燃气轮机介绍

2.2环管形燃烧室
❖ 燃气轮机的燃烧室将燃料的化学能转变为 热能，将连续喷入的燃料在压缩后的空气流 中不断稳定燃烧，成为高温的燃气,以便到涡 轮膨胀做功，燃料为液体燃料（汽油）或气 体燃料（天然气）。
❖ 燃烧，室外壳前面是通往压气机的空气入口， 后面是通往涡轮的高温气体出口。
2.2环管形燃烧室
❖ 燃烧室内有燃烧器，对于液体燃料，燃烧器把进 入的燃料雾化从喷嘴喷出；对于气体燃料，燃烧 器把进入的气体燃料扩散预混从喷嘴喷出，与压 气机来的空气充分混合后燃烧，产生高温高压气 体从过渡段出口喷出。 ❖ 在燃烧室内有火焰筒，燃烧器喷出的火焰在火焰 筒内燃烧，火焰筒前段是主燃区，保证火焰正常 燃烧；中， 段是补燃区，在火焰筒壁上有许多进气 孔，让空气进入补燃，保证完全燃烧；后段是通 向涡轮叶片的燃气导管，也称为过渡段。在燃烧 室内的白色箭头线就是气流在燃烧室的流向。
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
压气机转子
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2.1轴流式压气机
❖ 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。 为此，在每级动叶后插入一级静止的叶片（静叶），可改 善这种状况。 ❖ 运动的动叶与静叶的相对位置与气流走向（仅演示两级 动叶一级静叶）。蓝色叶片是静叶，绿色叶片是动叶，橙 红色箭头表示空气气流的走向。转子旋转时，空气从轴向 进入，经过一级动叶后空气运动角度转向右下方,这个角 度的空气如果直接进入下级动叶,压缩效果会很差。但通 过静叶整，流后，空气运动方向转回轴向，再进入二级动叶 压缩，效果可大大改善。 ❖ 转子安装在压气机的气缸（外壳）内，静叶机匣固定在 气缸内壁。
❖ 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
2.1轴流式压气机
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，转子上的叶片与主轴一 同旋转，称为动叶。
在压气机中，空气被压缩、比容减小、压 力增高，因此必须输入一定的压缩功。这些 压缩功，由透平提供，透平所做的功约有2/3是 压气机消耗的，只有1/3用于驱动负载。因此 减少压气机耗功、提高压气机效率是提高燃 气轮机出力的有效途径。
2.1压气机动叶与静叶气流图
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2.1轴流式压气机结构
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2.1轴流式压气机
❖ 多数燃气轮机的压气机有十几级，高速旋转的动叶把空 气从进气口吸入压气机，经过一级又一级的压缩，变成高 压空气。由于压气机内气体流动方向与旋转轴平行，称为 轴流式压气机。
❖ 压气机的主要参数是增压比，即压气机出口空气压力与 进口空气压力之比。
2.2环管形燃烧室
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燃气轮机介绍
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1、燃气轮机基本原理
燃气轮机的原理与中国的走马灯相同，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。
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1、燃气轮机基本原理
西门子 燃气轮机
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GE 燃气轮机
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三菱燃气轮机
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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。
2.2燃烧室结构示意图
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2.2等压燃烧室的基本要求
❖ 1.燃气出口平均温度650~1400℃，过量空气系数 2.7~20。即等压燃气轮机中，在燃烧完成之后需 大量的过剩空气来掺冷燃烧产物。 ❖ 2.火焰短、稳定、出口温度场均匀，不均匀度 <±(10~15%),不均匀系数<10%。 ❖ 3.燃烧效率88~99.5%燃料要尽量燃烧完全，燃 烧效率与， 燃料品质、雾化、混合、油气比、空气 流速、温度、压力等有关。 ❖ 4.燃烧室压损率保持在3~5% 。 ❖ 5.寿命20000~100000h，选材合理，易维修。
❖ 现代燃气轮机的基本特点： 在燃烧的过程中，燃烧室的压力近似不变，称为定压
加热过程。 做功的气体来自大气，最后排入大气，称为开式循环。
通常称这个循环为布雷顿（Brayton）循环。
地面燃机的分类： 1. 重型、轻型和微型； 2. 简，单循环和复合循环； 3. 单轴和多轴； 4. 工业用和舰船用；
气机、剩余的功输出，提供动力或推力。
1、燃气轮机基本原理
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1、燃气轮机基本原理
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1、燃气轮机基本原理
❖ 热力过程图表示为
部分负荷 时效率低
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四个基本的热力过程（理想循环）：
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❖等熵压缩（1~2）——压气机
❖定压加热（2~3）——燃烧室
❖等熵膨胀（3~4）——涡轮
❖定压放热（4~1）——大气中
1、燃气轮机基本原理