燃气轮机结构-涡轮
燃气轮机简介
西门子SIEMENS 燃气轮机 ❖ we
GE 燃气轮机
1、燃气轮机基本原理
❖ 地面燃气轮机旳评价参数：
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； 停机检验时间：4000~8000小时； 单位功率旳重量：重型旳一般不小于2～5kg/kW，轻型则
在1872瑞士人Stole取得了一种燃气轮机旳专利，他设计 旳燃气轮机涉及多级轴流式压气机、反动式涡轮、燃烧 室、回热器等部件。
1895年,美国人 Charles提出了完整旳燃气轮机旳设计专 利。
2、燃气轮机发展史
❖ 在1923年，法国人 Stolze制造了第一台“真正”
旳燃气轮机，而且进行了试验，但是成果却是失败 了。装置除了带动本身旋转外，几乎不能对外输出 功。 ❖ 同步，其他旳人也尝试制造燃气轮机，但是几乎都 失败了。 ❖ 失败旳主要原因有两个：
部件旳效率偏低（主要是压气机，当初旳压气机效率只有 60%左右）。
材料旳限制（没有耐热钢和冷却技术，涡轮前温度只有 740K左右，在后来旳学习中会发觉涡轮前温度循环效率旳 影响最大）。
2、燃气轮机发展史
❖ 到了20世纪30年代，因为空气动力学旳发展应用在 压气机设计领域，使得压气旳效率和压比均得到了 提升；同步冶金技术旳发展出现了耐热钢，能够承 受500~600摄氏度左右旳高温。为燃气轮机旳制造成 功提供了基本旳确保。
一、燃气轮机简介
1. 燃气轮机基本原理 2. 燃气轮机发展史 3. 燃气轮机旳特点 4. 燃气轮机旳应用 5. 发展前景
燃气轮机介绍
西门子 燃气轮机
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GE 燃气轮机
，
三菱燃气轮机
，
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
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。
燃气轮机基础知识.
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。燃气轮机在设计时就要保证涡轮 机输出的功率要大于压气机所需的功率，才能使燃气轮机在带动压气 机的同时还能向外输出功率。
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，从工作原 理上讲，主要有轴流式压气机与离心式压气机。离心式压气机工作原 理与离心式鼓风机（或离心式风筒）相同，用得较少，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，电风扇的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。 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，下 图一个13级压气机的转子,转子上的叶片与主轴一同旋转，称为动叶。 光有动叶还不能有效的压气，简单说，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。倘若这样一级级下去，压气机内的空气变成跟着转子旋 转的气团，根本无法正常压气。在每级动叶后每插入一级静止的叶片 （静叶），可改善这种状况。
六燃气轮机的油系统
燃气轮机润滑油系统是任何一台燃气轮机必备的一个重要的辅助 系统。它的作用是在机组启动、正常运行以及停机过程中，向正在运 行的燃气轮机发电机组的各个轴承、传动装置及其附属设备，供应数 量充足的、温度和压力合适的、干净的润滑油，以确保机组安全可靠 地运行，防止发生轴承烧毁、转子轴颈过热弯曲、高速齿轮法兰变形 等事故。此外，部份润滑油可能从系统分流出来，成为液压油系统的 油源，或经过滤后作为控制油系统的用油。整个润滑油系统的组成应 包括下列一些设备：
《燃气轮机》PPT课件
n 1s
p1 1
H2s 2s* H’2s
2s 2s’
Hu实际焓降 P2*
2*
2’*
p2
余速损失H c= c22/2
2
H r
s
三、涡轮级的能量损失
1、喷嘴损失 Hn
H n c 1 2 s2 c 1 2 ( 1 2 )c 2 1 2 s (1 2 1 )c 2 1 2
2、动叶损失 Hr 轮周损失
界无功的 交换
00 1d p1 2(c0 2c1 2)L R 1
c1>c0
01dp12(c12c02)LR1
压 能 绝 对 动 能
p0>p
1
⑵分析动叶栅(1-2)
转 减
压 动
增 喷
管 速
外界加
给气体
LT 12dp12(c12c22)LR2
c2<c1
(绝对坐标系）
的功
压能 动能 流 阻
L u u 1 c 1 u u 2 c 2 u
轴流式涡轮，设u1= u2= u
L u u ( c 1 u c 2 u )
cu wu L u u ( w 1 u w 2 u )
ucu
uwu
u(c1uc2u)
u(w 1uw 2u)
提高轮周功的途径
T>0
(1)un
取决于材料强度和技术要求
3 有效效率
——考虑外部损失Hm
eH H e s H H ismim
e* i*m
H e H i H m H u H H m H s ( n r c ) H H m
五、速度比对效率的影响
u轮周损失
(1流 ) 动 损 H n 失 H r叶栅效率
燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计与强度分析
燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计与强度分析引言燃气轮机是现代工业中广泛使用的一种能源转换装置，其核心部件是涡轮叶片。
涡轮叶片的优化设计和强度分析对于提高燃气轮机的性能和安全性至关重要。
本文将探讨燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计方法以及强度分析技术。
涡轮叶片结构优化设计在涡轮叶片结构的优化设计中，需要考虑的因素有很多，包括气动性能、材料强度和制造成本等。
其中，气动性能是最为关键的因素之一。
通过优化叶片的几何形状和叶片间距，可以改善叶片的流体动力学性能，提高燃气轮机的效率和功率输出。
同时，也需要考虑叶片的结构强度，以确保叶片在高速旋转的工作条件下不会发生破裂或失效。
为了实现涡轮叶片结构的优化设计，可以采用数值模拟和实验验证相结合的方法。
数值模拟可以通过计算流体力学（CFD）分析，预测叶片的气动性能。
在此基础上，可以使用优化算法对叶片的几何形状进行修改，以达到所需的气动性能指标。
同时，为了验证数值模拟结果的准确性，还需要进行实验验证。
实验可以通过风洞试验或实际燃气轮机测试来进行，以验证优化设计后的叶片在实际工况下的性能表现。
强度分析技术涡轮叶片在高速旋转的工作条件下，承受着巨大的离心力和气动载荷。
为了保证叶片的结构强度和安全性，需要进行强度分析。
传统的强度分析方法主要包括有限元分析（FEA）和应力试验。
有限元分析是一种数值计算方法，可以通过将叶片划分为许多小的有限元单元，在每个有限元内计算叶片的受力情况。
通过对有限元分析的结果进行评价，可以确定叶片在不同工况下的强度和变形情况。
然而，由于叶片结构的复杂性，有限元分析可能需要处理大量的网格单元，导致计算时间较长。
为了验证有限元分析的结果，应力试验是不可或缺的。
应力试验可以通过加载已制备好的叶片样品，测量叶片的变形和应力，从而判断叶片的强度是否满足设计要求。
然而，应力试验具有局限性，例如样品数量有限，无法考虑到叶片的实际工作环境等。
结语燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计和强度分析对于提高燃气轮机的性能和安全性具有重要作用。
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。
燃气轮机的原理与结构介绍
燃气轮机的原理与结构介绍燃气轮机是一种利用燃气燃烧产生高温高压气流，通过推动涡轮转动，进而驱动发电机或其他机械装置的热动力装置。
其工作原理主要包括燃气燃烧、能量转换和工作过程三个方面。
1.压缩机：压缩机是燃气轮机的核心部件之一，以提高压气机进气流动的动能，同时将气体压力提升至燃烧室所需的压力值。
压缩机通常由多级叶轮设计，叶片与壳体之间的间隙很小，以确保气流的紧凑状态。
气流在各级叶轮中加速，并在每个级别后面的导向叶片中改变流向，最终进入燃烧室。
2.燃烧室：燃烧室是将燃气和空气混合并进行燃烧的部分。
压缩机泵入的气体首先通过燃气轮机喷油器喷入燃烧室，混合燃气在点火器的点火下燃烧。
在燃烧的过程中，燃气内部的化学能被释放出来，产生高温高压的气流。
3.涡轮：涡轮是燃气轮机中的另一个关键部件，由高压涡轮和低压涡轮组成。
高温高压的燃气通过高压涡轮的叶片，使涡轮快速旋转。
旋转的涡轮通过轴向传递的力量，带动高速旋转的低压涡轮，最终推动轴线上的装置工作。
涡轮通常由高温合金材料制成，以保证在高温高压的环境下的耐磨、耐腐蚀性能。
4.排气系统：排气系统主要用于将燃气轮机的废气排放到大气中。
排气管在涡轮后面连接，将排放的废气引导出燃气轮机。
同时，排气管内部还设置了一些降温装置，以降低排气温度，减少对环境的污染。
1.压缩：压缩机将大量的空气吸入，通过多级叶轮的旋转将气体压缩成高压气体。
在此过程中，气体的体积减小，温度和压力增加。
2.燃烧：压缩后的高压气体进入燃烧室，在燃料的点火下燃烧。
这些燃烧物质会释放出大量的热能，将气体的温度提高到非常高的程度。
3.膨胀：高温高压的气体通过高温涡轮的叶片，使涡轮快速旋转。
涡轮通过轴向传递的力量带动低压涡轮旋转，同时提供给发电机或其他机械装置所需的动力。
4.排气：膨胀后的废气通过排气管排出，同时通过降温装置冷却后排放到大气中。
排气管内设有减震器和消声器，以减少噪音和震动对环境和设备的影响。
总而言之，燃气轮机利用压缩、燃烧、膨胀和排气等过程，将燃气燃烧产生的高温高压气体转化为机械能或电能。
燃气轮机涡轮组件的设计与性能优化
燃气轮机涡轮组件的设计与性能优化燃气轮机作为一种高效、可靠的能源转换设备，在航空、船舶、发电等领域被广泛应用。
而燃气轮机的核心组件之一就是涡轮组件。
涡轮组件的设计与性能优化，对燃气轮机的整体性能至关重要。
涡轮组件包括轮盘、转子、导叶等，其设计需要充分考虑气体流动、叶片受力、热力学性能等因素。
首先，涡轮组件的气流受阻情况对于燃气轮机的性能有着重要影响。
通过合理的流道设计，可以降低流动的分离和失速，提高气体的流通效率。
而在设计过程中，流道的形状、叶片的厚度、导叶的曲率等参数都需要精确考虑，以保证气流在涡轮组件内的流动速度和方向的合理分布。
此外，还可以采用涡轮组件内部的激励装置或改变叶片表面的形态，进一步减小气流的阻力，优化燃气轮机的气动性能。
其次，涡轮组件的叶片受力也是设计的关键。
在高温、高速气流的作用下，叶片要承受巨大的压力和转动力矩。
因此，合理选择叶片材料、优化叶片结构以增强其受力能力是设计中的重点。
一般而言，采用高温合金材料制作叶片可以提高其耐高温性能，增加使用寿命。
同时，在叶片的形态设计上，可以采用多层空腔结构，增加叶片的强度和刚度，提高其抗风险疲劳性能。
此外，还可以通过叶片前缘和后缘的形状优化，减小受力集中程度，进一步提高叶片的机械性能。
再次，涡轮组件的热力学性能对于燃气轮机整体热效率的提升也起到重要作用。
在高温气流的作用下，涡轮组件不可避免地会产生热应力和热失效。
因此，在设计涡轮组件时，需要综合考虑材料的热导率、热膨胀系数等热力学参数，以选择合适的材料。
一般而言，高温合金材料具有较低的热膨胀系数和较高的热导率，可以提高叶片的抗热应力和散热能力，从而减小热失效的可能性。
此外，还可以通过涂层技术提高叶片表面的保护性能，减少高温热应力的作用。
最后，值得一提的是，涡轮组件的设计与性能优化是一个相对复杂的工程问题，在实践中需要借助计算机模拟和实验研究来辅助完成。
计算流体力学（CFD）是一种常用的研究工具，可以通过数值模拟来预测气流的流动和叶片的受力情况。
燃气轮机和涡轮机的关系
燃气轮机和涡轮机的关系燃气轮机和涡轮机都属于热力机械，都是通过外界能量源（如燃烧燃料）转化为机械能的装置。
它们之间存在着密切的关系，可以说燃气轮机是涡轮机的一种。
我们先了解一下涡轮机。
涡轮机是一种利用流体动能驱动转子旋转的机械装置。
它由定子和转子两部分组成，其中转子通过叶片与流体作用，从而转动起来。
涡轮机广泛应用于航空、船舶、发电等领域，如飞机的涡轮发动机、汽轮机等。
而燃气轮机则是一种利用燃气燃烧产生高温高压气流驱动涡轮旋转的机械装置。
它的工作原理是通过燃气与空气的混合燃烧产生高温高压气流，然后将这个气流喷入涡轮机中，使涡轮旋转。
涡轮的旋转通过轴将动能传递给负载，如发电机或涡扇发动机的风扇。
从上述描述可以看出，燃气轮机和涡轮机的关系是燃气轮机是一种特殊的涡轮机。
燃气轮机的工作原理和涡轮机基本相同，都是通过流体动能驱动转子旋转。
不同的是，燃气轮机是利用燃气燃烧产生的高温高压气流驱动涡轮旋转，而其他涡轮机则可以通过不同的能源，如水力、蒸汽等来驱动涡轮旋转。
燃气轮机的优点主要体现在高效率、高功率和快速启动等方面。
燃气轮机可以在较短的时间内启动并达到额定功率，适用于紧急发电或需要快速启动的场合。
而且燃气轮机的热效率较高，可达到40%以上，远高于其他火力发电设备。
此外，燃气轮机还具有灵活性强、响应速度快等特点，适用于多种应用场景。
然而，燃气轮机也存在一些限制和挑战。
燃气轮机的制造和维护成本较高，需要使用高温合金材料和精密制造技术。
此外，燃气轮机在低负载情况下效率较低，燃烧产生的高温气流对轴承和涡轮叶片等部件会产生较大的热应力，导致寿命减少。
燃气轮机和涡轮机的关系是燃气轮机是涡轮机的一种。
燃气轮机利用燃气燃烧产生的高温高压气流驱动涡轮旋转，从而将燃气的能量转化为机械能。
燃气轮机具有高效率、高功率和快速启动等优点，但也面临着制造和维护成本高以及低负载效率低等挑战。
随着科技的进步和应用领域的拓展，燃气轮机和涡轮机的发展前景将更加广阔。
燃气轮机-涡轮
动叶的速度系数 0.93 ~ 0.95
反动度ρT H2s / Hs 0.05 ~ 0.5
冲动式 T=0
w2 = w1
若不考虑损失， =1， w2=w1
动叶出口的绝对速度c2
由速度三角形求得
c2 = w2 + u2
c2 w u2 2u2 w2 cos 2
2 2 2
涡轮中的能量转换过程主要是 在动叶栅中气流的转向来实现的。
涡轮级中燃气参数的变化
喷嘴
叶轮
1、冲动式涡轮
燃气只在喷嘴中膨胀加速，进入动叶栅中不 再膨胀； 依靠高速气流产生对动叶的冲击力来使叶轮 旋转作功。 工作叶片进出口气流的压力和相对速度几乎 不变，即
P1p2，w1 w2
工作动叶片的通道一般是等截面的。
预旋c1u很小 ，而c2u较大 则c2u和u一起决定L的数值。
T=0.5基元级的速度三角形
假设：c2x= c1x u1= u2= u 进出口速度
c1 1 u
w1 1
2
c2 u
w2 2
关于轴对称
c 1= w 2
1= 2
w1= c2
1= 2
大小相等 方向相反
T=0 冲动式基元级的速度三角形
p* 0 ：喷嘴中气体的膨胀比 p1Leabharlann 理想情况下：临界压比
* p* p 当 0 ( 0 )cr 时，亚音速，收缩喷嘴 p1 p1
* p* p 当 0 ( 0 )cr 时，达到超音速，缩放 喷嘴 p1 p1
* p* p 当 0 ( 0 )cr 时，音速，临界截面 (喷嘴喉部 ) p1 p1
假设：c2x= c1x u1= u2= u 相对速度w1、w2
燃气轮机原理与结构解析
燃气轮机原理与结构解析
燃气轮机是一种利用化学能转换为机械能的热能动力机械。
其原理是将燃气燃烧在高温下，使燃气中的化学能转化为热能，然后将热能转化为动能，推动机械运转。
燃气轮机的结构主要包括压气机、燃烧室和涡轮。
压气机主要作用是将空气压缩，形成高压气体；燃烧室通过燃烧燃料和高压空气生成高温高压燃气；涡轮则通过高温高压燃气的喷射来推动涡轮转动。
燃气轮机的工作原理是空气经过压气机的压缩后进入燃烧室，然后与燃料混合并点燃，产生高温高压燃气。
这些高温高压燃气通过喷嘴喷射到涡轮的叶片上，使涡轮转动。
涡轮的转动带动轴上的发电机或机械装置转动，从而产生机械能或电能。
燃气轮机的优点之一是其高效性能。
燃气轮机的压气机和涡轮都可以达到高转速，这使得燃气轮机的功率密度较大；同时，燃气轮机利用了燃气的化学能直接转为机械能，减少了能量损失，提高了能源利用率。
此外，燃气轮机的启动时间较短，响应速度快，可以快速启动并达到额定工作状态。
同时，燃气轮机的适应性强，可以燃烧多种燃气，如天然气、液化石油气等，具有较高的燃烧效率。
然而，燃气轮机也存在一些不足之处。
由于燃气轮机的工作温度高，需要使用高温合金等特殊材料，造成材料成本较高；同时，燃气轮机的尾气中含有大量的热能未被利用，造成能量浪费；此外，燃气轮机的振动和噪音较大，对周围环境和使用者造成一定的干扰。
总的来说，燃气轮机是一种高效、快速启动且适应性强的热能动力机械，其原理是将燃气的化学能转化为热能再转化为机械能。
其结构主要包
括压气机、燃烧室和涡轮。
虽然燃气轮机存在一些不足，但其优点仍然使其成为一种重要的能源转换装置。
燃气轮机涡轮结构描述
后支架又称为涡轮后机匣，前安装边与动力涡轮静子机匣相联接，后安装边与排气涡壳联接。后支架也是整体传力元件，主要由内座圈、外壳体和联接二者的整流支板组成，内座圈处安装后轴承组合件。
冷却，所有冷却空气最后都由叶尖排出。
燃气发生器涡轮转子的前轴、隔板、热屏蔽、后轴、轮盘等部件通过短螺栓联接，形成刚性很好的可拆卸转子结构。
b、 动力涡轮
LM2500燃气轮机的动力涡轮来自于TF39涡轮风扇发动机带动风扇的低压涡轮，在进行舰用化改装时，动力涡轮的进口温度明显下降，是一种典型的低负荷设计，级数达到了6级，以获得较高的效率(设计工况效率达92.5%)和良好的变工况特性。为适应高效率要求，在结构上使用了带冠工作叶片。静子机匣内壁采用了具有蜂窝结构可容损材料制成的衬里，减小了泄漏。因为级数多，采用了两端支承结构，设置了两个专门的承力支承部件——前支架和后支架。
涡轮转子和两级涡轮叶片均由压气机排出的空气进行冷却。气流通过第1级导向器支承和涡轮轴前的孔引入。空气首先冷却转子内部和两个盘端，然后经过成对叶榫间的通路进入叶片。第1级涡轮转子叶片由内部对流和外部冷却气膜进行冷却，第2级叶片只使用对流方式进行
通用电气公司并没有满足于在LM2500+上获得的成功，为了最大限度的榨取LM2500这个年近40的老翁的潜力，在2005年开始对新一代的LM2500+G4进行了试验，最大功率达到了47370马力，效率进一步提高到39.3%。LM2500+G4燃气轮机现已正式投放市场，为通用电气公司逐鹿世界燃气轮机市场尽最后一份努力。
燃气轮机工作原理
燃气轮机工作原理燃气轮机是一种以燃料燃烧产生的高温高压气体作为工作介质，通过压缩、燃烧和膨胀，转化为机械能的装置。
它广泛应用于发电、航空、船舶和工业领域，具有高效率、快速启停和环保的特点。
本文将介绍燃气轮机的工作原理，包括其主要组成部分和工作过程。
组成部分燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮和逆止器等组成。
压气机压气机是燃气轮机的核心部件之一，它负责将空气压缩，提高气压和温度。
压气机通常由多个级别的转子和定子组成，每个级别的转子和定子叶片逐级将气体压缩。
燃烧室燃烧室是将燃料和压缩空气进行混合并燃烧的部分。
在燃烧室中，燃料喷射进入压缩空气中，在点火的作用下燃烧，产生高温高压气体。
同时，燃烧还会释放出能量，用于推动涡轮。
涡轮是燃气轮机的另一个关键部件，它由压气机和燃烧室产生的高温高压气体推动，转动涡轮叶片。
涡轮与压气机共轴连接，通过传动轴将转动的动能传递给压气机，实现空气的压缩。
逆止器逆止器是燃气轮机的辅助设备，其作用是改变气流的方向。
在燃气轮机的启停和调速过程中，逆止器可以控制气流的流动，使燃气轮机能够快速启停和调整负载。
工作过程燃气轮机的工作过程可以分为压缩、燃烧和膨胀三个阶段。
压缩在压缩阶段，空气通过压气机逐级压缩。
压缩过程中，气体的压力和温度升高，同时体积减小。
通过不断提高空气的压力和温度，为后续的燃烧提供条件。
在燃烧室中，燃料被喷射到压缩空气中，通过点火燃烧产生高温高压气体。
燃料和空气的混合比例和点火的时机对燃气轮机的性能有重要影响。
燃烧过程中释放的热量会使气体的温度和压力进一步升高。
膨胀在膨胀阶段，高温高压气体通过涡轮推动涡轮叶片旋转，同时给压气机提供动力。
涡轮叶片的旋转转动涡轮轴，带动压气机的转动，实现空气的压缩。
涡轮叶片膨胀后的气体压力下降，温度也相应降低。
通过循环进行压缩、燃烧和膨胀的过程，燃气轮机将燃料的化学能转化为机械能，驱动机械设备实现各种动力需求。
应用领域燃气轮机广泛应用于不同领域，包括发电、航空、船舶和工业等。
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。
GT燃气轮机
28670
热效率，％
36
在27 ℃、 1.013 bar 、2 kPa、3 kPa条件下的性能
额定功率，kW
24260
热效率，％
34.25
进口空气流量，kg/s
83
动力涡轮转速，r/min
3270
低压涡轮出口燃气温度，℃ ≤800
结构特点
循环 轴数 压气机
型式 转子数 高压级数 低压级数
水冷
结构特点
燃油系统
型式
油泵 燃料
电液调节式 齿轮泵 轻柴油 –10#/GJB3075-97
结构特点
起动系统
型式
起动机数量 平均功率 峰值功率 电压 频率
电动式 3 210 kW 410 kW
380 V
50 Hz
工作原理
通过交流起动电机带动低压转子起动发动机; 空气经过进气装置吸入低压压气机、压缩，然后进
概述
组成（图1） ：进气挠性接头、引气挠性
接头、燃气轮机本体、排气挠性接头、弹性 轴保护罩、减振器、限位器、箱体和底架、 排气管、弹性轴、辅助系统、机旁电子监控 装置、备品备件和工具等。
图1 GT25000燃气轮机
1-进气挠性接头 2－ 引气挠性见接头 3－燃气轮机本体
5－弹性轴保护罩 6－减振器 7－底架
为保证低压压气机在工况运行和起动时的工作稳定 性，低压压气机共有三列可转导向叶片：进口可转 导向叶片7、零级可转导向叶片9和一级可转导向叶 片11，通过联动机构根据高压压气机出口空气静压 同步转动。为增加低压压气机在低工况的稳定裕度， 在零级采用了防失速装置8，并在六级后安装了两 个放气阀17。
高压压气机
概述
箱体部分由底架、发动机支撑、主框 架、检修门、 可拆卸侧壁板、顶板、 进气室、通风与加热系统、灭火系统 和照明系统等组成。
燃气轮机 概念
燃气轮机概念燃气轮机是一种先进的动力装置，广泛应用于电力、交通、工业等领域。
它是一种热力发动机，利用燃料燃烧产生的热能转化为机械能，从而驱动发电机或其他机械装置。
1.工作原理燃气轮机的工作原理基于牛顿第三定律，即作用力和反作用力大小相等、方向相反。
燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮和废气排放系统组成。
燃料在燃烧室中燃烧，产生高温高压气体，气体经过压气机压缩后进入涡轮，推动涡轮旋转，从而驱动发电机或其他机械装置。
废气排放系统将废气排出，完成一个工作循环。
2.燃气轮机系列燃气轮机按照功率、用途、工作介质等因素可分为多种系列，如航空燃气轮机、工业燃气轮机和电力燃气轮机等。
不同系列的燃气轮机用途和特点也不同。
例如，航空燃气轮机主要用于航空领域，要求体积小、重量轻、功率大；工业燃气轮机主要用于工业领域，要求可靠性高、维护成本低；电力燃气轮机主要用于电力领域，要求供电稳定、环保性能好。
3.压气机压气机是燃气轮机的重要组成部分，主要作用是压缩进入燃烧室的气体，提高气体压力和密度，为燃烧提供更好的条件。
压气机一般由转子、定子和叶片组成，转子负责旋转，定子负责固定，叶片则安装在转子上，通过形状和空气动力学设计，将气体吸入压气机内并提高其压力和密度。
4.燃烧室燃烧室是燃气轮机的核心部分，主要作用是燃料和空气混合、点燃燃料、产生高温高压气体。
燃烧室一般由进气道、喷嘴、燃烧盘和尾喷口组成。
进气道负责将空气吸入燃烧室内，喷嘴负责将燃料喷入燃烧室内，燃烧盘负责混合和点燃燃料，尾喷口则负责将燃烧产生的气体排出。
5.涡轮涡轮是燃气轮机的输出部分，主要作用是将高温高压气体的热能转化为机械能。
涡轮一般由叶片、转子和输出轴组成。
高温高压气体进入涡轮后，推动叶片旋转，从而驱动转子旋转，最终将机械能输出到输出轴上。
6.废气排放废气排放系统是燃气轮机的排泄部分，主要作用是将废气排出，完成一个工作循环。
废气排放系统一般由排气管道和消声器组成。
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第四章涡轮
涡轮概述
一:涡轮功用
把来自燃烧室的高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功，用以带动压气机、附件和外负荷。
二：按燃气流动方向分类
轴流式径流式（离心式、向心式）
三：涡轮工作条件
高温、高转速、频繁剧烈热冲击、不均匀加热及由于转子不平衡和燃气压力、流量脉动造成的不平衡负荷的作用。
四：船舶燃气轮机涡轮
船舶燃气轮机多应用轴流式涡轮。
其特点是功率大、燃气温度高、转速高、效率高。
燃气发生器涡轮（增压涡轮）：用来带动压气机和附件；
动力涡轮：用来带动减速器-螺旋桨或其他负荷，输出功率
五：涡轮通流形式
平的
扩张型：等中径通流等内径通流等外径通流
涡轮转子
一：涡轮转子组成
涡轮盘、涡轮轴、工作叶片、连接零件
二：盘与轴的连接
1.不可拆卸式结构：销钉连接整体结构或焊接
2.可拆卸式结构：螺钉连接短螺栓连接
三：盘与盘的连接
盘与盘地连接也分为不可拆卸和可拆卸两种结构，如下为典型连接：
不可拆卸式的径向销钉连接用长螺栓连接的可拆卸结构用短螺栓连接的可拆卸结构四：工作叶片及其与轮盘的连接
1：工作叶片工作环境：
离心力、气动力、振动负荷、受到燃气腐蚀、冷热疲劳
第一级工作叶片工作条件最恶劣，决定燃气初温选择，直接影响燃气轮机性能和可靠性
2：工作叶片组成
叶身、中间叶根、榫头（有些叶尖带有叶冠）
3：中间叶根作用
可以减少向轮盘传热，改善榫头应力分布不均匀；可以通冷却空气，降温，减少热应力，减轻轮盘质量。
4：榫头
叶片用枞树形榫头连接，承受负荷、离心力大、高温下工作。
故需满足：a.允许榫头受热后自由膨胀 b.传热性能好，叶片热量容易带走5：工作叶片的固定：
涡轮静子
一：涡轮静子组成
涡轮外环、导向器、涡轮支撑、传力系统
二：涡轮机匣
1：结构特点
一般采用整体式，且采用与燃机轴线垂直的分开面，将外环分成几部分
也有用于纵向剖分面的分开式结构的机匣，但多用于多级涡轮的情况
: 2：径向周向定位
通常采用圆柱表面实施，也有用几个不等距的精密配合的销钉作为定位件，再用精配螺栓附加定位
1：涡轮径向间隙
定义：涡轮机匣与工作叶片叶尖之间的距离
2：影响径向间隙的因素
机匣受热膨胀及不均匀变形
高温工作时引起的转子和机匣的蠕变
转子和静由离心力和热膨胀而引起的叶片和轮盘的伸长
子偏心度、轴向角偏转及椭圆和翘曲变形
结构形式所带来的工作中径向间隙变化
3：减小径向间隙的措施
减小装配间隙采用双层机匣采用主动间隙控制技术
四：涡轮导向器
1：涡轮导向器组成
内、外环导向器叶片
2：涡轮导向器功用
使燃气的部分热能转换为动能，并使燃气以一定的方向进入工作叶片3：涡轮导向器工作环境
工作条件十分恶劣温度高，尤其第1级导向器
导向器各零部件受热不均匀，最易烧伤。
高温燃气对叶片有强烈的氧化腐蚀作用；极易产生疲劳裂纹
承受燃气的气体力、气流脉动造成的振动负荷
4：第一级导向器共同点：
叶片不做燃机承力件，仅承受燃气的气动负荷，叶片自由安装在导向器内外环间；
导向器做成可拆分结构；
由于第一级导向器可做成双支点结构，有利于保证导向器具有较好的刚性；
排气面积必须可以调节。
1：冷却目的
提高燃气初温可采用廉价材料
使零件内温度均匀，减小零件热应力
形成气膜，减少受热并避免燃气对零件腐蚀
2：涡轮盘的冷却
（1）空气沿涡轮盘侧面径向吹风冷却
（2）空气流过叶片根部或榫头的装配间隙吹风冷却沿涡轮盘侧面径向吹风冷却
3：涡轮叶片的冷却
（1）对流冷却：将冷却空气引入叶身，通过对流冷却
（2）喷射（冲击）式冷却：一股或多股冷空气射流对着被冷却表面喷射，增强冷却效果
（3）气膜冷却：冷却空气从叶片表面上的小孔流出，在叶片表面处形成一层空气气膜
（4）发散冷却：空心叶片用疏松多孔透气的材料制成或采用先进工艺方法在叶片壁面加工出小孔，冷却空气从叶片壁面上无数的小孔或微孔流出在叶片表面处形
成一层空气气膜
动力涡轮
一：动力涡轮特点
①考虑到螺旋桨推进效率、低噪声、简化齿轮传动装置、提高传动的可靠性，采用低转
速
②级数通常设计成2级或3级（考虑因素：1.支撑2.效率与成本3.发展4.用途）
③进口燃气温度和压力等参数不是独立选择的，取决于燃气发生器的温度。
各级焓降较
低。
④通流形式采用等内径的较多。
等中径的也有采用。
只有LM2500采用等外径
⑤通常设计成长寿命的、也时常设计成有一定通用性的
二：动力涡轮结构
1：动力涡轮进口机匣
由空心支板连成一体的内外壳体组成
2：动力涡轮静子和转子
静子：机匣（可沿水平中分面分开)
静子叶片
转子：工作叶片、轮盘、端轴、主轴
3：轴承和轴承座
4：轴承：前轴承、后轴承、推力轴承
5：轴承座
向心涡轮简介
1：向心式涡轮
燃气沿径向流入静子，而沿轴向离开转子。
燃气流在相对长而窄的转子通流中转弯。
2：组成
机匣、静子（喷嘴）、转子（叶轮）、排气管
3：向心式涡轮优点及应用
向心式涡轮结构紧凑，制造工艺简单，造价低廉，在流量较小的设计条件下，仍可获得较高效率的优点。
应用：中小功率燃气轮机动力装置、柴油机废气涡轮增压器、制冷装置和天然气液化。