电厂燃气轮机概论绪论

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1.2 叶轮机械的历史
• 1754年伟大的瑞士数学家欧拉（Euler），发表了他 将Newton‘s law应用于叶轮机械的结果，也就是现在 被世界公认的”Euler‘s Equation―，由此将叶轮机械 的设计带入了科学化的道路，从而结束了完全依赖 ”cut-and-try‖的历史； • 1752年英国人Smeaton给出了水轮机的最高效率，并 提出了功正比于提升物体的力，这一概念也是气动 热力学的基础； • 1822年法国人Burdin借助拉丁文引入“turbine‖一词， 意思是“旋转”；
第1章 绪论
1.1 前言 1.2 叶轮机械 1.3 燃气轮机 1.4 联合循环
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1.1 前言
•能源资源与可用能
不可再生能源 （常规能源） （化石能源） 可再生能源 （新能源）
煤炭 石油 天然气 水能 风能 太阳能 地热能 海洋能
能源资源
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1.1 前言
•能源与可用能
机械能：驱动
（可直接利用） 电能：驱动、加热 热能：加热、采暖
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• 主要缺点：
–单级功率较小（解决办法：多级）
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1.2 对叶轮机械的要求
• 对叶轮机械（特别是对发电）的要求：
– 高负荷 – 高效率 – 高可靠性 – 长寿命 – 高环保 – 机动性好 – 自动化程度高 – 可维护性好 – 经济性好
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1.2 叶轮机械技术
• 多门类科学技术的综合产品：
–流体力学、工程热力学、传热传质理论、燃烧理论、…… –结构力学、转子动力学、断裂力学、材料力学、故障诊断…… –控制理论、信息技术、计算机与网络技术…… –技术经济、投资、财务分析 –污染控制理论与技术 –现代测量技术、激光测速、全息技术、新型传感器、流场显示、 数据处理等专门技术 –CFD、集群计算机、并行计算、信息与网络技术
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1.2 叶轮机械的历史
• 十九世纪开始了叶轮机械的全面发展： － 鼓风机和泵（Blowers and pumps）:1875年O.Reynolds的涡轮泵
（Turbine pump – a centrifugal impeller with a vaned diffuser)
－压缩机（Compressors）:1884年轴流压缩机。技术难度大； － 蒸汽轮机（Steam turbines）：1831 W. Avery 第一台可用的汽轮 机，1884年第一台有影响的轴流反动式汽轮机(10hp,18000rpm) －船用透平 (Marine turbines) ： 1910 － 燃气轮发动机（Gas-turbine engines）：最早的专利J. Barber‗s of 1791. Stolze 发展了真正意义上的燃气轮机，于1898年获得专利 － 涡轮喷气发动机（turbojets）：二十世纪二三十年代发展起来
叶轮机械
活塞式机械
•流体在机械中连续流动 •间断排烟 •通过工质的连续流动产生 •通过封闭在工作空间内的定量工
力 •旋转运动
质产生力 •绝大多数是往复运动，但也有个 别是旋转运动
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1.2 叶轮机械简介
• 叶轮机械相对于活塞式机械的优点：
–单机功率可大 –单位功率重量轻 –单位功率体积小 –可用率高 –自动化程度高 –环保性能好（大气污染物排放水平、噪声等）
向心式透平
斜流式压气机
混流式压气机
轴流式压气机
轴流式透平
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1.2 叶轮机械简介
• 叶轮机械（叶片机）共同特点:
–有带有叶片的转子（叶轮）； –转子只做旋转运动，而无往复运动；
• 叶轮机械（叶片机）基本原理:
–流体工质 –叶片与流体工质之间进行能量交换
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1.2 叶轮机械简介
• 叶轮机械与活塞式机械的对比：
发电设备—蒸汽轮机
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1.2 叶轮机械的应用
发电设备—核电蒸汽轮机
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1.2 叶轮机械的应用
发电设备—水轮机
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1.2 叶轮机械的应用
发电设备—风力机
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1.2 叶轮机械的应用
• 拖动设备：
–飞机发动机、 –舰船发动机、 –坦克发动机、 –机车发动机、 –设备动力、 – ……
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1.2 叶轮机械分类
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1.2 叶轮机械分类
热力叶轮机械 可压缩工质 发动机 汽轮机、燃气轮机 工作机 通风机、鼓风机、 压缩机 水轮机 水力叶轮机械 不可压缩工质
叶轮泵
11 液力变扭器、液力联轴器
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1.2 叶轮机械分类
叶轮机械的主要形式：
• 按其工作性质分为： – 透平（涡轮）(动力设备)： 流体的能量（高温高压） 输出机械功
可用能
流动能：流体的动能与势能，驱动
• 机械能与电能是能量的高级形式
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1.1 前言
•化石能源的转换形式遵循着下列路线：
传热传质 燃料的化学能 燃料的热（内能） （燃烧） （两相流） 功能转换 功电转换 化学反应
工质内能 机械功 电能 （热机） （发电机）
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1.1 前言
热 流动功 功 机械功
鉴于叶轮机械是功能转换过程中 最重要和最先进的机械，这里重 点阐述叶轮机械原理与工作过程
叶轮机械的主要形式：
• 按其工作性质分为： – 压缩机（压气机）： 输入机械功 流体的能量（压力能）
• 应用：三机两泵：
– 压缩机、鼓风机、通风机（风扇） – 油泵、水泵…… 三机两泵消耗33％以上的电力。
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1.2 叶轮机械分类
工 质 流 动 方 向
径 流 式 斜 流 式 轴 流 式
离心式压气机
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1.2 叶轮机械
1.2 叶轮机械的定义
什么是叶轮机械(Turbomachine）？
• 使通过其中的流体工质发生焓的变化，并 通过旋转的轴进行功的传递； • 流体工质和机械之间的相互作用主要依靠 流体动力； • 传热对此能量交换影响不大； • 能量损失不可忽略。 • 轴只做旋转运动，轴上带有动叶片，机匣 上带有静叶片。
应用： - 发电设备—汽轮机（火电、核电、地热）、燃气轮
机（常规、废气涡轮）、水轮机、风力机、潮汐发电 机组、太阳能热发电机组…… - 拖动机械—航空发动机、舰船发动机、火车发动机 、坦克发动机……
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发电设备——联合循环电厂
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1.2 叶轮机械的应用
发电设备—燃气轮机
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1.2 叶轮机械的应用
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1.2 叶轮机械的历史
• 公元前70年罗马人发明了paddle-type water wheels (用 水冲击浆叶的水车）用于加工谷物； • 我国古代的水车用于提水浇灌和加工谷物； • 风车用于谷物加工（荷兰、西班牙）； • 1629年，提出了冲动式蒸汽轮机的构想； • 十八世纪，开始了现代叶轮机械，如1737～1753年 ，法国人发明了径向进流式透平或被称为Francis Turbine;