热力学循环，通常采用布雷顿循环。
在布雷顿循环中，气体在高温高压条件下膨胀，产生动力，然后通过冷却在低压低温条件下收缩，形成一个闭合的循环。
燃气轮机的四个主要部分是：燃烧室、喷嘴、涡轮和压缩机。
1. 燃烧室：燃烧室是将燃料和空气混合并燃烧的地方。
燃料可以是天然气、石油气、煤炭气等多种形式。
2. 喷嘴：喷嘴是将高温高压的气体排放到涡轮的地方。
喷嘴的设计对燃气轮机的性能至关重要。
3. 涡轮：涡轮是燃气轮机的核心部分，利用高温高压气体的能量驱动。
涡轮的叶片设计要承受高速气流的冲击，因此需要高温合金等先进材料。
4. 压缩机：压缩机是将空气压缩并送入燃烧室的地方。
压缩机的工作效率直接影响到燃气轮机的性能。
二、燃气轮机类型1. 轴流式燃气轮机：轴流式燃气轮机的气体流动方向与轴线平行，具有结构简单、体积小、重量轻、维护方便等优点。
2. 径流式燃气轮机：径流式燃气轮机的气体流动方向与轴线呈径向，具有效率高、抗振性能好等优点。
3. 反动式燃气轮机：反动式燃气轮机在涡轮后方设有反作用轮，可以提高输出功率和效率。
三、燃气轮机应用燃气轮机广泛应用于电力、石油、化工、航空、航天等领域。
在电力领域，燃气轮机主要用于应急发电、调峰发电和热电联产等。
在航空航天领域，燃气轮机是飞机和火箭的动力装置。
四、燃气轮机维护1. 定期检查：定期对燃气轮机进行检查，确保各部件工作正常，及时发现并排除故障。
2. 清洁保养：保持燃气轮机清洁，避免灰尘和污物进入机内，影响性能和寿命。
3. 燃料系统维护：定期检查燃料系统，确保燃料供应稳定，防止泄漏。
4. 冷却系统维护：保持冷却系统畅通，避免过热损坏。
5. 润滑系统维护：定期更换润滑油，保证各部件润滑良好。
燃气轮机是一种高效、环保的热力机械，具有广泛的应用前景。
(861)航空燃气轮机原理
(861)航空燃气轮机原理
航空燃气轮机是一种使用燃气作为动力源的内燃机，其工作原理可以简述为燃烧气体通过喷嘴喷射到高速旋转的涡轮上，使得涡轮转动，并通过轴将动能传递给工作设备，最终产生推力或者做功。
航空燃气轮机主要由压气机、燃烧室和涡轮组成。
首先，空气通过进气道经过压气机被压缩。
压气机是由一系列圆盘或叶片组成的，当空气通过叶片时，叶片对空气施加作用力，将空气压缩。
压气机的任务是提供高密度的压缩空气。
然后，压缩后的空气进入燃烧室。
燃烧室内喷入燃油并点火，形成高温高压的燃烧气体，这些燃烧气体能够释放出巨大的热能。
燃烧气体通过喷嘴进入涡轮，由于喷嘴的作用，燃烧气体以高速喷射到涡轮叶片上，使涡轮旋转起来。
涡轮一般是由多级叶片组成的，其中前级涡轮通过轴与压气机相连，驱动压气机工作，后级涡轮通过轴与外部设备（例如飞机的螺旋桨）相连，产生推力。
涡轮旋转的同时，废气被排出，进一步利用余热燃烧废气发电，提高热效率。
总之，航空燃气轮机通过压缩空气，燃烧燃油产生高温高压气体，并利用这些气体的动能来驱动涡轮旋转，从而实现飞机的
推进。
由于其高效、可靠等特点，航空燃气轮机已经成为现代商用飞机和军用飞机的主要动力装置。
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。
民航燃气涡轮发动机相关知识提纲
5．5。2．1 离心式压气机
1．组成 离心式压气机又称：径向外流压气机，由进气系统、叶轮、
扩压器和集气管等局部组成
图2-3 离心式压气机
叶轮分：单面叶轮和双面叶轮两种〔见图2-4〕。 双面叶轮：从两面进气，可以增大进气量，而且对于平衡作用在轴承上 的轴向力也有好处。
涡轮前温度提高，热效率增大；压气机增压比提高，热 效率增大。
当增压比等于最经济增压比时，实际热循环效率到达最大。 继续提高增压比，热效率反而下降； 压气机和涡轮效率增大，热效率也提高。
推进效率〔外效率〕ηp ： 推进功率与单位时间流过发动机的气体
获得的动能 增量的比。 表示发动机产生的可用功有多少转变成推
5。5。1 进气道
涡轮发动机进气道的功能： 一是：尽可能多的恢复自由气流的总压并输送该压
力到压气机，这就是冲压恢复或压力恢复。 另一个功能是：提供均匀的气流到压气机使压气机
有效地工作。
5。5。1。2 亚音速进气道
亚音速进气道：是为在亚音速或低超音速范围内飞行的飞 机所设计的进气道。
它的进口局部为圆形唇口，进气道内部通道为扩张通 道，使气流在进气道内减速增压。
民航燃气涡轮发动机相关知识提纲
燃气涡轮发动机的主要类型有： 涡轮喷气发动机〔主要用于军机〕； 涡轮风扇发动机〔主要用于干线飞机和军机〕； 涡轮螺旋桨发动机〔主要用于支线飞机〕； 涡轮轴发动机〔主要用于直升机〕〔见图1-5〕。 此外还有螺旋桨及风扇组合的桨扇发动机〔见图1-6〕。
涡轮螺桨发动机 由燃气涡轮发动机和螺旋桨组成。由于涡轮轴转速远高于螺旋桨的工 作转速，它们之间装有减速器。在涡轮螺桨发动机，涡轮输出功率带 动螺旋桨，使其产生拉力，而从喷管喷出的燃气产生的推力对整个推 进力占很小的份额。 螺旋桨可由压气机轴直接驱动或由自由涡轮轴驱动。
燃气轮机基础知识
一、燃气机组与我们的工作 二、燃气机组概况 （一）组成 （二）类型 （三）特点 （四）应用 三、燃气轮机循环概况 （一）简单循环及其特性 （二）改进循环措施 （三）燃气 ----蒸汽联合循环 四、电站燃气机组控制要求特点 启动、控制 转速、负荷控制 温度控制 防喘振
1
燃气轮机基础知识
火电站 → 燃气电站 → 水电、风电、核电 4. 我们工作领域将会逐渐转化
我们必须跟上时代，不断学习新知识进入新的领域。
2
二、燃气机组概况
〈一〉组成：
燃料
1. 压气机：多级轴流式压气机 2. 燃烧室：多管或筒式 3. 燃气透平：高温、燃气气轮机 4. 拖动负载：发电机、螺旋浆、泵等
一般说燃气轮机装置主要是： 压气机、燃烧室、燃气透平三大件。 在T－S图上工作过程如图所示。
汽机特性： (图五) ?T ? f（T3 ?GT）
在亚音速区：
G ? P3 G0 P30
T30 T3
1?
????
P3 P4
????2
1?
????
P30 P40
???2
?
f ( P3 ?T3 )
P3T3
0
?T
P30
T＇4 P4T4
温线 等
T30 T3
G0
GT
图五 燃气轮机特性曲线
7
3. 燃烧室及其特性 过程：等压燃烧过程 GK → 压气机流量，即进入燃烧室空 气流量 Gn → 燃料流量 GT → 燃气流量，进入透平流量 在等压下（ P2≈P3），燃烧后燃料热转化 为燃气温度升高。
燃气机组效率：
余
热
QGT
锅
炉
? GT
?
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4.2.1 发动机组成及简图
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航空发动机原理
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4.2.1 发动机组成及简图
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§4.2 航空燃气轮机工作原理
4.2.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
涡轮喷气发动机之所以能连续地把热能转换为机械能进而 产生推力，是由于热力循环不断进行的结果。所以，热力循 环是涡轮喷气发动机的基础。
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1. 理想循环
（1）衡量燃气发生器性能的指标
① 热效率 t,i ：加入每千克空气的热量中所能产生的 可用功与所加热量之比。
② 比功 w ：单位质量空气所作的功。
（2）表示理想燃气轮机循环工作状态的参数
这就是------
航 空 发 动 机
※ 燃气涡轮发动机推力的产生
最简单的涡喷发动机结构示意图
2、推力的产生原理
01
9
P0
推力是如何产生的？
P1
P9
A0 C0
A1
A9
C9
气体以速度C0进入发动机，
以C9的速度离开发动机，且C9的
P0
01
9
速度大于C0，说明气体在发动机内是一个加速过程。牛顿第
二定律指出，有加速度就一定有作用力存在，而作用力的大小
第四部分、燃气涡轮发动机基础知识
§ 4.1 涡喷发动机产生推力的原理
4.1.1 推力的定义 4.1.2 推力产生的原理
§ 4.2 航空燃气轮机工作原理 4.2.1 发动机组成及简图 4.2.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
§ 4.3 涡喷发动机推力的计算 §4.4 航空燃气轮机的性能指标及效率
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➢ 因此，那种认为由于发动机喷出的气流作用在 外界空气上产生反作用力推动飞机向前飞行的观 念是一种误解。 ➢ 由于发动机是连续地吸气、增压和喷气的，所 以，在发动机工作时，保持有连续推力的产生。
§4.2 航空燃气轮机工作原理
4.2.1 发动机组成及简图 ➢ 发动机组成
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航空发动机原理
每秒钟 吸进和排出 的气体达数 百斤以上， 比一个成年 人体重还要 多！
遄达900 每秒钟吸入 1.25吨以上 的空气。
※ 燃气涡轮发动机推力的产生
飞机通过连续不断的吸气和排气，并使排气 的速度大于吸气的速度这一过程来获得向前飞 行的动力。但是飞机是依靠什么实现并维持这 一过程的呢？
※ 燃气涡轮发动机推力的产生
涡轮喷气发动机的工作，可划分为4个热力过程：绝热压 缩过程，定压加热过程，绝热膨胀过程，定压放热过程。
这4个过程组成了涡轮喷气发动机的理想循环，称为布莱顿 循环，如下图。由于这个循环的加热和放热过程都是在定 压条件下进行的，因此，也叫“定压加热循环”。
p23
3
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1
1
0 p-V
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4
V（比容）
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4.2.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
1. 理想循环
2
B
3
C
T
1
4
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3
1
1
0 p-V
T
图2.15 燃气轮机循环布置图
1-2 绝热压缩 2-3 等压加热 3-4 绝热膨胀 4-1 等压放热
2
1
1
0
T-S
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4
V
3
3
4
S
32
4.2.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
气体温 度和压力而变化。
整个工作过程没有流动损失，压缩过程与膨胀过程为绝 热等熵，燃烧前后压力不变，没有热损失（排热过程除外 ）和机械损失。
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§4.2 航空燃气轮机工作原理
4.2.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
航空发动机原理
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一、涡喷发动机产生推力的原理
➢ 1、推力的定义： ➢ 流过发动机内部和外部的气体与发动机壳体， 内、外壁面及部件之间的作用力的合力，在发动 机轴线方向的分力称为推力（F）。
2、推力产生的原理 地面靠推地
2、推力产生的原理 水里靠推水
2、推力产生的原理
水里靠推水
水中推进用 的螺旋桨
与加速度成正比，方向相同，这个力可以用动量方程进行计算。
牛顿三定律指出，有作用力，就一定有反作用力，反作用力与
作用力大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。这个反
作用力是气体作用在发动机上的，就是发动机的推力。
以航空涡轮喷气发动机为例：
当发动机工作时，大量空气被吸入进气道，经过发动机各 机件工作，使吸入的空气增压，再经燃油燃烧使气体更加膨胀， 进一步增大气体的压力，这样强大的压力都是在发动机内腔产 生的，即是发动机的内压力。当高压气体从尾喷管喷出时，即 产生一个与高压气体压力相等方向相反的反作用力，这一反作 用力就是发动机带着飞机向前飞行的推力。也就是说喷气式发 动机是在整个工作过程中产生的推力。
2、推力产生的原理
（1）螺旋桨推进
（ 两 种 方 式 ）
（2）喷气推进 （又称吸气推进）
2、推力产生的原理
太空什么都没有， 靠喷推进剂，
2、推力产生的原理 还要利用万有引力
※ 燃气涡轮发动机推力的产生
图中所示连续不断进行进气和排气过程 的位置被称为飞机的短舱，短舱里有一个 装置可以使排气速度大于进气速度。
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4.2.1 发动机组成及简图
热力循环：是为了把燃料的热能转变为机械功所需要的、以 空气为介质进行能量转换的一系列工作过程。
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航空发动机原理
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§4.2 航空燃气轮机工作原理
4.2.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
燃气发生器：是各类燃气轮机的热机部分，包括压气机、燃 烧室和带动压气机的那部分涡轮。
原理：利用工质重复地进行某些工作过程，同时不断吸热做 功。