燃气轮机简介
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我国燃气轮机整体技术落后、 关键技术依然国外大公第司20垄页/共断22页
•
当前航空发动机的主要类型有哪四种？（4分，每条一分）
•
涡轮喷气式发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机、涡轮轴发动机
•
燃气轮机的基本组成部分及各部分功能？（6分）
•
包括三部分：压气机、燃烧室、涡轮。（3分）
• 压气机——压缩空气（消耗功）（1分）
• 在1939年，德国首次在飞机发动机上采用了燃气轮机 代替内燃机，并进行了试飞。
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2、燃气轮机发展史
• 由于战争的原因，在二次世界大战之前，主要的研究集中在地 面燃气轮机（轴功输出形式）。
• 在战争期间，但是注意力迅速转移到作为飞行器推进动力的涡 轮喷气式机械上来。由于军事的需要，燃气轮机技术得到了迅 猛的发展，并广泛应用于工业、舰船动力、航空等领域。
• 不同的轴系布置方式影响着效率随输出功的变化和输出扭矩随 转速的变化。有的布置适合于带动负荷变化但转速恒定的交流 发电机，有的布置适合于带动变转速的船用螺旋桨。
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3、燃气轮机的特点
• 如按照轴系布置可组成不同类型的燃气轮机
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3、燃气轮机的特点
• 根据需要，为了增加效率或者输出功，通常采用回热、再热、 间冷等复杂循环。
• 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；
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西门子SIEMENS 燃气轮机
• we
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GE 燃气轮机
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1、燃气轮机基本原理
• 地面燃气轮机的评价参数：
• 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； • 停机检查时间：4000~8000小时； • 单位功率的重量：重型的一般大于2～5kg/kW，轻型则
小于2 kg/kW）
• 陆地上机车、坦克应用上属于尝试阶段（M-1主战坦克曾经用过）。
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5、燃气轮机的现状及发展趋势
• 现状： • 效率和功率，单机效率达到42.9%，功率334MW，联合循环效率高达58%。 • 环保性能，能够满足环保性能。 • 可靠性较高、应用广泛。
• 发展趋势： • 进一步提高性能 • 发展联合循环和新型热力循环
（2分，答出1条 1分）
•
特种火箭推进系统包括：电火箭推进系统、核火箭推进系统、太阳火箭推进系统（2分，答
出1条 1分）
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感谢您的观看！
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• 时至今日，许多先进的技术依然最先应用在航空发动机上，地 面燃气轮机的研发技术很多是从航空发动机上“移植”过来的。
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3、燃气轮机的特点
• 在燃气轮机中，压缩、燃烧、膨胀过程不像往复式机械（内燃 机）那样，发生在一个部件内。这些过程发生在独立的部件内 意味着他们可以单独地进行设计、实验和研究发展，并且这些 部件可以通过不同的组合方式形成燃气轮机。
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2、燃气轮机发展史
• 早在18世纪，燃气轮机的理论和工作原理就已经 建立起来了，但直到1940左右才真正制造出来。 主要的原因在于高温材料方面的限制和各部件 （压气机、涡轮）效率偏低。
• 发展的历程。专利——试制——成功，三个阶段。
• 在1791年英国人John Barber 获得了第一个燃气轮机 的专利，尽管他没有真正制造一台燃气轮机，但是为 将来的发展奠定了基础。
• 这些优化增加输出功和装置效率的代价是附加了复杂性、重量 和价格。
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3、燃气轮机的特点
• 优点：
• 结构紧凑、质量轻、体积小、占地面积小，单位功率质量较低；相对于汽轮机， 省去了庞大的锅炉系统。
• 启动快、从冷态启动至满负荷，通常只用几分钟至半小时。 • 耗水少或者不用水。
• 缺点：部分负荷时效率低，油耗高。
• 天然气管道输运增压用燃气轮机、石油化工领域去动泵、压缩机等；燃气 轮机的排气可以实现热电联供。
第18页/共22页
4、燃气轮机的应用
• 陆地和海上运输：
• 20世纪60年代，轻型燃气轮机被认为军舰用的最佳动力，在大型舰船中广 泛应用。但由于燃气轮机在低负荷时油耗高，通常与汽轮机、柴油机组成 联合动力装置。如，COSAG, CODOG, COGOG, COGAG等，CO—联合，S— 汽轮机，G—燃气轮机，D—柴油机，O—或，A—和。
• 到了20世纪30年代，由于空气动力学的发展应用 在压气机设计领域，使得压气的效率和压比均得 到了提高；同时冶金技术的发展出现了耐热钢， 能够承受500~600摄氏度左右的高温。为燃气轮机 的制造成功提供了基本的保证。
• 在1939 年，Brown Boveri 成功制造了作为电站备 用机组的燃气轮机，输出功率4000kW，效率不详，循 环类型采用简单循环。
• 燃烧室——燃料与空气燃烧（化学能转化为热能）（1分）
• 涡轮 ——燃气膨胀做功，一部分功用来带动压气机、剩余的功输出，提供动力或推力。（1分）
•
火箭推进系统的种类有哪些？（6分）
•
大体分为两类：化学能火箭推进系统、特种火箭推进系统（2分，每条1分）
•
化学能火箭推进系统包括：液体火箭推进系统、固体火箭推进系统、固液混合火箭推进系统
• 同时，其他的人也尝试制造燃气轮机，但是几乎 都失败了。
• 失败的主要原因有两个：
• 部件的效率偏低（主要是压气机，当时的压气机效率 只有60%左右）。
• 材料的限制（没有耐热钢和冷却技术，涡轮前温度只 有740K左右，在以后的学习中会发现涡轮前温度循环 效率的影响最大）。
第10页/共22页2、燃气轮发展史第16页/共22页
4、燃气轮机的应用领域
• 工业领域 • 陆地和海上运输 • 航空领域
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4、燃气轮机的应用
• 工业领域：
• 电站基本负荷、调峰运行和备用机组；无电网的孤立地区供电；与汽轮机 组成联合循环供电。美国在20世纪80年代后期，燃气轮机的年生产量就超 过了汽轮机。燃气轮机和联合循环发电，在世界范围内已成为电力工业的 主力军。
1、燃气轮机基本原理
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1、燃气轮机基本原理
• 装置的示意图和热力过程图通常表示为下图形式。
部分负荷时效率低
• 四个基本的热力过程（理想循环）：
• 等熵压缩（1~2）——压气机 • 定 压 加 热 （ 2 ~ 3 ） ——燃 烧第室3页/共22页
1、燃气轮机基本原理
• 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。
• 在1872瑞士人Stole获得了一个燃气轮机的专利，他 设计的燃气轮机包括多级轴流式压气机、反动式涡轮、 燃烧室、回热器等部件。
• 1895年,美国人 Charles提出了完整的燃气轮机的设 计专利。
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2、燃气轮机发展史
• 在1900年，法国人 Stolze制造了第一台“真正”的 燃气轮机，并且进行了试验，但是结果却是失败 了。装置除了带动自身旋转外，几乎不能对外输 出功。
•
当前航空发动机的主要类型有哪四种？（4分，每条一分）
•
涡轮喷气式发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机、涡轮轴发动机
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燃气轮机的基本组成部分及各部分功能？（6分）
•
包括三部分：压气机、燃烧室、涡轮。（3分）
• 压气机——压缩空气（消耗功）（1分）
• 在1939年，德国首次在飞机发动机上采用了燃气轮机 代替内燃机，并进行了试飞。
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2、燃气轮机发展史
• 由于战争的原因，在二次世界大战之前，主要的研究集中在地 面燃气轮机（轴功输出形式）。
• 在战争期间，但是注意力迅速转移到作为飞行器推进动力的涡 轮喷气式机械上来。由于军事的需要，燃气轮机技术得到了迅 猛的发展，并广泛应用于工业、舰船动力、航空等领域。
• 不同的轴系布置方式影响着效率随输出功的变化和输出扭矩随 转速的变化。有的布置适合于带动负荷变化但转速恒定的交流 发电机，有的布置适合于带动变转速的船用螺旋桨。
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3、燃气轮机的特点
• 如按照轴系布置可组成不同类型的燃气轮机
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3、燃气轮机的特点
• 根据需要，为了增加效率或者输出功，通常采用回热、再热、 间冷等复杂循环。
• 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；
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西门子SIEMENS 燃气轮机
• we
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GE 燃气轮机
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1、燃气轮机基本原理
• 地面燃气轮机的评价参数：
• 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； • 停机检查时间：4000~8000小时； • 单位功率的重量：重型的一般大于2～5kg/kW，轻型则
小于2 kg/kW）
• 陆地上机车、坦克应用上属于尝试阶段（M-1主战坦克曾经用过）。
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5、燃气轮机的现状及发展趋势
• 现状： • 效率和功率，单机效率达到42.9%，功率334MW，联合循环效率高达58%。 • 环保性能，能够满足环保性能。 • 可靠性较高、应用广泛。
• 发展趋势： • 进一步提高性能 • 发展联合循环和新型热力循环
（2分，答出1条 1分）
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特种火箭推进系统包括：电火箭推进系统、核火箭推进系统、太阳火箭推进系统（2分，答
出1条 1分）
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感谢您的观看！
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• 时至今日，许多先进的技术依然最先应用在航空发动机上，地 面燃气轮机的研发技术很多是从航空发动机上“移植”过来的。
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3、燃气轮机的特点
• 在燃气轮机中，压缩、燃烧、膨胀过程不像往复式机械（内燃 机）那样，发生在一个部件内。这些过程发生在独立的部件内 意味着他们可以单独地进行设计、实验和研究发展，并且这些 部件可以通过不同的组合方式形成燃气轮机。
第8页/共22页
2、燃气轮机发展史
• 早在18世纪，燃气轮机的理论和工作原理就已经 建立起来了，但直到1940左右才真正制造出来。 主要的原因在于高温材料方面的限制和各部件 （压气机、涡轮）效率偏低。
• 发展的历程。专利——试制——成功，三个阶段。
• 在1791年英国人John Barber 获得了第一个燃气轮机 的专利，尽管他没有真正制造一台燃气轮机，但是为 将来的发展奠定了基础。
• 这些优化增加输出功和装置效率的代价是附加了复杂性、重量 和价格。
第15页/共22页
3、燃气轮机的特点
• 优点：
• 结构紧凑、质量轻、体积小、占地面积小，单位功率质量较低；相对于汽轮机， 省去了庞大的锅炉系统。
• 启动快、从冷态启动至满负荷，通常只用几分钟至半小时。 • 耗水少或者不用水。
• 缺点：部分负荷时效率低，油耗高。
• 天然气管道输运增压用燃气轮机、石油化工领域去动泵、压缩机等；燃气 轮机的排气可以实现热电联供。
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4、燃气轮机的应用
• 陆地和海上运输：
• 20世纪60年代，轻型燃气轮机被认为军舰用的最佳动力，在大型舰船中广 泛应用。但由于燃气轮机在低负荷时油耗高，通常与汽轮机、柴油机组成 联合动力装置。如，COSAG, CODOG, COGOG, COGAG等，CO—联合，S— 汽轮机，G—燃气轮机，D—柴油机，O—或，A—和。
• 到了20世纪30年代，由于空气动力学的发展应用 在压气机设计领域，使得压气的效率和压比均得 到了提高；同时冶金技术的发展出现了耐热钢， 能够承受500~600摄氏度左右的高温。为燃气轮机 的制造成功提供了基本的保证。
• 在1939 年，Brown Boveri 成功制造了作为电站备 用机组的燃气轮机，输出功率4000kW，效率不详，循 环类型采用简单循环。
• 燃烧室——燃料与空气燃烧（化学能转化为热能）（1分）
• 涡轮 ——燃气膨胀做功，一部分功用来带动压气机、剩余的功输出，提供动力或推力。（1分）
•
火箭推进系统的种类有哪些？（6分）
•
大体分为两类：化学能火箭推进系统、特种火箭推进系统（2分，每条1分）
•
化学能火箭推进系统包括：液体火箭推进系统、固体火箭推进系统、固液混合火箭推进系统
• 同时，其他的人也尝试制造燃气轮机，但是几乎 都失败了。
• 失败的主要原因有两个：
• 部件的效率偏低（主要是压气机，当时的压气机效率 只有60%左右）。
• 材料的限制（没有耐热钢和冷却技术，涡轮前温度只 有740K左右，在以后的学习中会发现涡轮前温度循环 效率的影响最大）。
第10页/共22页2、燃气轮发展史第16页/共22页
4、燃气轮机的应用领域
• 工业领域 • 陆地和海上运输 • 航空领域
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4、燃气轮机的应用
• 工业领域：
• 电站基本负荷、调峰运行和备用机组；无电网的孤立地区供电；与汽轮机 组成联合循环供电。美国在20世纪80年代后期，燃气轮机的年生产量就超 过了汽轮机。燃气轮机和联合循环发电，在世界范围内已成为电力工业的 主力军。
1、燃气轮机基本原理
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1、燃气轮机基本原理
• 装置的示意图和热力过程图通常表示为下图形式。
部分负荷时效率低
• 四个基本的热力过程（理想循环）：
• 等熵压缩（1~2）——压气机 • 定 压 加 热 （ 2 ~ 3 ） ——燃 烧第室3页/共22页
1、燃气轮机基本原理
• 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。
• 在1872瑞士人Stole获得了一个燃气轮机的专利，他 设计的燃气轮机包括多级轴流式压气机、反动式涡轮、 燃烧室、回热器等部件。
• 1895年,美国人 Charles提出了完整的燃气轮机的设 计专利。
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2、燃气轮机发展史
• 在1900年，法国人 Stolze制造了第一台“真正”的 燃气轮机，并且进行了试验，但是结果却是失败 了。装置除了带动自身旋转外，几乎不能对外输 出功。