燃气涡轮发动机04A
第四代发动机先进结构
Tiles reduce wall cooling air requirements making more air available for NOx reduction A significant cost reduction relative to conventional machined combustors is also achieved
双转子轴流双涵道涡轮风扇发动机（大涵道比）
2. 四代航空发动机的划分（战斗机的燃气涡轮发动机）
第一代：单转子亚音速喷气发动机（推重比3～4） 20 世纪30～40 年代研制。 代表机种：美国的J47。 第二代：超声速涡喷发动机（推重比5～6） 大都在50 年代研制。 代表机种：美国的J79。 第三代：超声速涡扇发动机（推重比7～8，有的达到9左右） 研制始于 60 年代，用于高性能超音速战斗机。 代表机种：美国的F404、F100、前苏联的AL-31F、 英国的RB199 和法国的M88-2。 第四代：先进技术涡扇发动机（推重比达到10） 从 80 年代中期开始发展，代表机种有：美国的 F119、F135、俄罗斯的AL-41F 和欧洲四国联合研制 的EJ200。
F135以F119 发动 机核心机为基础,重 新设计了风扇和低 压涡轮,改进了加力 燃烧室和喷管。
• 风扇截面面积增加 了10% ～20 • 低压涡轮增加到2 级,以适应增大的 风扇 • 加力燃烧室平衡了 推力性能和隐身性 • 喷管由二元俯仰矢 量喷管改为轴对称 喷管
F135
F119
F135发动机实物照片
两台AL-41F
F-35
一台F135
4S: Stealth Supersonic cruise Super maneuverability Superior Avionics
天然气发动机介绍
天然气发动机介绍在当今的能源领域，天然气发动机作为一种相对清洁和高效的动力源，正逐渐受到广泛的关注和应用。
天然气发动机以天然气为燃料，通过燃烧产生动力，为各种设备和交通工具提供驱动力。
天然气发动机的工作原理与传统的燃油发动机有一定的相似性，但也存在一些关键的区别。
它同样通过进气、压缩、燃烧和排气的过程来完成一个工作循环。
在进气冲程中，天然气和空气的混合气被吸入气缸；在压缩冲程中，混合气被压缩，温度和压力升高；在燃烧冲程中，火花塞点火或压燃使混合气燃烧，产生高温高压气体推动活塞做功；最后在排气冲程中，燃烧后的废气被排出气缸。
与传统燃油发动机相比，天然气发动机具有不少显著的优势。
首先是环保性能。
天然气主要成分是甲烷，燃烧后产生的污染物相对较少，尤其是硫化物、氮氧化物和颗粒物的排放大幅降低，对改善空气质量有着积极的作用。
其次，天然气的价格相对较为稳定，且通常比汽油和柴油便宜，这使得使用天然气发动机的车辆和设备在运营成本上具有一定的优势。
再者，天然气在储存和运输方面也相对安全，不易发生泄漏和爆炸等危险情况。
然而，天然气发动机也并非完美无缺。
一方面，天然气的能量密度相对较低，这意味着相同体积的天然气所蕴含的能量不如汽油或柴油，因此需要更大的储存空间来保证车辆或设备的续航里程。
另一方面，天然气加注设施的普及程度目前还不如加油站广泛，这在一定程度上限制了天然气发动机的大规模应用。
在天然气发动机的类型方面，常见的有压缩天然气（CNG）发动机和液化天然气（LNG）发动机。
CNG 发动机通常使用高压气瓶储存天然气，压力一般在 200 至 250 巴之间。
这种发动机适用于小型车辆和城市公交车等。
LNG 发动机则将天然气冷却至零下 162 摄氏度使其液化，从而大大提高了能量密度，适用于长途运输卡车和船舶等大型设备。
为了使天然气发动机能够更好地发挥其性能，相关的技术也在不断发展和改进。
例如，在燃烧控制方面，采用先进的电子控制系统可以精确控制天然气的喷射时间和量，提高燃烧效率，降低污染物排放。
航空燃气涡轮发动机概述
航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是现代航空工业中最重要的动力装置之一、它具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点，被广泛应用于各类飞机中。
本文将概述航空燃气涡轮发动机的工作原理、结构组成、分类、性能指标以及未来发展方向等内容。
航空燃气涡轮发动机的工作原理基于燃烧室内的燃气推动涡轮。
它由压气机、燃烧室和涡轮组成。
首先，压气机将空气压缩，提高其温度和压力。
然后，压缩空气进入燃烧室，与燃料混合并燃烧，产生高温高压的燃气。
最后，高压燃气通过涡轮使其旋转，产生推力，并从尾喷管排出。
可见，航空燃气涡轮发动机的工作原理是通过涡轮驱动压气机，提供压缩空气并将其推向尾喷管。
航空燃气涡轮发动机的结构组成包括压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管和附属系统等。
压气机主要通过叶片的旋转将空气压缩，提高其温度和压力。
燃烧室用于将燃料与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气。
涡轮通过燃气的膨胀驱动压气机，使其继续工作，并产生推力。
尾喷管用于将高压燃气排出，并产生反作用力。
附属系统包括供油系统、冷却系统和控制系统等，用于保证发动机的正常运行。
航空燃气涡轮发动机可以根据压气机的工作循环分类为单转子和双转子发动机。
单转子发动机只有一个压气机和一个涡轮，如连杆式发动机。
双转子发动机具有两个对称的压气机和涡轮，如军用飞机上常用的分段式发动机。
根据尾喷管的形式，航空燃气涡轮发动机还可分为直喷式和径向喷管式。
航空燃气涡轮发动机的性能指标主要包括推力、燃油消耗率、比功率、绕程推力比和起动性能等。
推力是发动机提供的推动力量，决定飞机的加速能力和最大速度。
燃油消耗率是单位推力下消耗的燃油量，直接影响飞机的航程和经济性。
比功率是单位发动机质量下产生的推力，用于衡量发动机的功率密度。
绕程推力比是发动机在巡航状态下产生的推力与起飞推力的比值，用于衡量发动机的高空巡航性能。
起动性能包括发动机的起动时间和起动能力，在冷启动和热启动时对飞机的起飞和复飞具有重要影响。
燃气涡轮发动机工作原理
燃气涡轮发动机工作原理
燃气涡轮发动机是一种常见的航空发动机类型，它利用燃气的能量来产生推力。
该类型发动机主要由压气机、燃烧室、涡轮和喷管等部件组成。
首先，空气通过进气道进入压气机。
压气机中有一系列叶片，当空气经过叶片时，叶片将会加速并增加空气的压强。
这个过程使得空气被压缩，准备进入燃烧室。
接下来，被压缩的空气进入燃烧室，与燃料混合后点燃。
燃料的燃烧释放出高温和高压的燃气。
这些高温高压的燃气通过喷头喷到涡轮叶片上。
涡轮由高温高压燃气的冲击作用下开始旋转。
涡轮的旋转驱动压气机，使其能够继续向前压缩更多的空气。
同时，涡轮也驱动了喷气喷管（喷嘴），使得高速喷出的燃气产生向后的推力。
燃气涡轮发动机通过不断循环上述过程，使得发动机能够持续地产生推力。
更多的推力产生，取决于压气机的压缩效率、燃烧室的燃烧效率以及涡轮的性能。
此外，燃气涡轮发动机还通过调整喷气喷管的喷出速度和方向，实现飞行器的姿态控制。
总之，燃气涡轮发动机利用压气机将空气压缩，经过燃烧室的燃烧后释放出燃气，再通过涡轮的旋转驱动压气机和喷气喷管，产生推力。
这种工作原理使得燃气涡轮发动机成为现代航空业中最为重要的动力装置之一。
燃气发动机的工作原理
燃气发动机的工作原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊燃气发动机那神奇的工作原理呀！燃气发动机，就好比是一个精力超级旺盛的大力士。
你看啊，燃气就像是大力士的食物，给它提供能量。
这些燃气被吸进发动机的肚子里，就好像大力士大口吃食物一样。
然后呢，在发动机的气缸这个神奇的空间里，燃气和空气混合在一起，这就像是给食物加了点调料，让能量变得更厉害。
接着呀，这个大力士可就开始发力啦！活塞就像是它的拳头，有力地上下运动。
当燃气被点燃的那一刻，哇塞，就像是大力士打出了一记超级有力的拳头，爆发出巨大的能量。
这股能量推动着活塞，让它不停地工作，这可不就是大力士在不断地挥拳嘛！这还不算完呢！连杆就像是大力士的胳膊，把活塞的力量传递出去，带动着曲轴像个大风车一样呼呼地转起来。
这一转可不得了，就产生了动力，可以让车子跑起来啦，或者带动其他的设备工作。
你说神奇不神奇？燃气发动机就靠着这么一套流程，源源不断地提供着动力。
咱生活中的好多东西可都离不开它呀！就好比没有了这个大力士，好多事情都没法干啦！想象一下，如果没有燃气发动机，汽车怎么能在路上飞驰呢？那些大型的机器设备又怎么能正常运转呢？燃气发动机真的是太重要啦！它就像是一个默默工作的英雄，虽然我们平时可能不太会注意到它，但它却一直在那里，为我们的生活提供着强大的支持。
它虽然不会说话，但它的每一次运转，每一次发力，都在告诉我们它的厉害。
所以啊，我们真的得好好感谢燃气发动机这个神奇的家伙呀！它让我们的生活变得更加便利，更加丰富多彩。
下次当你坐上车，感受到车子的动力时，可别忘了在心里给燃气发动机点个赞哦！它真的值得我们的尊敬和赞美呢！这就是燃气发动机，一个小小的身体里却蕴含着巨大能量的神奇存在！。
燃气涡轮发动机—搜狗百科
燃气涡轮发动机—搜狗百科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，燃气轮机的主要优点是小而轻。
单位功率的质量，重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。
燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。
燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。
不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。
功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电，而30～40兆瓦以上的几乎全部用于发电。
燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。
在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。
此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。
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。
燃气轮机发电技术简介
燃气轮机发电技术简介
编写：杨学峰
2020年7月13日星期一
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GE 燃气轮机的发展
GE公司的工业型燃气轮机始于40年代后期，在TG180飞机发动机的基础上发 展起来的。第一台型号称为MS3002、功率为4800马力的工业型燃气轮机于 1954年制成，用作机车的牵引动力，此后，功率增至5000马力，被用于天 然气管线的增压。1955年为了满足市场的需要，设计了新的压气机，发展 了MS5001和MS5002机组，其功率为2万多千瓦。1970年左右，在MS5001机组 的基础上，发展成功率为47260KW、频率60Hz的MS7001A型机组。在该机组 的基础上于1975年发展成功率为85200KW、50Hz的MS9001B型机组，并于 1978年发展了功率为75000KW、60Hz的MS7001E型机组，进而于1979年发展 成功率为31050KW、50Hz的MS6001A型机组；于1980年发展成功率为36730KW、 50Hz的MS6001B型和功率为105600KW、50Hz的MS9001E型机组。1985年则由 MS7001E型机组发展成功率为80080KW、60Hz的MS7001EA型机组，并由 MS7001E演化成为功率达147210KW、60Hz的MS7001F型机组。此后，在该机 组的基础上于1992年发展成功率为211070KW、50Hz的MS9001F型机组和功率 为158090KW、60Hz的MS7001FA型机组。并于1994年派生成功率为222000KW、 50Hz的MS9001FA型机组，于1995年派生出功率为70140KW的MS6001FA型机组。 其发展过程见下图所示。
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GE燃机F家族
2020年7月13日星期一
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钛合金在燃气涡轮发动机上的应用
世上无难事，只要肯攀登钛合金在燃气涡轮发动机上的应用燃气涡轮发动机起源于1930 年，最早是作为航空发动机来研究的，目前在舰船上也广泛使用。
该发动机体积小，重量轻，输出功率大，不受燃料种类的影响，且排气干净、震动小。
日本川崎重工于1974 年开始开发200kW 级的备用发电机燃气轮机，1994 年以轴流压缩机为结构的世界顶级的6 000kW 级常备发电机用燃气轮机投入市场。
这些燃气轮机都使用了钛材。
川崎重工生产的1 500kW 级M1A—13 燃气轮机，有两级使用了钛合金叶轮，额定转速22 000r／min。
一级涡轮盘用Ti-6Al—4V 锻件(最大直径450mm)，二级涡轮盘用高温钛合金Ti—6AI-2Sn—4Zr-2Mo 锻件。
6000kW 级的M7A-01 燃气轮机的转速14 000r／min。
其轴流压缩机前半段低温部分的动叶片采用了比强度高、耐蚀性好的Ti-6Al-4V 锻件。
航空用燃气轮机要求尽可能轻，故开发了早期使用的Al 合金和Mg 合金。
钛合金批量生产最早的是50 年代普拉特惠特尼公司的J—57 喷气发动机的压缩机动叶片及涡轮盘。
目前，钛合金制的精密铸件也被使用，钛合金的重量在最新式的燃气轮机中已达到36％。
适用部位有发动机前部的大型风扇动叶片、压缩机的动、静叶片、压气机盘、容纳旋转部件的外壳等。
V2500 涡轮风扇发动机的钛合金低压压气机盘(最大直径900mm)，使用了Ti—6Al-4V 三次真空熔炼材。
该盘外圆镶入的压气机动叶片也使用了Ti—6A1-4V。
为追求轻量化，还用钛合金制成了大型中空风扇动叶片，并已实用。
V2500 采用了Ti-6Al—4V 风扇外壳，外壳用钛材为直径1700mm、高820mm 的圆桶形。
高温钛合金的开发扩大了零件的适用范围，典型的高温钛合金有Ti—6242Si、IMl829、IMl834 及Ti-1100 等，这使得燃气轮机压气机的大部分都使用了钛材。
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4.2 轴流式压气机
➢ 基元级的工作原理
压气机级的特征面：
• ①－①: 叶轮进口截面; • ②－②: 叶轮出口截面, 整流环进口截面; • ③－③: 整流环出截面,
主要几何尺寸要:
• 级的外径 Dt • 级的内径 Dh • 径向间隙 δ • 轴向间隙 Δ
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压气机级的特征面
4.2 轴流式压气机
结构复杂
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4.2 轴流式压气机
➢ 多级：由于轴流式压气机的单级增压比低，而整 台压气机的增压比高，一般在10~25范围内，有的 更高，又由于整台压气机的增压比等于各级增压 比的乘积,所以轴流式压气机都是多级的。
➢ 推力大：由于轴流式压气机的单位面积的流通能 力高，比离心式压气机在相同的迎风面积时的空 气流量多，推力就大，再加上轴流式压气机的总 增压比高，推力就更大。
• c①a ：叶轮进口处绝对速度在发动机轴线方向的分量； • c①u ：第一级叶轮进口处绝对速度在切线方向的分量叫预旋；
• 正预旋： c①u的方向与圆周速度u的方向相同。 • 反预旋：c①u的方向与圆周速度u的方向相反。 • 预旋是由进气导向器产生的。目的是为了防止压气机
喘振； • u ：叶轮旋转的圆周（切向）速度； • Δwu ：叶轮进，出口处相对速度在切向分量之差叫扭速。
连接件
枞树型
叶身：扭转的
短螺栓
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轴流式压气机
4.2 轴流式压气机
➢ 与多级轴流式压气机收敛形通道相适应， 各级压气机叶片具有下述特征：
叶片高度逐级变小； 叶片弦长逐级变短； 叶片数目逐级增多。 例如PW4000发动机的风扇有38片叶片,而高压
压气机第九级有108片叶片。
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4.2 轴流式压气机
• 单面叶轮是在轮盘的一侧安装有叶片，从一面进气； • 双面叶轮是指在轮盘的两侧都安装有叶片， 从两面
进气。
可以增大进气量， 对于平衡作用在轴承上的轴向力也有好处。
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单面叶轮和双面叶轮
4.1 离心式压气机
➢ 增压原理
扩散增压原理：通道是扩张形的，空气流过时， 速度下降，压力提高。
离心增压原理：气体流过叶轮时，由于气体随 叶轮一起作圆周运动，气体微团受惯性离心力 的作用，圆周速度越大，气体微团所受的离心 力也越大，因此，叶轮外径处的压力远比内径 处压力高。
叶片叫进气导向器。其功用是引导气流的流动方向，产生预旋， 使气流以合适的方向流入第一级工作叶轮。
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4.2 轴流式压气机
轴向分段 机匣
径向对开
盘-轴，盘-盘 连接
静子
外环
整流器 叶片
整体式
压 气
内环
轮盘 鼓式
不可拆卸式 焊接
机
叶轮
盘式
销钉紧配合
鼓盘混合式 可拆卸式： 长螺栓
转子
榫头
销钉式
叶片
燕尾型
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4.1 离心式压气机
➢ 离心式压气机的优缺点
单级增压比高,一级的增压比可达4:1－7:1 ,甚 至更高; 稳定的工作范围宽;结构简单可靠结实; 重量轻;所需要的起动功率小。
流动损失大，尤其是级间损失更大，最多两级； 效率较低，最高只有83％－85％，甚至不到80 ％;单位面积的流通能力低，迎风面积大，阻力 大。
➢ 基元级增压原理
基元级由工作叶栅和整流器叶栅通道组成,两处叶栅通道均是扩张 形的。
当空气流过工作叶轮叶栅通道时, 由于高速旋 转的叶片对空气作功, 使气流的绝对速度增大, 同时由于两个相邻叶片间的通道是扩张形的, 则使气流的相对速度降低,相对运动动能转变 为压力位能,使气流的压力和温度上升。
常用于小型发动机上,就是因为它简单结实。
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两级离心式压气机
4.2 轴流式压气机
➢ 组成
转子
• 对空气作功，压缩空气，提高空气的压力 • 由工作叶轮和连接件构成
静子
• 使空气扩压, 继续提高空气的压力 • 由整流器(整流环)和机匣构成
1级=1个工作叶轮+1个整流器 工作叶轮与整流环交错排列就形成了多级轴流式压气机。 为了保证压气机工作稳定，在第一级工作叶轮前还有一排不动的
➢ 轴流式压气机的优点
增加级数提高压气机的总增压比;可以改善效率,进而改 善了给定推力下的耗油率。
单位面积的流通能力高，比离心式压气机在相同的迎 风面积时的空气流量多，推力就大，再加上总增压比 高，推力就更大。
➢ 轴流式压气机的缺点
单级增压比低：1.15:1~1.35:1。这是因为要避免空气在 转子叶片上发生分离和失速而引起的损失，所以流动 通道的扩张度和叶片的弯曲程度都很有限。
燃气涡轮发动机
发动机教研室
第4章 压气机
第4章 压气机
➢ 压气机功用
对流过它的空气进行压缩,提高空气的压力。
➢ 压气机分类
离心式压气机
• 空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的方向流动
轴流式压气机
• 空气在工作叶轮内基本沿发动机的轴线方向流动
混合式压气机 目前常用的是轴流式压气机
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离心式压气机
压气机对叶栅通道中的气流加功量：
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第4.2节 轴流式压气机
➢ 在C ①a、C ①u、u不变 的情况下, 如果想增大 ΔWu, 唯一的方法是增 大气流在工作叶片中 的折转角Δβ＝β②－β①。
➢ 在u和β②均保持不变的 情况下,随着C ①a的减 小,气流折转角Δβ和扭 速ΔWu将增大。
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4.2 轴流式压气机
• 相对速度w：在运动坐标也就是相对坐标上来观察 到的空气流过动叶的速度。
• 牵连速度u：叶轮旋转的圆周（切向）速度。 c wu
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4.2 轴流式压气机
基元级速度三角形
• 进口处速度三角形 • 出口处速度三角形
• 基元级速度三角形
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基元级速度三角形
4.2 轴流式压气机
决定基元级速度三角形的因素：
在轴流式 压气机中, 无论是工 作叶轮, 还是整流 器两个相 邻叶片间 的通道是 扩张形的。
叶轮和整流器流动通道 19
4.2 轴流式压气机
叶栅和基元级
• 环形叶栅 • 平面叶栅 • 基元级
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环形叶栅
平面叶栅
4.2 轴流式压气机
基元级速度三角形
• 绝对速度c：在静止坐标也就是绝对坐标上观察到的 空气流过动叶的速度。
4.1 离心式压气机
➢ 组成
导流器（进气装置）：使气流以一定的方向进入叶
轮， 以减小流动损失。
叶轮：叶轮是高速旋转的部件，对空气作功，提高空气的压力。 扩压器：通道是扩张形的，空气在流过它时，速度下降，压
பைடு நூலகம்力上升。
导气管：使气流变为轴向，将空气引入燃烧室。
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4.1 离心式压气机
➢ 组成
叶轮：从结构上叶轮分单面叶轮和双面叶轮两 种。