燃气轮机结构-燃烧室
燃气轮机介绍
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。
❖ 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
燃气轮机燃烧室结构分类与分析
燃气轮机燃烧室结构分类与分析目录1 .燃气轮机燃烧室的形式概述 (1)2 .顺流与逆流 (1)3 .圆筒型 (2)4 .分管型 (3)5 .环型 (4)6 .环管型 (5)1燃气轮机燃烧室的形式概述燃气轮机燃烧室按照气流流动可分为逆流式和顺流式，按总体结构划分则可分为圆管型、分管型、环型和环管型。
其基本结构包括一次空气的配气结构、火焰管壁的冷却结构、燃气混合机构、燃料供应机构、点火机构等。
2.顺流与逆流顺流指空气自燃烧室的前端流入，燃烧后燃气直接由后端排出，这时压力损失较小。
逆流分管燃烧室通常布置在压气机或透平外围。
圆筒型逆流式燃烧室布置在机组上，其形式可为顶立、顶卧、侧立、切向等，机组轴向长度较短，还能使燃烧空气得到火焰筒内燃气的预热，有利于燃烧，但因气流往返而压力损失较大。
3.圆筒型圆筒型燃烧室指一个或两个分置于燃气轮机机组近旁或直接座于机体之上的燃烧室，可直立或横卧于燃机上方，或直立于燃机侧面，具有圆筒形的外壳和火焰图。
广泛应用于小功率燃机及部分中等高功率燃机。
图5—3圆筒型燃烧室的结构示意图-1—喷油事#2—径向旋流器13一过波＞4次空气射摄孔I5—双层室多孔冷却机构*6—推合嗖管，7—点火器其优点为结构简单，机组的全部空气在一个或两个燃烧室中完成燃烧加热过程，装拆容易。
由于在工业型机组中空间限制并不很严，燃烧室可以做得大些，因而燃烧过程比较容易组织。
燃烧效率高，流阻损失小，还宜于燃用重质燃料。
便于维修。
其缺点为燃烧热强度低。
金属材料消耗量较大，而且难于做全尺寸燃烧室的全参数试验，致使设计和调整比较困难。
且空间利用率差、容积热强度较低。
调试时所需风源较大。
4.分管型分管型燃烧室指一台燃气轮机中设置若干分开的小燃烧室，通常8・12个，围绕燃机轴线均匀布置，各燃烧室之间由联焰管联接。
每个燃烧室有单独的外壳、火焰管、喷油嘴，但仅有2个点火器，其它则靠联焰管点燃。
多应用于大功率工业型燃气轮机，但已较少应用。
燃气轮机
我国解放前没有燃气轮机工业，解放后全国各地试制过十几种型号的陆海空用途的燃气轮机。1956年我国制 造的第一批喷气式飞机试飞，1958年起又有不少工厂设计试制过各种燃气轮机。
1962年上海汽轮机厂试制船用燃气轮机，1964年与上海船厂合作制成550KW燃气轮机，1965年制成6000KW列 车电站燃气轮机，1971年制成3000KW卡车电站。在这期间还与703研究所合作制造了3295KW、4410KW、KW等几种 船用燃气轮机。
压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩 空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动 压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。从涡轮中 排出的废气排至大气自然放热。这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。通 常在燃气轮机中，压气机是由燃气涡轮膨胀做功来带动的，它是涡轮的负载。在简单循环中，涡轮发出的机械功 有1/2到2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械功用来驱动发电机。在燃气轮机起动的时候，首先需要 外界动力，一般是起动机带动压气机，直到燃气涡轮发出的机械功大于压气机消耗的机械功时，外界起动机脱扣， 燃气轮机才能自身独立工作。
燃气轮机
内燃式动力机械
01 基本简介
03 工作原理 05 内部结构
目录
02 发展概述 04 优缺点 06 发电厂
07 密封
09 发电形式
目录
08 舰船用机 010 国内状态
燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内 燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
燃气轮机构造及其原理
燃气轮机构造及其原理燃气轮机是一种利用压缩机压缩空气混合燃料并在燃烧室内进行燃烧，从而驱动涡轮转动，最终产生推力或动力的装置。
燃气轮机的构造包括压气机、燃烧室、涡轮和辊道等部分，其主要工作原理是压缩空气、加热并燃烧混合燃料、将高温高压燃气喷向涡轮，推动涡轮旋转产生功率。
一、压气机部分压气机部分是燃气轮机的前置部分，主要功能是将大气中的空气压缩成高压气体，并将其传递到燃烧室中。
压气机通常采用多级叶轮式结构，每一级叶轮上都覆盖着叶片，在叶片的作用下，气体被一次次地压缩，最终达到一个非常高的压力。
在压力增加的气体也会受到相应的温度升高。
在压缩过程中需要对气体进行适当的冷却，以避免过热对整个系统的危害。
二、燃烧室部分燃烧室部分是燃气轮机的核心部分，主要功能是将经过压缩的空气与燃料混合并点燃进行燃烧，从而产生高温高压的燃气，这些燃气将用于驱动涡轮旋转。
为了达到理想的燃烧效果，燃烧室内的燃料与空气必须以适当的比例混合，并且需要在足够高的温度、压力和时间下进行燃烧，以充分释放能量。
常见的燃烧室构造包括环形燃烧室、喷嘴型燃烧室和壳体燃烧室等。
三、涡轮部分涡轮部分是燃气轮机的重要部分，主要由高压涡轮和低压涡轮构成。
在燃气通过高压涡轮和低压涡轮时，这些涡轮都会受到燃气高速流动的冲击，从而旋转产生动力。
低压涡轮主要作用是从高压涡轮中回收能量，并将其输送到输出轴上。
涡轮部分的输出轴连接到主机，提供动力。
四、辊道部分辊道部分是燃气轮机的输出部分，它主要通过喷射燃气来产生推力或者驱动风扇进行输出。
辊道是一个曲面形的导管，对于燃气准确地定向，将其高速射出来，从而产生推力或者风力。
辊道部分常用对空气流动进行控制的可调谐导向叶片和可控复合材料等技术进行设计和制造。
燃气轮机的设备构造十分复杂，由于其集电机、载荷和控制系统于一身，难度非常大，但其输出功率和效率要远远高于内燃机，特别适用于航空、船舶、发电等领域要求高功率输出和高效率的场合。
第四章 燃烧室的工作原理与结构分析
第二节 扩散燃烧型燃烧室的工作过程与结构
图 4-1 所示的就是一种扩散燃烧型的燃烧室。图 4-3 中则给出了与之相配的喷油嘴的结构图。 从图 4-1 中可以看出：由压气机送来的压缩空气，在逆流进入遮热筒与火焰管之间的环腔 7 时，因受火焰管结构形状的制约，将分流成为几个部分，逐渐流入火焰管，以适应空气流量与燃 料流量的比值总是要比理论燃烧条件下的配比关系大很多的特点。其中的一部分空气称为“一次 空气”，它分别由旋流器 15、端部配器盖板 14、过渡椎顶 13 上的切向孔，以及开在火焰管前段 的三排一次射流孔 11，进到火焰管前端的燃烧区 12 中去。在那儿，它与由燃烧喷嘴 1 喷射出来 的液体燃料或天然气，进行混合和燃烧，转化成为 1500-2000℃的高温燃气。这部分空气大约占 进入燃烧室的总空气量的 25%；另一部分空气称为“冷却空气”，它通过许多排开在火焰管壁面 上的冷却射流孔，逐渐进入火焰管的内壁部位，并沿着内壁的表面流动。这股空气可以在火焰管 的内壁附近形成一层温度较低的冷却空气膜，它具有冷却高温的火焰管壁、使其免遭火焰烧坏的 作用。此外，剩下来的那一部分空气则称为“二次空气”或“掺混空气”，它是由开在火焰管后段 的混合射流孔 10，射到由燃烧区流来的 1500-2000℃的高温燃气中去的，它具有掺冷高温燃气， 使其温度比较均匀地降低到透平前燃气初温设计值的作用。
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惠州天然气发电有限公司产前培训专用教材
图 4-3 所示的是一种双燃料喷 嘴，它既能向燃烧室的火焰管头部 供给天然气，又能供给液体燃料。 为了增强液体燃料的燃烧速度，专 门 用高压 雾化空气来帮助液体燃 料雾化成为 100μm 左右的细雾 滴。这种细雾滴在进入高温的燃烧 区 后，就 会逐渐蒸发成为气相 燃 料，通过扩散和旋流的湍流的混合 作用，逐渐与燃烧区内的新鲜空气 掺混，在余气系数α =1 的空间范 围内起燃，形成一个温度高达理论 燃烧温度水平的火焰。这种燃料与 空气没有预先均匀混合，而是依靠 图 4-3 MS6001 系列燃气轮机上采用的分管型燃烧室的喷油嘴 扩散和湍流交换的作用，使她们彼 1-雾化空气进口 2-喷嘴本体 3-天然气进口 4-喷嘴的顶盖 此相互掺混，进而在α =1 的火焰 与空气选流器 5-天然气喷口 6-液体燃料喷嘴的组合件 上 面上进行燃烧的现象， 称之为 7-雾化空气切向槽 “扩散燃烧”。那时，燃烧速度主要取决于燃料与空气相互扩散和掺混的时间，而不是取决与它 们的化学反应所需要的时间。这种燃烧现象的一大特点是，火焰面上的α =1 ，其温度甚高，通 常为理论燃烧温度(它总是高于空气中的 N 与 O 起化学反应而生成 NO 时的起始温度 1650℃)。 因而按这种方式组织的燃烧过程必然会产生数量较多的“热 NO ”污染物。 为了解决这类燃烧过程中 NO 排放量超过环保要求的问题，可以采取三种措施，即：①在 高负荷条件下，向扩散燃烧的燃烧室中喷射一定数量的水或水蒸气，借以降低燃烧火焰的温度； ②在余热锅炉中安装所谓的选择性催化还原反应器(SCR)；③采用催化燃烧法。 众所周知：燃烧过程中产生的 NO 有燃料 NO 和热 NO 之分。前者取决于燃料中所含的氮 化合物的数量，燃烧过程中无法控制它的生成。热 NO 则是在燃烧过程的高温条件下，环境中所 含的 N 气与 O 气化合物而成的产物，它是按 Zeldovich 机理生成的。热 NO 的生成率与燃烧火 焰的温度成指数函数关系。在燃烧过程中生成的 NO 之总数 量则不仅是火焰温度的函数， 而且是可燃混合物在火焰温度条 件下逗留时间的线性函数。燃料已定时，燃烧火焰的温度则是 燃料/空气混合化学当量比的函数。图 4-4 中给出了 2 蒸馏油 与 590K 的空气混合燃烧时，燃烧火焰的温度 T 以及 NO 的 反应生成率 dC /dτ与燃烧/空气混合化学当量比的相互变化 关系。 由上图可知： NO 的最高生成率发生在燃烧/空气混合化 学当量比等于 1 的地方，那时，燃烧火焰的温度 T 为最高。 图 4-4 火焰温度 T 以及 因而，倘若能使燃料与较多的空气相混合，即：在比较稀释的 dC /dτ与燃料/空气混合 燃料浓度下进行低温的燃烧，那么，就能减少 NO 排放物的 化学当量的关系 生成。当然，向燃烧火焰区喷散水或水蒸气，以迫使降低燃烧 dC 为 NO 的浓度 火焰的温度，同样能够起到抑制生成 NO 的作用。
典型燃气轮机结构
典型燃气轮机结构
典型燃气轮机结构如下：
燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。
压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。
在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。
功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。
燃烧室和透平不仅工作温度高，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。
燃烧室的基本原理及结构
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燃气收集器
❖在分管型和环管型燃烧室中，需要用燃 气收集器（又称燃气过渡段）把火焰简 出口的圆形截面过渡并转变为透平喷嘴 前的扇形截面。
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燃气收集器 ❖为了提高燃气收集器的工作可靠性，在
型面变化剧烈的地方，可以局部地开启
一些冷却小孔，使壁面获得冷却保护，
并适当减弱一些这个部位的刚度，以消 除一部分内应力。
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燃烧室的结构和型式
3、火焰筒
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燃烧室的结构和型式
4、旋流器
旋流器位于火焰筒的头部，大多为环状围绕燃料喷 嘴安装，可多个使用，也可以多个并列或同心组合应用， 以改善燃烧过程或缩短火焰长度。旋流器可使一次空气 沿火焰筒内壁作螺旋状的旋转运动，有的旋流器能把一 部分空气射入雾化油锥内，可以减少积炭。
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燃烧过程和气流的组织
❖燃烧室中气流流动过程的组织 ❖燃烧区中燃料浓度场的组织 ❖燃烧区中可燃混合物的形成与
燃烧
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燃烧室中气流流动过程的组织
❖燃烧区中气流流动过程的组织 ❖混合区中二次掺冷空气与高温燃
气掺混过程的组织 ❖火焰筒壁冷却过程的组织
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对燃烧室的基本要求
❖ 点火可靠,燃烧稳定
▪ 在各种工况，包括工况急剧变化的过程（过渡过 程）, 燃烧室应保证稳定燃烧，即不熄火，无燃 烧脉动。
空气过量系数α：燃烧时实际空气量 L与理论上需要的空气量L0的比值， 即α＝L／L0。
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对燃烧室的基本要求
❖ 燃烧完全
燃气轮机原理 第四章 燃烧室4-1&4-2&4-3
② 燃烧室容积很小，但要在短时间内发出大 量的热能，要燃烧相当多的燃料，而且要 求燃烧完全。 涡喷-6发动机：10个火焰筒，总容积不到 0.07m3，但每小时要烧掉2.5吨燃油。 燃烧室的发展趋势：长度缩短，体积减 小，燃料燃尽程度接近100%。
3
航空燃气轮机
= (1.2 ~ 3.5) × 108 qvp
地面重型燃气轮机 主燃烧室 火焰筒 蜂窝煤炉
qvp = (1.2 ~ 5) × 107
qvp = (7.5 ~ 9.08) × 107
qvp = (12.34 ~ 20.73) × 107 qvp = 4.3 × 10
6
KJ /( m ⋅ bar ⋅ h )
一次空气供应方式
将一次空气全部通过装在火焰管头部旋流器供入 燃烧区 将一次空气分别由旋流器和开在火焰筒前段的几 排一次空气射流孔供入燃烧区
2—旋流器 5—一次空气射流孔
试验表明，第 种供气方式，即将一 次空气分别由旋流器和开在火焰筒前 段的几排一次空气射流孔供入燃烧 区，可以保证燃烧室具有比第 种供 气方式，即将一次空气全部通过装在 火焰管头部旋流器供入燃烧区，更为 宽广的负荷变化范围。这是由于在第 种供气方式中，燃烧室具有“一次空 气量自调特性”。
航空发动机的污染表现
• 由于燃烧组织的不完全，特别是富油时，排放大 量的CO直接造成对人类健康的危害； • 局部富油时因缺氧，生成大量的炭粒子，形成可 见黑烟雾，造成污染； • 由于燃烧时温度较高，特别是在地面起飞状态 时，容易形成NOx类物质，对人类及其他生物危 害很大； • 燃烧室工作时，特别是加力燃烧室在不稳定工作 时，产生低频高分贝的强噪声污染。
燃气轮机性能分析报告2——燃气轮机燃烧室特性分析
动力与能源工程学院燃气轮机性能分析（报告二）学号：专业：动力机械及工程学生姓名：任课教师：2010年4月燃气轮机燃烧室特性分析一、概述燃烧室是一种用耐高温合金材料制作的燃烧设备。
在整台燃气轮机中，它位于压气机与涡轮之间。
燃气轮机运行时，燃烧室在宽广的工况范围内工作。
在燃气轮机变工况的过程中，燃烧室进口的空气流量a G 、温度*2T 、压力*2P 、速度2C 以及燃油消耗量f G 都会发生变化，这些变化反过来又会影响整台燃气轮机的性能。
所以，弄清燃烧室的变工况特性，对整台燃气轮机的变工况运行有积极地意义。
二、燃烧室特性参数表征燃烧室性能指标的参数主要有燃烧室效率、压力损失、稳定性、点火范围、出口温度分布和容热强度等，但与燃气轮机变工况密切相关的参数主要是燃烧室效率和压力损失，前者直接关系到燃气轮机的燃料消耗量（影响燃气轮机的效率），而且还影响到流经涡轮的燃气流量；而后者直接影响到涡轮的膨胀比。
由于燃烧室内部燃烧过程的复杂性，人们还不能全部用理论计算的方法给出燃烧室效率和压力损失随工况的变化关系，这些的关系式主要还是以实验为基础的经验公式。
三、燃烧室效率的计算由于燃烧室壁散热、燃料燃烧不完全以及燃料产物的离解，燃料的热值不能完全利用。
燃烧室效率B η就是用来表征燃料燃烧完全程度的物理量。
燃料室效率的定义是燃油实际用于加热工质的热量与燃油完全燃烧时放出的热量之比。
其表达式**3. 2.mg g ma a mf fB mf uq h q h q h q H η--=式中：ma q —燃烧室进口空气质量流量mg q —燃烧室出口燃气质量流量 mfq —燃油流量*3.gh—燃烧室出口每千克燃气的焓*2.a h —燃烧室入口每千克空气的焓fh —每千克燃油的焓u H —燃油热值在已知燃烧室结构尺寸的情况下，燃烧室主要与燃烧室进口压力、进口温度、进口速度和油气比（余气系数）有关，因此燃烧室效率应该具有以下形式**222(,,,)B f T P c f ηα=或由定性分析可得，随着*2T 增加，燃烧室效率逐渐增加，在达到一定温度后，效率基本保持不变。
燃气轮机环形燃烧室燃烧失稳原因分析及防范措施
燃气轮机环形燃烧室燃烧失稳原因分析及防范措施摘要：近年来我国的燃气工程建设有了很大进展，燃气轮机燃烧失稳会造成燃烧室内部剧烈扰动，甚至熄火停机。
对不同燃气轮机燃烧失稳产生的机理进行分析，认为环形燃烧室更容易产生大幅燃烧波动，并会引发更为严重的热声振荡现象，损伤燃烧室及下游热通道部件。
为了避免燃烧波动的产生，本文就燃气轮机环形燃烧室燃烧失稳原因分析及防范措施进行研究，以供参考。
关键词：燃烧波动;熄火停机;机理;环形燃烧室引言燃气轮机发电具有技术先进、有利于电网调峰和更加环保等优势，在国内发电领域占有一定的比重。
国内主要引进 GE、三菱、安萨尔多和西门子等厂家的燃气轮机机型，设备技术存在一定的差异，尤其在燃烧系统设计方面差异最大。
几家制造单位在天然气燃烧方面做了大量的研究，燃气轮机燃烧设备更新换代最快，燃烧效率、污染物排放指标竞争最为激烈。
1燃气轮机结构简介本文以AE64.3A型燃气轮机作为分析对象，它是一台自成体系的轴流式简单循环，单轴布置的原动机。
用来减速和功率出的减速齿轮箱上附带有驱动转子设备的液压马达，它是以一个独立的、封闭式的传动装置出现，安装在燃气轮机的进气端。
整台燃气轮机由下列部件所组成：带有柔性连接法兰的空气进气集管。
带有辅助驱动法兰的高速行星式减速齿轮箱。
轴向、垂直平面分开式壳体的轴流式压气机，有15级压气机,一级进口可调导叶,24个燃烧器。
四级叶片的燃气涡轮总成、排气集管。
以上这些部件之间采用带有定位凸缘的配对法兰进行精确的对中，再用强力螺栓连接在一起，形成了一个刚性很强的组合体，依次安装在一个用重型钢结构焊接而成的公共底座上面，公用底座与动力模块上的强梁构件之间采用三点支撑的方式连接以减少振动的传递。
燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧室，和燃气涡轮（即透平）发动机三大部件组成。
燃气涡轮发动机与压气机、负载的不同连接方式，使得燃气轮机在结构设计上分成单轴，分轴，套轴，三轴等轴系结构。
燃气轮机组成
燃气轮机组成燃气轮机是一种连续回转的内燃、叶轮机械式的新型热机，主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成燃气轮机工作过程压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；燃气透平所发出的功一部分用于带动压气机工作，剩余的功作为燃气轮机的输出功。
燃气轮机按功率大小分类微型燃气轮机：民用发电领域（分布式能源系统、废气燃烧发电、小型调峰电站）;军事领域（飞机动力、舰船辅助动力、坦克及军用车辆动力、军营发电设备、武器（导弹）发电设备）。
中小型燃气轮机：船舶燃气轮机、工业驱动燃气轮机、发电用燃气轮机重型燃气轮机：发电用燃气轮机（蒸燃联合动力）燃气轮机按应用分类船舶燃气轮机：是指在参数、材料、结构和运行性能等方面都能满足船舶航行技术要求的燃气轮机。
航空燃气轮机：是指在参数、材料、结构和运行性能等方面都能满足船舶航行技术要求的燃气轮机。
地面燃气轮机：是泛指在地面应用的燃气轮机，如发电用的燃气轮机。
结构紧凑，质量轻，功率密度大；体积小、占地面积第二章本章重点：掌握轴流式压气机转子结构，轴流压气机静子结构，封气装置，进气和防冰装置，减荷装置，轴流压气机的防喘装置本章难点：能通过压气机总图分析出压气机结构组成、设计特点。
压气机功用压气机是燃气轮机三大部件之一，通过消耗机械功率提高流过它的空气的压力供给燃烧室以符合要求的压缩空气。
分类压气机结构形式和气流特点：轴流式、离心式和组合式压气机。
转子数目：把轴流式压气机分为单转子、双转子和三转子结构的压气机。
进口气流相对速度：压音级、跨音级压气机轴流式压气机通流形式等内径、等外径和等平均直径压气机组成由进气装置、压气机转子、压气机静子和防喘装置等部分构成，如图轴流压气机转子(M701，GE9FA)由工作叶片、轮盘、轴和一些连接件等组成。
转子的功用把由涡轮传来的机械功通过工作叶片加给空气。
V94.3A型燃机介绍
通过转子内部的冷却空气流
通过冷却空气通道和Hirth齿之间隙的空气循环可以全面加热和冷却转子元件 优点 与只有径向传热相比（焊接转子），温度变化速度快而且更均匀 热应力小 迅速达到稳定工况， 这样叶片顶部不会碰擦，漏气损失小
V94.3A 环形燃烧室
24个组合 式燃烧器
环形燃烧室
外缸
间隔时间(EOH)2) 4,000 (8,000)3) 25,000
50,000 准备会议
小修 热燃气通道检修
75,000
扩散火焰 天然气 空气
扩散和预混燃烧方式
预混火焰 天然气
(预混火焰) 空气
天然气 (值班火焰)
均匀的天然气/空 气混合物
燃烧器
燃烧器拆除作业
静叶损坏（涂层脱落、烧蚀）
一级静叶损坏（烧蚀）
旋流燃烧器喷咀
燃烧室陶瓷隔热瓦安装
陶瓷隔热瓦小修检测
燃烧室隔热瓦腔室
燃烧室金属遮热瓦块
C冷oo却lin空g a气ir c通ha道mber
燃机空心动叶
第一级动叶安装
第2、3、4级动叶叶根结构
第四级动叶拆卸方法（沿轴向拆卸）
透平动叶模型
一级动叶根部冷却通道
动叶根部止退锁片
动叶根部止退封条
带有Hirth齿的透平叶轮
V94.3A 型燃气轮机透平空气冷却
供冷却空气
详图 "A"
A 供冷却空气
燃烧室外侧
VX4.3A 第1 级静叶片和动叶片
Poly Crista (PC)
多晶
Directionally Solidified (DS)
定向凝固
Single Cristal (SC)
单晶
燃气轮机结构及用于发电的主要形式
燃气轮机结构及用于发电的主要形式燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。
主要结构有三部分：1、燃气轮机(透平或动力涡轮);2、压气机(空气压缩机);3、燃烧室。
其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料(气体或液体燃料)也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。
生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。
燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。
主要用于发电、交通和工业动力。
燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机轻型燃气轮机为航空发动机的转型，如LM6000PC和FT8燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。
重型燃气轮机为工业型燃机，如GT26和PG6561B等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。
燃气轮机用于发电的主要形式：简单循环发电：由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统，也称为开式循环。
其优点是装机快、起停灵活，多用于电网调峰和交通、工业动力系统。
目前的最高效率的开式循环系统是GE公司LM6000PC 轻型燃气轮机，效率为43%。
前置循环热电联产或发电：由燃气轮机及发电机与余热锅炉共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收，转换为蒸汽或热水加以利用。
主要用于热电联产，也有将余热锅炉的蒸汽回注入燃气轮机提高燃气轮机出力和效率。
最高效率的前置回注循环系统是GE公司LM5000-STIG120 轻型燃气轮机，效率为43.3%。
前置循环热电联产时的总效率一般均超过80%。
为提高供热的灵活性，大多前置循环热电联产机组采用余热锅炉补燃技术，补燃时的总效率超过90%。
联合循环发电或热电联产：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机(抽汽式或背压式)共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电，或将部分发电作功后的乏汽用于供热。
燃烧室的基本原理及结构
二次空气
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燃烧区中气流流动过程的组织
3、“火焰稳定器” — 旋流器
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燃烧区中气流流动过程的组织
4、经火焰筒上孔、缝的气流流动
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燃烧区中气流流动过程的组织
4、经火焰筒上孔、缝的气流流动
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燃烧室的结构和型式
3、火焰筒
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燃烧室的结构和型式
4、旋流器
旋流器位于火焰筒的头部，大多为环状围绕燃料喷嘴 安装，可多个使用，也可以多个并列或同心组合应用， 以改善燃烧过程或缩短火焰长度。旋流器可使一次空气 沿火焰筒内壁作螺旋状的旋转运动，有的旋流器能把一 部分空气射入雾化油锥内，可以减少积炭。
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燃烧室的结构和型式
2、扩压器
扩压器是由燃烧室内、外壳和火焰街头 部构成的一个扩压通道，用它来降低速度， 提高压力，保证燃烧的顺利进行和减少压力 损失ρ通常，在扩压器中需把压气机的出口 流速降低3～5倍。
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燃烧室的结构和型式
2、扩压器
扩压器是由燃烧室内、外壳和火焰街头
部构成的一个扩压通道，用它来降低速度， 提高压力，保证燃烧的顺利进行和减少压力 损失ρ通常，在扩压器中需把压气机的出口 流速降低3～5倍。
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点火装置
电站燃气轮机常用的点火器
（1）电火花塞点火器
利用电极高压放电或半导 体表面放电，点燃燃料空气混 合物。
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点火装置
电站燃气轮机常用的点火器
电站燃气轮机燃烧室的工作原理与结构分析
电站燃气轮机燃烧室的工作原理与结构分析燃气轮机是一种利用燃气燃烧产生高温高压气体驱动涡轮转动，进而产生动力的装置。
燃气轮机是电站的重要设备之一，其燃烧室的工作原理和结构对于电站的运行效率和安全性有着重要影响。
一、燃气轮机燃烧室的工作原理：燃气轮机燃烧室的工作原理主要包括压气、混合、燃烧和排烟四个过程。
在压气过程中，进气压缩机将空气压缩至较高的压力，并通过喷嘴进入燃烧室。
高压空气在燃烧室中经过狭窄的进气道，形成剧烈的旋涡，增加燃烧室内部空气的混合程度。
混合过程中，燃气轮机通过喷嘴喷入燃烧器中的燃料与压缩空气充分混合，形成可燃混合气体。
混合气体的比例和均匀度对燃烧效率和排放性能具有重要影响。
燃烧过程中，混合气体在燃烧室内被点火燃烧，产生高温高压气体。
燃烧室内的温度和压力高度集中，碳氢化合物与氧气发生化学反应，释放出大量的热能。
排烟过程中，燃烧产生的废气通过排气管道排出，经过热交换器将废气中的热能回收利用，提高燃气轮机的效率。
二、燃气轮机燃烧室的结构分析：燃气轮机燃烧室的结构主要包括燃烧器、进气道、燃气轮机壳体等部分。
燃烧器是燃气轮机燃烧室的核心组件，用于混合和燃烧燃料。
燃烧器通常由喷嘴、燃料喷嘴、风道、燃气轨迹修正器等组成。
喷嘴用于喷注压缩空气和燃料，燃烧器内部的风道和燃气轨迹修正器用于增加空气与燃料的混合程度，形成均匀燃烧的环境。
进气道是连接燃烧器和压气机的通道。
进气道通过增加燃气轮机进气时的空气动力学特性，提高气流的流速和质量，保证充足的氧气供应量和混合气体的均匀度。
燃气轮机壳体是燃烧室的外围结构，主要用于固定压气机与燃气涡轮的位置，保护内部的燃烧室和喷嘴等部件。
燃气轮机壳体通常由静子和动子组成，静子是与转子共同构成活动环的固定部分，动子是与静子相对运动的部分，两者之间形成螺旋状的空气通道。
燃气轮机燃烧室的结构和排烟系统设计合理与否，直接影响着燃气轮机的效率和排放水平。
通过不断的工艺创新和技术改进，燃气轮机燃烧室的结构越来越精细和高效，大大提高了燃气轮机的运行性能。
燃气轮机结构
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Xgl (% )
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T3(℃ )
图 9 燃气轮机初温与冷却空气系数的关系
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未来冷却技术的发展 （1）采用综合冷却手段提高冷却效果 （2）提高工作可靠性 （3）蒸汽冷却
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冲角加大
冲角减小
图3-17 压气机叶栅中旋转脱离现象的发生
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如果某一个叶片上由于正攻角过大而发生了脱流，但相邻 叶片还没有发生，则这一叶片处就会发生局部的气流堵塞， 迫使来流向两侧偏转。
在该叶片前方（相对于叶片运动方向而言）来流攻角会变 小而抑制了脱流的趋势，但其后方的来流攻角会进一步加大 而很快发生脱流。
图 10 GE-H型燃气-蒸汽联合循环系统
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燃机透平特性
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四个特征参数： 折合流量， 膨胀比， 折合转速，效率
知道其中任意两个可知其它参数。
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qm1
A1cf 1 v1
qm2
A2cf 2 v2
qm
Acf v
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联合运行工况点确定： 压气机与透平转速相同，压比与膨胀比之间存在联系。
燃气轮机燃烧室压力范围_概述说明以及解释
燃气轮机燃烧室压力范围概述说明以及解释1. 引言1.1 概述燃气轮机燃烧室是燃气轮机系统中关键的组成部分之一，其设计和性能直接影响着整个燃气轮机的效率、可靠性和排放控制等方面。
而其中一个重要的参数就是燃烧室的压力范围。
本文将对燃气轮机燃烧室压力范围进行概述、说明以及解释，以帮助读者更好地理解该关键参数对于燃气轮机性能和运行的重要性。
1.2 文章结构本文将按以下结构进行叙述：首先，我们会给出对燃气轮机燃烧室的定义，并简要介绍设计时需要考虑的因素；然后，我们会详细说明不同压力范围下可能出现的问题及相应的解决方案；随后，我们会进一步阐述压力范围对可靠性、寿命、排放控制以及功率输出和效率等方面的影响；最后，我们将总结指出该论题的重要性，并展望未来在此领域中可能进行的进一步研究与发展，并提供结束语。
1.3 目的本文旨在探讨燃气轮机燃烧室压力范围对整个燃气轮机性能的影响，并提供相关问题与解决方案的说明。
通过全面了解和理解燃气轮机燃烧室压力范围的重要性，读者可以更好地设计、优化和运行燃气轮机系统，以提高其效率、可靠性和环境友好程度。
2. 燃气轮机燃烧室压力范围概述2.1 燃气轮机燃烧室的定义燃气轮机是一种利用燃料进行燃烧产生高温高压气体，并将其能量转化为功率输出的设备。
而燃气轮机的燃烧室则是其中至关重要的组成部分之一，负责将供给的燃料和空气进行混合并在适当的条件下进行高效完全燃烧。
2.2 燃气轮机燃烧室设计要考虑的因素在设计和选择合适的燃气轮机压力范围时，需要考虑以下几个因素：首先是稳定性和可靠性。
合理控制和维持适宜的压力范围对于确保轮机连续、可靠地运行至关重要，过高或过低的压力都可能导致不稳定的运行状态和增加故障风险。
其次是排放控制。
适当的压力范围可以帮助减少有害排放物质的生成，并满足环境保护标准。
通过调整燃料气流速度和混合均匀性等参数，可以优化燃烧效率并降低污染物排放。
另外还要考虑功率输出和效率。
适当的压力范围对于实现最大化的轮机功率输出至关重要。
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第三章燃气轮机
3.1概述
（1）燃烧室功用及重要性
1.保证燃机在各种工况下，将燃料化学能转换为热能，加
热压气机压缩的空气，用于涡轮膨胀做功。
2.燃烧室是燃机的主要部件之一，燃机的性能、可靠性、寿命
皆与它有密切关系。
（2）燃烧室的工作条件
①燃烧室在高温、大负荷下工作
②燃烧室在变工况下工作
③燃烧室在具有腐蚀性的环境下工作
④燃烧室内的燃烧过程是一个极其复杂的物理化学过程
⑤燃烧室中的燃烧在高速气流及贫油混合气情况下进行
（“空气分股”、“减速扩压”、“反向回流”）
（3）燃烧室的设计要求
①不同工况下，燃烧室工作应稳定
②燃烧要安全
③燃烧室具有最小的流体阻力
④燃烧室出口温度场应能满足涡轮的要求
⑤在任何使用条件下，燃烧室都应该迅速、可靠地启动点火，且联
焰性好
⑥工作寿命长
⑦燃烧室的尺寸和质量要小
⑧排气污染应能满足国家标准要求
⑨检视、装拆和维修应当方便
3.2三种基本类型燃烧室
的结构概述
（1）分管燃烧室
1.结构特点
管形火焰筒的外围包有一个单独的壳体，构成一个分管，沿燃气轮机周围6-16
个这样的分管，各分管用传焰管连通，以传播火焰和均衡压力。
2.优点：
①装拆、维修、检修方便
②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际
情况
3.缺点：
①装拆、维修、检修方便
②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际
情况
（2）环管燃烧室
1 .结构特点：
若干个火焰筒均匀排列安装在同一个壳体内，相邻火焰燃烧区
之间用传焰管连通。
2.优点：
①适合与轴流式压气机配合，布局紧凑、尺寸小、刚性小；
②气流转弯小，流体阻力小，热散失亦小；
③调试比较容易，加工制造的工作量比分管小。
3.缺点：
①燃烧室出口温度场沿周向不够均匀；
②燃烧室的流体损失较大；
③耗费的材料、工时较多；
④质量较重。
（3）环形燃烧室
1.结构特点：
内、外壳体与环管燃烧室类似，但火焰筒却有很大差别。
在内外壳
体之间的环形腔中，布置了一个呈环形的火焰筒，即火焰筒内外壁
构成环形主燃区。
2.分类：
回流环形燃烧室；
直流环形燃烧室：全环形燃烧室、带有单独头部的环形燃烧室。
3.优点：
①环形火焰筒制造简单，长度短，质量轻；
②与轴流式压气机、涡轮配合方便，压力损失最；
③节约火焰筒冷却空气量约1/3；
④空间利用率最高，联焰性好。
4.缺点：
①调试时需要大型气源；
②火焰筒刚性差；
③燃料分布不均匀，组织燃烧困难；
④装拆维修困难。
3.3燃烧室基本构件的结构
（1）燃烧室基本构件的结构：
扩压器、燃烧室壳体、火焰筒、燃料喷嘴、点火装置（2）扩压器：
1.功用：降低从压气机流出的气流速度，以利于燃烧的组织。
2.分类：一级扩压器、二级扩压器、突然扩张式扩压器。
一级扩压器：压力均匀增加；总压损失小；流场均匀
二级扩压器：总损失不致很大，可缩短扩压器长度
突然扩张式扩压器：长度很短，较少受到压气机出口流场的干
扰，总压损失偏大
(3)燃烧室壳体：
1.功用：
燃烧室壳体构成二股气流通道；在环管和环形燃烧室中，燃烧室壳体
由内外壳体组成，他们又是燃机的主要承力件。
2.燃烧室内壳体加强肋：
燃烧室内套很多采用由钣料冲压焊接的加强肋予以加强。
为减轻质量，
在加强肋的辐板上可沿周向开许多减轻孔，在孔口处翻边加强。
3.燃烧室外套安装边结构：
（a）搭接滚焊形式，用的比较普通；
(b)对接熔焊形式；
(c)搭接熔焊形式；它可以获得比滚焊更好的气密性；
(d)形式结构比较合理，因为焊缝远离安装边，可有效地减少焊接热影响
区对安装边造成的挠曲变形。
（4）火焰筒：
1.组成：涡流器、火焰筒筒体、燃气导管等组成。
2.涡流器：
①：功用：使高温燃气在火焰筒头部形成低速回流区，保证点火、
稳定燃烧和完全燃烧。
②：分类：无片式涡流器、叶片式涡流器（轴流式、径流式）。
叶片式涡流器
无片式涡流器利用喇叭形碗形、双锥形等非线性流体等产生低速回流区。
3.火焰筒筒体：
筒壁的冷却方式有气膜式（如下图）和散热片式（已淘汰）
(a)(b)为波形板气膜冷却结构；（c）为鱼鳞状缝隙膜冷却结构；(d)为双
边冷却环；(e)为单边冷却环；(f)冷却环与缩腰小孔冷却气膜结构
4.传焰管：
在分管和连管燃烧室中应装有传焰管，用来传递燃烧区之间的火焰并
均衡火焰筒间的压力
（5）燃料喷嘴：
1.功用：将燃料雾化，加速混合气的形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效
率。
2. 分类：离心喷嘴、气动喷嘴、蒸发喷嘴、甩油喷嘴。
3. 离心式喷嘴：
燃料以一定的压力切向进入内腔，如上图。
在离心力的作用下，实
现雾化。
离心喷嘴可分为：双路双室双喷口喷嘴、双路双室单喷口喷嘴、双
路单室单喷口喷嘴
工作原理图及构造
5.气动喷嘴：
利用压缩空气的吹散作用，实现燃油雾化。
雾化质量的关键在于适
当控制雾化空气的流量和压力。
6.蒸发管式喷嘴：
油气混合提前在蒸发管内进行，然后从蒸发管喷入火焰筒的主燃区
内，与大量空气混合后燃烧。
T型蒸发管的工作示意图
（6）点火装置：
1.功用：在燃气轮机启动时，向燃烧室提供初始点火火炬。
2.分类：间接点火装置、直接点火装置。
3.间接点火装置：实际上是小小燃烧室系统，现已基本不用
4.直接点火装置：
利用高能电嘴产生的点火火炬直接点燃火焰管头部混合气体。
特点
：能量大、结构简单、工作可靠性好，应用广泛。
3.4 燃烧室结构的新发展
一、双环腔冲压进气的短环形燃烧室
二、单边进气的短环形燃烧室
三、涡流筒式燃烧室
四、可变几何形状的燃烧室
五、两级燃烧燃烧室
3.5燃烧室故障
1.积碳使火焰筒壁的金属表面和冷空气隔绝，并使壁面形成大面积的局部
过热。
这将引起局部热应力，结果使火焰筒壁产生翘曲和破裂。
2.发动机工作时，燃烧室外套、火焰筒各段以及联焰的焊缝和远离焊点
的不同部位上产生疲劳裂纹，是燃烧室至关重要的故障。
3.由于温差大，在经受突然冷却的孔边上，以及离开孔的间壁上也可能
出现裂纹。