燃气轮机原理、结构及运行维护
汽轮机工作原理及结构
汽轮机工作原理及结构汽轮机是一种利用高温高压气体流经叶片，使叶片旋转，并通过叶轮与主轴连接转化为机械能的热机。
它的工作原理是基于热力学第二定律，即热量不能从低温物体自发地传递给高温物体，而只能通过外界的做功来传递。
汽轮机由压气机、燃气轮机、涡轮增压器、燃气发电机组等组成，其中压气机起吸入空气并进行压缩的作用，燃气轮机通过高温高压气体的膨胀来驱动叶轮旋转，并转化为机械能，然后经由主轴传递给涡轮增压器或燃气发电机组进行增压或发电。
汽轮机的结构主要由压气机、燃气轮机、涡轮增压器、燃气发电机组、燃料供给装置、烟气排放系统和润滑系统等组成，下面我们将详细介绍每个部分的结构。
1.压气机：压气机是汽轮机的进气部分，用于将外界空气压缩并送入燃气轮机。
它由多级叶片和导向器组成，每个级别的叶片都会将气体压缩到更高压力，从而提高燃气轮机的效率。
2.燃气轮机：燃气轮机是汽轮机的核心部分，负责将压缩后的气体膨胀为高速旋转的叶轮，并将燃气轮机的转动动能转化为机械能。
燃气轮机由进气段、燃烧系统、高压段和低压段组成。
进气段将压缩后的气体引入燃烧系统，燃烧系统将燃料与空气混合并燃烧产生高温高压气体。
高压段和低压段则通过多级叶片将燃烧产生的气体膨胀，并将动能传递给叶轮。
3.涡轮增压器：涡轮增压器是汽轮机的一个重要组成部分，用于增加燃料燃烧后的气体压力，提供更高的进气压力给燃气轮机工作的环境。
涡轮增压器主要由涡轮和压气机组成，涡轮通过高速旋转将压缩后的气体推入压气机，增加进气压力。
4.燃气发电机组：燃气发电机组是一种直接利用燃气轮机输出的功率来驱动发电机发电的装置。
燃气轮机通过转动主轴使发电机转子旋转，进而产生电能。
燃气发电机组相对于传统的发电方式具有高效率、低污染和低噪音等优点。
5.燃料供给装置：燃料供给装置用于将燃料引入燃烧系统，以满足燃气轮机燃烧所需的能量。
通常使用的燃料有天然气、柴油、重油等。
6.烟气排放系统：烟气排放系统用于将燃气轮机排出的烟气进行处理和净化，以减少对环境的污染。
燃气轮机发电原理
燃气轮机发电原理
燃气轮机发电原理是利用燃烧燃气产生的高温燃气驱动涡轮旋转，从而带动发电机发电的一种方式。
具体原理如下：
1. 燃气燃烧：燃气轮机通过燃烧机将燃气（通常为天然气或石油气）与空气混合并点燃，形成高温高压的燃气。
2. 涡轮旋转：燃烧后的高温高压燃气进入涡轮机中，燃气的能量被转化为动能，推动涡轮机转动。
3. 转动发电机：涡轮机的轴与发电机的轴相连，涡轮机的旋转运动带动发电机的转子旋转，由磁力感应原理，发电机的转子旋转在定子线圈中产生电流。
4. 发电：通过发电机产生的电流，经过变压器的升压处理，最终输送到电网中供电使用。
燃气轮机发电原理简单明了，能够高效利用燃气的能量来产生电力。
相较于其他发电方式，燃气轮机具有启动快、热效率高、排放少等优点，因此在大型电力厂、工业用电以及航空舰船等领域得到广泛应用。
微型燃气轮机工作原理
微型燃气轮机工作原理微型燃气轮机工作原理燃气轮机是一种重要的发电机组件，可以将化石燃料、天然气等燃料的热能转化为机械能，再转化为电能，成为现代工业领域不可或缺的一部分。
微型燃气轮机则是在燃气轮机基础上，经过了小型化、高效化等技术改进，形成的一种新型发电机组件。
本文将从微型燃气轮机的原理、结构和特点等方面进行分析。
一、微型燃气轮机的原理微型燃气轮机的工作原理与燃气轮机基本相同。
其工作流程如下：1. 燃烧室燃气轮机的第一个部分是燃烧室。
在这里，燃料的化学能被释放出来，然后用气体将其推出。
2. 压缩部分在燃烧后，燃气的湍流带动了涡轮。
这个涡轮转动后驱动压缩机，将空气加压。
3. 冷却部分由于压缩会导致空气升温，所以在运从过程中，空气需要从环境中获取冷却。
对于微型燃气轮机来说，冷却主要是通过内部循环系统和外部传热。
4. 膨胀部分通过压缩了的空气驱动涡轮推动发电机或机械设备的机械转动，这里可利用运动学、热力学等的基本原理说明微型燃气轮机内部的工作过程。
其中微型燃气轮机的改进主要集中在涡轮和压缩机的小型化和高效化方面。
通过采用导叶技术、叶片材料、空气进口方式等改进方案，压缩机效率得到了大幅度的提升。
二、微型燃气轮机的结构从整体结构上来看，微型燃气轮机也是由燃烧室、涡轮、压缩机、燃料供应系统、控制系统、轴承支撑、发电机和辅助设备等组成的。
在微型燃气轮机内部，气体进入燃烧室，燃料从燃气涡轮的后端进入燃烧室。
在燃烧室内部，气体燃烧并通过涡轮引导出去。
这就是流经转子的气体。
流入涡轮后，气体被压缩和加热，转子受到气体的冲击力受到推动。
微型燃气轮机与传统的燃气轮机的主要区别在于规模和通量。
微型燃气轮机的工作流量通常为100升/秒以下，轴功率通常小于30千瓦。
而整体低成本、小型化、高效化则是微型燃气轮机发展的重要方向。
三、微型燃气轮机的特点对比于传统的系统，微型燃气轮机要小很多，但也就更灵活。
以下是一些微型燃气轮机的特点：1. 体积小、重量轻微型燃气轮机通常以几千瓦的发电量作为设计，体积小，重量轻，可以灵活、方便地移动和运输。
燃气轮机原理与结构解析
图说燃气涡轮发动机的原理与结构曹连芃摘要：文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理；对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍；对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。
关键字：燃气涡轮发动机，燃气轮机，轴流式压气机，燃烧室，轴流式涡轮1. 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮机发动机（燃气轮机）的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。
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，见图1。
图1-走马灯与燃气涡轮燃气轮机属热机，空气是工作介质，空气中的氧气是助燃剂，燃料燃烧使空气膨胀做功，也就是燃料的化学能转变成机械能。
图2是一台燃气轮机原理模型剖面，通过它来了解燃气轮机的工作原理。
从外观看燃气轮机模型：整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口（燃气出口）。
燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。
图2-模型燃气轮机结构在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。
图3-燃气轮机工作过程在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子，如图4所示。
图4-燃气轮机转子燃烧室产生的高温膨胀气体是同时作用到涡轮叶片与压气机叶片上，如何保证涡轮带动压气机正向旋转呢，简单说涡轮叶片工作直径大于压气机出口处的叶片工作直径，涡轮叶片的面积也大于压气机出口处的叶片面积，这就初步保证在同一压力下涡轮的输出力矩大于压气机所需的力矩，当然更重要的是压气机叶片与涡轮叶片的良好空气动力学设计才能保证两者高效运行。
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。
燃气轮机原理及控制调节
图2－7 Ne－n 静态特性( PI 调节作用下)
在考虑并网机组的情况时, 首先应考虑大电网的 功率－频率静态特性(见图2－8中的实线所 示) 。当燃气轮发电机组并入大电网后，其转
速受电网频率的钳制，为恒定的频率值，一般 只有很小的波动。在不考虑频率ωe 扰动的前
提下，不需要考虑转速调节。对并入大电网的 机组进行功率调节，就是要在机组的Ne－n 静
1.4、温度控制系统
3、排气温度信号的处理
1.4、温度控制系统
4、温度控制基准
1.4、温度控制系统
压气机：级数：18级；压比（ISO）：16.5
1.4、温度控制系统
4、温度控制基准
图2－8
图2－11
图2－12
图2－13
图2－14
图2－15
图2－16
三、燃气轮机的IGV控制系统
动力涡轮转子总成 燃气发生器透平钻子总成
VP40(98)-013
Centaur 40单轴燃气轮机
透平箱体和喷嘴 排气阀
燃烧室外罩
卷轴结合
燃料喷嘴 压缩机转子 附属驱动
输出轴
透平排气扩容器和排气 集箱
透平转子 燃料歧管 压缩机扩容器 压缩机可变进口导叶
空气进口 主减速齿轮箱
VP40(98)-014
Centaur 40 压缩机 /机械驱动
• FSRN – FSRN0=（TNR-TNH）×KDrooop （2-1） • 式中FSRN——有差转速控制的输出FSR； • FSRN0——燃气轮机在额定转速下空载的FSR值（在这里作
为控制常数存入存储单元）； • KDroop——决定有差转速控制不等率的控制常数（调峰的燃
气轮机δ一般取4%）。
1000
燃气轮机工作原理
燃气轮机工作原理燃气轮机是一种利用高速旋转的气流来驱动涡轮机转子工作的热力机械设备。
它是一种将燃气能转化为机械能的动力装置，广泛应用于航空、发电、船舶等领域。
燃气轮机工作原理的了解对于工程师和操作人员来说至关重要，下面我们将详细介绍燃气轮机的工作原理。
首先，燃气轮机的工作原理可以分为三个基本过程，压缩、燃烧和膨胀。
在压缩过程中，空气被压缩并送入燃烧室，然后与燃料混合并燃烧，释放出高温高压的燃气。
最后，这些高温高压的燃气通过涡轮机转子膨胀，驱动涡轮机转子旋转，产生机械能。
其次，燃气轮机的压缩过程是通过压气机完成的。
压气机是由若干个叶片组成的转子，当转子旋转时，叶片将空气压缩并送入燃烧室。
在燃烧室中，燃料被喷入，并在高温高压的环境中燃烧，产生燃气。
这些燃气将通过高速喷射进入涡轮机转子，推动转子旋转。
最后，燃气轮机的膨胀过程是通过涡轮机完成的。
涡轮机转子被燃气推动旋转，产生机械能，驱动发电机或其他设备工作。
最后，燃气轮机的工作原理可以简单概括为“压缩、燃烧、膨胀”。
在实际应用中，燃气轮机通常与发电机相连，利用旋转的涡轮机转子产生的机械能驱动发电机发电。
燃气轮机具有结构简单、启动快速、响应灵活等优点，因此在发电厂、航空、船舶等领域得到广泛应用。
总之，燃气轮机是一种重要的动力装置，其工作原理的了解对于工程师和操作人员来说至关重要。
通过对燃气轮机的压缩、燃烧、膨胀过程的详细介绍，相信读者对燃气轮机的工作原理有了更深入的了解。
希望本文能够帮助读者更好地理解燃气轮机的工作原理，为相关领域的工程实践提供帮助。
9E燃机系统培训
第三章 9E燃机的运行
在停机后的一种正常冷机方式，燃机的正常冷 机可防止燃机大轴的弯曲，搁止及不平衡。燃 机在冷机的任何时候皆可以启动及带负荷。
根据GE规定，燃机停机后（正常或紧急），未 进行正常冷机时间在15分钟（最大）内，燃机 可按正常方式启动而不需进行冷机。若未进行 正常冷机在15分钟以上，48小时以内，燃机的 再次启动需再进行1至2小时的低速冷机后方可。 如果燃机停机后，完全未进行冷机，则应保持 燃机在静置转态保持48小时以上，方可再次启 动燃机而不会度燃机造成损坏，燃机在较长时 间的静置下，燃机大
IGV的作用：在起，停机过程中，低转速时， 控制进气角度（降低进气功角，
第一章 燃气轮机原理
功角过大，易引起叶背面进气气流旋转脱离， 压气机喘振），防止压气机喘振。
用在部分燃机负荷带联合循环中， 通过关小IGV角度，减小进气流量，提高燃机 排气温度，从而提高整体联合循环的热效率。
EGV的作用：用于将旋转的压气机排气气流导 向为径向的排气，保持燃烧的稳定。气流流速 （动能）的增加主要在动叶中完成，气流压力 的增加（增压）主要在静叶中完成。另外，从 压气机的第10级后抽气（4路）作为防喘放气 支路，从第4级后抽气（2路）一部分作为燃机 轴承密封空气；一小部分作为透平第三级护
第四章 9E燃机结构
压气机的每级均是一个带有叶片的独立轮 盘，各级轮盘通过沿圆周均匀分布的16根拉杆 螺栓轴向连接在一起，各级轮盘通过位于轮盘 中心附近凹凸槽径向定位，但轮缘处互不接触， 留有气隙，冷却轮盘；扭距的传递是通过螺栓 连接法兰的表面摩擦力完成的。各级轮盘和带 短轴的轮盘部分的外圆周，都具有拉削的槽隙， 动叶插入这些槽内并在槽的末端通过冲铆使动 叶轴向固定。在组装压气机转子时，应精选轮 盘的位置以减小转子的不平衡量，组装完成后， 进行压气机转子的动平衡。
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燃气轮机原理、结构及运行维护
2
课程目标
1 复述燃气轮机的基本原理和相关结论 2 陈述燃气轮机的基本结构和技术难点
3 说出燃气轮机的运行和检修的特点
3
目录
1. 燃气轮机的基本原理 2. 燃气轮机的基本结构 3. 燃气轮机的运行与维护 4. 燃气轮机技术的最新发展
4
目录
第一章 燃气轮机的基本原理
2，一定的温比条件下，存在 一个最佳压比，此时实际简 单循环的比功达到最大。
11
1.1 基本原理-实例
12
1.1 基本原理-措施
提高燃气轮机效率和比功的措施：
减少损失
最佳压比
提高效率
提高比功
提高温比、透 平效率、压气 机效率和燃烧 室效率，或是 减少机组各部 分的流阻损失， 都可以提高燃 气轮机热效率 和比功。
实际简单循环压容图和温熵图
9
1.1 基本原理-实际简单循环
实际循环中比功率lcs/cpTa 与τ和ε*的变化关系
实际循环中循环热效率 ηgt与τ和ε*的变化关系
10
1.1 基本原理-对比
理想简单循环
1，理想简单循环的比功与压 比和温比都有关系
2，理想简单循环的效率只与 压比有关。
实际简单循环
1，随着温比的增加，实际 简单循环比功和效率均有所 增加
18 312 39.3 470 59.5 1427* 597 730
SGT5-4000F(4) 环形 DLN 17.2 287 39.5 423 58.66 1343 590 672.5
9FB（03） DLN2.6+
18 295 38.6 455 59.3 1370 633.6 648.6
24
2.1 整体结构-引言
目前最先进的燃气轮机
型号 压气机压比（级数）
三菱 M701J
23（15级）
GE 9FB（05）
19.7（14级）
西门子 SGT5-8000H
19.2（13级）
透平入口温度（℃）
1600（静叶入口）
简单循环出力（MW）
460
330
375
单轴联合循环出力（MW）
670
510
578
联合循环效率（%）
61
60
16
1.2 叶轮机械原理-参数变化
气体流经压气机级的参数变化
17
1.2 叶轮机械原理-速度三角形
基元级速度三角形
C =w+u
18
1.2 叶轮机械原理-扭曲叶片
压气机基元级沿叶高的变化：
基元级叶栅形状和气流流入角沿叶高 不同，因此轴流压气机的工作轮叶片和导 流器叶片呈扭曲状。
19
1.2 叶轮机械原理-喘振
第二章 燃气轮机的基本结构
22
2.1 整体结构-引言
燃气轮机
23
2.1 整体结构-引言
国内目前引进最先进的燃气轮机
燃机型号 燃烧室形式
压比 燃机简单循环出力，MW
燃机简单循环效率，% 单轴联合循环出力，MW
单轴联合循环效率，% 透平进气温度，℃ 燃机排气温度，℃ 空气流量，kg/s
M701F4 环管形DLN
为了使机组的 热效率和比功 达到最大值， 还必须合理选 择最佳压比。
提高燃气轮机 机组热效率的 措施还有采用 回热循环和燃 气-蒸汽联合循 环的方案。
提高燃气轮机 机组比功的种 措施还有采用 间冷循环和再 热循环。
13
1.1 基本原理-影响因素
环境温度的影响
14
1.2 叶轮机械原理-引言
15
1.2 叶轮机械原理-对比介绍
绝热膨胀过程3→4s ：面积34sp1*p2*3就是透平膨胀做功
lts
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
cp (T3*
T4*)
c
pT3*
(1
1
m
)
等压放热过程 4s → 1：面积4s1s1s34s则是燃气排气耗能 q2 cp (T4* T1*)
面积34s12s3=面积34s p1*p2*3-面积12sp2*p1*1=lts-lys=lcslcs
c
pT1*
1
1
m
m
1
循环效率：c
lts lys q1
q1 q2 q1
1 q2 q1
1 1
m
8
1.1 基本原理-实际简单循环
由于：1）压气机的叶型损失、环端面损失及二次流损失；2）燃烧过程 中的滞止压力降低 ； 3）燃气透平中的型阻损失、端部损失、轮盘摩擦 损失、余速损失等 ； 4）透平的排气总压p4*要比大气压压力略高等。 透平的膨胀功lt减少了，而压气机的压缩功lys增大 ，对外界输出的实际循 环净功lcs=lts-lys 减少了，实际循环的循环效率减少。
透平与压气机的对比
能量转换： 叶栅通道： 流动过程： 级的构成： 叶型： 轮缘功： 工作环境： 级数： 多级流程： 效率：
透平
焓＝》机械能 收敛式 膨胀加速 静叶＋动叶 厚、弯度大 大 高温 少 扩展 单级：0.88-0.91 多级：0.91-0.94
压气机
机械能＝》压力势能＋热能 扩散式 扩压减速 动叶＋静叶 薄、弯度小 小 低温 多 缩小 单级：0.88-0.90 多级：0.83-0.87
理想简单循环压容图和温熵图
7
1.1 基本原理-理想简单循环
系数：m k -1
空气：k
k 1.4
压比： p2*
p1*
温比：
T3* T1*
绝热压缩过程1→2s：面积12sp2*p1*1就是绝热压缩耗功 lys cp (T2* T1*) cpT1*( m 1)
等压燃烧过程2s → 3：面积2s3s3s12s就是空气从外界吸入的热能 q1 cp (T3* T2*)
5
1.1 基本原理-引言
燃气轮机循环
• 理想循环：布雷顿 循环（Brayton） • 利用高温高压燃气在燃气轮机中膨胀做功，带动发电机
转动的动力循环装置。
6
1.1 基本原理-理想简单循环
燃料
2
压气机 1
透平
负载
3
4
理想简单循环四过程：
①绝热压缩过程 ②等压燃烧过程 ③绝热膨胀过程 ④等压放热过程
60.75
NOx排放（mg/Nm3） 启动时间（点火到FSNL）
25ppm 10-15min
30-50（ 25ppm）
6min
带负荷时间
从230MW到460MW仅 热态启动满负荷小 标准25分到375MW
需11.5min
于30min
快速 10分钟到375MW
25
2.1 整体结构-总体结构
压气机
燃烧室
气流进入叶片示意图
攻角：压气机在工作时，气流进入叶片的流入角β1一般情况下与叶片的几 何进口角β1k不相一致，它们的差值，称为攻角。
20
本章小结
➢ 基本理论的两点结论？ ➢ 大气温度的影响？ ➢ 叶片为何是扭曲的？ ➢ 喘振发生的机理？
对一个燃机联合循环电厂来说，采用进气冷却是否有用？
21
目录
透平