燃气轮机的结构
燃气轮机结构-燃烧室
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。
燃气轮机的整体结构特点PPT课件
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§6.3.2 支架的型式
1、弹性板支承
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§6.3.2 支架的型式
2、支座支承
燃气轮机的两端都用支座支承时，支座位于机组两 侧，一般有四个支座。
支座支承的气缸下半部靠近水平中分面处有专门的 支承面，支座就支承在该处。支承面能够滑动，以 便气缸能自由热膨胀。故支承面处的固紧螺栓孔要 比螺栓直径大，螺栓也不宜固紧，只是设法把螺栓 锁住使机组被可靠地定位。对位于机组冷端的支座， 当机组死点也在该处时，可把支承面螺栓囤紧。
§6.2.1 转子的支承方式
悬臂支承: 主要用于小功率燃气轮机
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§6.2.1 转子的支承方式
与双支点外伸支承的转子相比较，三支点支
承转子的刚性好，有利于压气机后几级采用较小 的径向间隙，但多了一个轴承使结构复杂了不少， 且三个轴承同心度的偏差对转子临界转速也有影 响，因此对同心度的要求高，这给机组安装、调 整及检修带来极大不便，也影响运行的稳定性， 这是一种过渡性的设计。
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§6.1 燃气轮机的整体布置
当发电机由温度变化较小的压气机端驱动（冷 端输出），机组工作时轴系中心稳定；透平排 气采用轴向排气方式，易于与余热锅炉组合连 接，且烟气流动阻力小，循环效率高。但冷端 驱动机组的压气机传递的扭矩大，转子强度要 求高。冷端输出方式普遍用于Siemens KWU、 Siemens WH、Alstom的重型燃气轮机，GE公 司近年推出的F、FA、H系列燃气轮机也采用这 种方式。
采用透平排气端连接发电机的方式通常叫做热 端输出，如GE公司的MS6001B、MS9001E系 列燃气轮机采用。
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。
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。
燃气轮机结构PPT课件
图3-33 DLN燃烧室的一个火焰筒示意图
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2）催化燃烧
其基本思想是在燃烧室的适当部位引入催化燃烧组件（模 块），催化燃烧的特性是具有“化学恒温作用”。这种组件实 际上是由金属薄片衬底构成的蜂窝结构，衬底上涂敷催化剂， 可燃混合物通过时与催化剂有很大的接触面积。
催化剂组件由多个截面区域组成，每个区域具有专门的功能， 以达到特定的燃烧温度，因此不论可燃混合物浓度如何，即使 燃料-空气比很高，在催化剂组件中进行无焰燃烧时也可以控制 在较低的反应温度，从而将NOx的产生控制在极低的水平。
图 6 发散冷却叶片与表面温度
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图 7 多排冲击和气膜冷却的综合冷却静叶
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图 8 采用冷却技术后，典型的静叶出口温度与叶片温度
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Xgl：冷却空气系数 Xgl=GL/Ga
这里 GL为从压气机抽出用于冷却燃气透平叶片空气量 Ga为进入燃气轮机压气机的流量
燃气轮机初温越高 所需冷却空气流量越大，冷却空气系数越大
1、对流冷却
冷却空气流经叶片内部流道后，自叶片的—端或出气边排出至主燃气流中， 空气靠与叶片内部通道壁面的对流放热来冷却叶片，因而称为对流冷却。
图2 板料焊接的对流冷却静叶片
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图 3 板料焊接的对流冷却动叶片
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图 4 冷却叶片自叶顶排出的动叶
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2 冲击冷却
在空心的叶片内部加一导管，导管上开有许多小孔，冷却空气先流入导管，再 从导管上的小孔流出去冷却叶片。下图为一有冲击冷却的静叶导管上开的一排小 孔正对着片进气边内表面，冷却空气自小孔流出直接冲击进气边内表面进行冷却， 故称冲击冷却。
图 5 有冲击冷却的静叶
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3、气膜冷却 冷却空气从空心叶片顺着燃气流动方向流出，在叶片表面形成
汽轮机工作原理__结构
汽轮机工作原理和结构1汽轮机工作原理汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。
在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。
如图1所示。
高速汽流流经动叶片3时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮2旋转做功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械图1冲动式汽轮机工作原理图1-轴；2-叶轮；3-动叶片；4-喷嘴2汽轮机结构汽轮机主要由转动部分（转子）和固定部分（静体或静子）组成。
转动部分包括叶栅、叶轮或转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。
固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套（或静叶持环）、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。
套装转子的结构如图2所示。
套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套（过盈配合）在主轴上，并用键传递力矩。
图2套装转子结构1-油封环2-油封套3-轴4-动叶槽5-叶轮6-平衡槽汽轮机主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。
为了保证汽轮机正常工作，需配置必要的附属设备，如管道、阀门、凝汽器等，汽轮机及其附属设备的组合称为汽轮机设备。
图3为汽轮机设备组成图。
来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。
由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。
做完功的蒸汽称为乏汽，从排汽口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水，此凝结水由凝结水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环。
为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保护较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。
由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。
若任空气在凝汽器内积累，凝汽器内压力必然会升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有用功，同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化，这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将凝汽器壳侧的空气抽出。
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。
燃气轮机结构(1)
顶轴油管 进油口
燃气轮机结构(1)
出油口
1号轴承座的上半是一个独立的铸件用螺栓和直销固定在 轴承座的下半。
燃气轮机结构(1)
在1号轴承盖上共有4个探针和一个震动指示器，分别是检测 轴振的2个轴振探针（39VS-11、39VS-12），2个轴向位移探 针（96VC-11、96VC-12），检测瓦振的震动指示器（39V1A/1B）。
燃气轮机结构(1)
推力轴承由一个推力盘和轴承的静止部件组成。推力轴承 用来承受燃气轮机在转动时形成的推力负荷，把转子轴向位 移固定在长度为0.012英寸的范围内。在燃气轮机正常运行过 程中，转子的推力负荷是向排气方向的，在启动和停机过程 中，推力负荷的方向通常相反。因此为了承受两个方向的力 ，推力轴承是两个。承受正常运行中推力负荷方向的为主推 力轴承，相反方向的为副推力轴承。轴向位移达到0.025英寸 机组报警，达到0.030英寸机组跳机。
9FA燃机整体尺寸：10.5*5*5（m），重约 290吨。本体包括：进气缸、压气机缸、压气 机排气缸、透平缸、透平排气缸。轴承及轴 承座包括在进气缸和透平排气缸里，共有2个 轴承，机组底座通过4个支撑和机组相连。压 气机18级，燃气透平3级，转子为分布拉杆式 转子，其首级叶顶圆周方向线速度为390m/s ，压气机最大叶顶直径为2480mm；压气机动 静叶片均为扭叶片，动叶全部为燕燃气尾轮机结型构(1叶) 根
万众吉利热电的燃气轮机
目前，咱们公司燃机机组有意向的是美国GE公司生产 的PG9371FB03型和上海电气生产的STG-4000F(4)型燃气轮 机。9FB型燃气轮机在结构、体积上和9FA型燃气轮机极为 相似，是在9FA型燃气轮机基础上的改进型。所以我就9FA 的一些特点和大家一起学习一下。
9F燃气轮机本体结构详细介绍
〔6〕利用发电机作为启动马达，为此需要配置一套变频设备。 〔7〕PG9351(FA)型联合循环燃气轮机电站的布置图如下图。
四、主要系统介绍
1、雾化空气系统 〔1〕MS9001E
雾化空气系统的目的是将燃油滴分裂成特别小的微滴。这些变成微滴 的燃油可以快速、完全地燃烧。这种方式仅在燃烧室的喷嘴出口处完成， 为到达此目的，燃油在喷出燃油喷嘴后与雾化空气喷射器喷出的气流相 混合。不同的燃油被雾化成不同性能的燃油滴。燃油粘度增加，雾化的 难度也增加。
系统说明：
压气机排气中的一局部通过一手动碟阀HV018引至雾化空气预冷器， 该 预 冷 器 空 气 出 口 温 度 由 温 控 三 通 阀 VA32-2 掌 握 。 出 口 温 度 维 持 在 107℃〔 正 常 、 温 态 下 运 行 〕 ， 三 个 温 度 开 关 〔26AA-1A,26AA1B,26AA-2〕 避 开 压 缩 机 及 下 游 部 件 因 高 温 空 气 受 损 。 26AA1A,26AA-1B装在压缩机进口前，动作值为135℃；26AA-2位于压缩机 出口，动作值191℃。任一开关探测到温度高于定值即报警，三个开关中 的两个动作燃机遮断。
热天空气湿度大，经压缩后有分散水的可能。为此特地设置了假设干 连续排污口，消退可能进入到雾化空气或清吹空气回路的分散水。全部 排污经AA7接口排解雾化空气站。
进口滤网利用可更换滤芯吸取可能进入压缩机中的颗粒、杂质，爱护 压缩机。装有压差开关63AF-1。
冷却并经过滤的空气进入雾化空气压缩机〔燃机运行时，始终保持一 台 运 行 〕 。 差 压 开 关 63AD-1A,63AD-2A,63AD-2B〔 定 值 15PSI〕 监 视雾化空气压差。一个压差开关动作时仅报警，三个中的两个开关动作 时，现运行的泵停顿，备泵启动。就地还装有压差表计用于就地监视， 包括弹簧隔离阀和试验阀。
燃气轮机课件(正式版本)
驱逐舰采用4台 机机组的发电量约 由一台1500kw燃
GT25000燃气轮机, 占3%。
气轮机驱动。
单台功率28670kw。
1.4 燃气轮机的优点
功率 密度 • 功大率 密度 是内 燃机 的三 倍， 汽轮
启动 速度 • 工快业
水电 消耗 • 燃少气
自动 化程 •度控高制
清洁 •环使保用
燃气 轮机 系统 最新
• 清洗压气机 • 通风冷却 • 清洁进气
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3.2燃气轮机的控制系统
控制系统
触摸屏
3.3燃气轮机的润滑系统
19
3.3燃气轮机的润滑系统
20
3.3燃气轮机的润滑系统
油过滤器
轴承供油
3.4燃气轮机的启动系统 启动电机
3.5燃气轮机的燃料系统 启动电机
目录
01
燃气轮机概述
02
燃气轮机的结构
轮机指的
烧后产生的
轮高机温一高般压称连为 透续平流机动，的是气将 流体介体质中蕴
是设备 有的能量与机
械能相互转换
的转动机器。 1
1.1燃气轮机的定义
透平的动静叶
透平的动叶片 配合
1.2燃气轮机的用途
发电
舰船
燃机的用途
车辆
飞机
泵与风机
3
1.3燃气轮机的用途
国产最先进的055 2018年中国燃气轮 美国主战坦克M1
1.5 燃气轮机的工作原理：布雷登循环
1.5 燃气轮机的工作原理：布雷登循环
➢ 燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因 素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著 提高。
➢ 压气机(即压缩机)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
燃气轮机结构原理及影响因素与相关解决办法
燃气轮机1.燃气轮机简述燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质，把热能转换为机械功的旋转式动力机械，包括压气机、加热工质的设备（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备等。
其中，压气机、燃烧室和透平为燃气轮机的三大部件。
燃气轮机动力装置是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力（例如：电能、机械能或热能）所必需的基本设备。
为了保证整个装置的正常运行，除了主机三大部件外，还应根据不同情况配置控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。
燃气轮机从负荷情况上划分可分为重型和轻型两类。
一般工业上用于拖动发电机组发电，或用于机械驱动的燃气轮机都是重型燃气轮机；而用于飞机发动机的燃气轮机为轻型燃气轮机。
从结构上划分，燃气轮机可分为单轴、双轴和多轴燃气轮机。
单轴燃气轮机因其压气机、透平与负载共轴，负载的转速变化规律直接影响压气机转速，使吸入压气机的空气量发生变化，甚至使压气机喘振而发生事故。
为了使负载变化规律对压气机转速的影响降低到最小程度，即负载变化规律不直接影响压气机的转速，负载转速的变化规律只能通过内部气体工质的工作过程来间接影响压气机的工况，人们设法使压气机与负载不共轴，因而产生了双轴和多轴燃气轮机。
由上可见，在实际选型时，选用单轴、双轴还是多轴燃气轮机，取决于系统中负载的变化情况。
当系统负载变化不大时，一般选用单轴燃气轮机，如大型火力发电厂用于拖动发电机的燃气轮机；当系统负荷变化较大时，可视其具体情况选用双轴或多轴燃气轮机，如石油化工工业上用于机械驱动的燃气轮机。
2.燃气轮机发展燃气轮机的发展经历了漫长的试验过程。
直至1906年，法国人阿尔芒研制成世界历史上第一台能输出功的燃气轮机，这台燃气轮机的压比只有4，效率只有3%，因而没有推广使用。
1920年，德国人霍尔茨﹒瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13%，功率为370KW，但因按等容加热循环工作，存在重大缺陷而放弃。
随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了压气机的高效率问题。
9E燃机结构与原理
图3－3所示， 温比不变时，压比从小变大，循环面积先从小 变大后从大变小，中间必然有一个最大的面积， 即最大比功，它相应的压比为比功最佳压比。
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33
理想简单燃气轮机循环
二、理想简单燃气轮机循环热效率 结论：图3－4所示，
理想简单燃气轮机循环热效率只与压比有关， 并随压比的增加单调增加。
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实际简单燃气轮机循环
（3）压力损失
进气压力损失： 进气压力损失系数： 进气压力保持系数： 燃烧室压力损失 燃烧室压力损失系数： 燃烧室压力保持系数： 排气压力损失： 排气压力损失系数： 排气压力保持系数： 保持系数： 压力损失使压比减小。
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实际简单燃气轮机循环 （4）工质流量的差别
结论：在燃气轮机中f值一般不超过0.02， μcl大约为0.04－0.12，因此进入透平的
燃气流量比压气机的空气流量小，导致循环比 功和循环效率减小。
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实际简单燃气轮机循环 （5）机械损失 （6）工质热力性质的差别
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回热循环
回热循环：利用燃气透平的排气（乏气）加热 压气机出口的空气，提高它进入燃烧室温度，可 使燃烧室中加入的燃料量减少，乏气对环境放热 损失减少，从而提高循环热效率。在燃气轮机装 置中加入回热器的循环为回热循环。 结论： （1） （2） （3）
PG9171E－表示箱装式发电机组（Package Generator），MS9001系列E型，简单循环， 单轴机组，其出力约为17万hp。
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19
燃气轮机装置的分类和命名
三、联合循环命名规则（GE公司产品为例） 含义
燃气轮机原理结构及运行维护
60.75
NOx排放（mg/Nm3）
开启时间（点火到FSNL ）
带负荷时间
25ppm 10-15min30-50（ 25ppm）
从230MW到460MW仅 热态开启满负
需11.5min
荷不不小于
6min
原则25分到375MW 迅速 10分钟到
25
2.1 整体构造-总体构造
压气机
燃烧室
透平
26
2.1 整体构造-构造对比
为了使机组旳 热效率和比功 到达最大值， 还必须合理选 择最佳压比。
提升燃气轮机 机组热效率旳 措施还有采用 回热循环和燃 气-蒸汽联合循 环旳方案。
提升燃气轮机 机组比功旳种 措施还有采用 间冷循环和再 热循环。
13
1.1 基本原理-影响原因
环境温度旳影响
14
1.2 叶轮机械原理-引言
15
1.2 叶轮机械原理-对比简介
rpm 约2023
rpm
3330
t
440
t
93
m 17.3×5.8×5.8
级
17
轴流式
水平
18
拉杆轮盘
1
S109FB
~420 ~2400 3300 309.642
84 10.5×5×5
18 轴流式
水平 18.3 拉杆轮盘
1
SGT5-4000F(4)
396 1560 3240 312 130 10.8x5.2x4.9
绝热膨胀过程3→4s ：面积34sp1*p2*3就是透平膨胀做功
lts
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*)
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紫外线火焰探测器
• 在燃机起机点火后及正常运行时，火焰的存在或 消失信号传给控制系统是必要的。4个火焰探测 器安装在4个不同的火焰筒内（4＃，5＃，10＃， 11＃），探测器由一小充气管组成，充气管内有 两个相离很近的电极，将引起气体的电离，这样 就会产生一个脉冲电流和引起电源的放电。只要 紫外线存在的话，电源就会连续不断地重复充电 和放电过程。火焰地存在是由测量脉冲频率的电 气模块确定。且将火焰的状态转换到燃机的控制 系统。 （每秒的脉冲数即频率高于64则认为该火 焰筒着火）
压气机抽气
• • 慨述：燃机运行时，从轴流式压气机不同级的抽气用于： （1） 冷却高温运行的透平部件；
•
• • •
（2） 密封燃机轴瓦；
（3） 为气动阀提供操作气源； （4） 燃料喷嘴的雾化空气。 第五级抽气（AE-5): 抽气口位于压气机第4级排气后，第5级前，通过压气机上半缸和下半 缸的外部连接管路传输，用于所有转子轴瓦的密封，少量部分用于透平三级护环的冷却。 （上半缸两路抽气用于透平三级护环的冷却，下半缸两路抽气用于轴承密封） 第十一级抽气（AE-11):来自抽气口位于压气机第10级排气后，第11级前(4路抽气管），仅用 于燃机起机和停机过程中，防止压气机喘振的放气，燃机满速后及带负荷运行时，防喘放 气阀关闭，以便有最大的轴输出功率. 第十七级抽气（AE-16）:来自17级的压气机抽气位于压气机第16级后，第17级前。该抽气径 向流入第16级和第17级的叶轮间隙（压气机后短轴上带有通流槽的轮盘），然后流入转子 的中心孔，此后流入透平，冷却透平的一，二级动叶和转子轮间。 压气机排气：从压气机排气的抽气用作液体燃料喷嘴的雾化空气，一级喷嘴叶片和固定 环的冷却，二级喷嘴的冷却.
火花塞
• 点火是通过分别安装在13＃，14＃火焰筒内的两 个15000V可伸缩式（弹簧伸出，燃气压力压回） 火花塞放电来实现的。点火时，一个或两个火花 塞的火花使燃烧室点火，其他火焰筒通过布置在 火焰筒的反应区域的联焰管点燃，随着转子转速 和燃气压力的升高（约60％转速，CPD约1.1BARG),从 而导致火花塞回缩，电极离开反应区，保护电极。
压气机静子
进气缸
• 进气缸位于燃机的前端，其主要功能是将来自进气室的空气 均匀导入压气机，同时进气缸还分别支撑1＃轴瓦，推力瓦组 件，进口可转导叶位于进气缸的后端。
• 压气机前机匣包含压气机的第一级到第四级静叶。前支撑钢 板的一端通过螺栓和定位销与压气机前机匣的前端法兰连接， 支撑钢板的另一端通过螺栓和定位销与燃机基础相连。燃机 压气机前机 前机匣装有用于燃机与基础分离的两个整体大起重吊耳。 匣 • 压气机后机匣包括压气机第五级到第十级静叶。气缸上的抽 气点容许第五级和第十一级压气机抽气，第五级抽气用于冷 却和密封功能，而第十一级抽气则用于起机和停机过程中的 压气机后机 压气机的防喘放气. 匣
燃气轮机的结构
摘
燃气轮机
要
• 燃气轮机静子 • 燃气轮机转子
• 燃气轮机控制
燃气轮机
燃气轮机
前
言
师昌绪，新中国成立时美国明令禁止回到“红色中国”的35名 中国学者之一。著名金属学及材料科学家，曾任中科院金属研 究所所长、中科院技术科学部主任、国家自然科学基金委员会 副主任等，现为国家基金委特邀顾问、金属所名誉所长、中国 材料研究学会名誉理事长、中国生物材料委员会名誉主席、国 家科技图书文献中心理事长、两院资深院士联谊会会长等。 1980年当选中科院院士，1994年当选中国工程院院士、副院长， 1995年当选第三世界科学院院士、院长。第三、五、六届全国 人大代表，九三学社第七届中央委员。荣获2010年度国家最高 科学技术奖。
燃气轮机的结构
燃机基础 及支撑 进气设备
轴流式压 气机
• 燃机基础 • 透平支撑 • 凹型销键和导向块
• 进气系统 • 进气滤室
• 慨述 • 压气机转子 • 压气机静子
燃气轮机的结构
燃烧系统
• • • • 慨述 燃烧室和过渡段 火花塞 联焰管
透平
轴瓦
• 慨述 • 透平转子 • 透平静子
• • • •
压气机排气缸
• 压气机排气缸包括压气机第十一级到第十七级静叶， 二级排气导向叶片和排气扩压器。压气机的排气缸 的功能是支撑静叶，支撑过渡段，为扩压器提供内 壁和外壁，连接压气机和透平静子，此外还为2＃轴 瓦组件提供了内支撑，通过支撑环为一级喷嘴提供 密封。 • 压气机排气缸由两个缸组成，一个缸（外缸）是压 气机机匣的延续，另一缸（内缸）是环绕压气机转 子的内缸，两个缸通过径向支板连接。 2＃瓦的支撑 机构位于压气机排气内缸内，扩压器是由压气机排 气缸外缸和内缸之间的圆锥形环形空间组成。
压气机叶片
• 压气机转子叶片是翼面型的，设计成以高叶顶速 度来高效地压缩空气。锻造叶片通过轴向地燕尾 形叶根安装于叶轮上，燕尾型叶根通过精加工保 证每一叶片位于轮盘上的正确位置。
• 压气机静子叶片也是翼面型的，第一级到第八 级叶片通过轴向的燕尾形叶根安装在叶片环的扇 形块内，叶片环的扇形块安装在气缸的圆环形沟 槽内且通过锁销定位，而第九级叶片到排气导向 叶片则安装于单独的矩形块内，矩形块直接安装 在气缸的圆形沟槽内,直接由锁销定位。
燃烧系统慨述
• 燃烧系统是分管回流式的，组成燃烧系统的分管式 火焰筒布置在压气机排气缸的外周围上，火焰筒插 入固定在环形燃烧室的围带上的燃烧室缸体内，该 系统也包括燃油喷嘴，火花塞点火系统，火焰探测 器和联焰管。 • 来自压气机出口的高压空气（11BARG,360℃）首先包 围在过渡段周围，然后进入包围14个火焰筒的环形 空间，空气通过小孔，鱼磷孔冷却火焰筒内壁，控 制燃烧过程和参冷燃烧后的高温燃气。供给每个燃 烧室的燃料是通过燃油喷嘴喷雾，且燃料与燃烧室 内一定量的燃烧空气混合后燃烧的。
前
言
前Hale Waihona Puke 言2011年1月14日上午，师昌绪先生获奖时当面向 胡主席提出我国燃机产业发展存在的问题。几天 后国家成立了由两院院士组成的考察团，分为四 个组，考察我国燃机的发展现状，目的是为国家 燃气轮机产业化基地选址。2011年4月下旬，其中 一个组来到南京，来到我们厂考察燃机的生产状 况。2012年3月，又来过一次。 据说，这个基地刚开始选择在上海，后来改 在常州，现在南京的呼声最高。但是不管选在那 里，我们厂肯定要参与，因为我们公司是全国燃 气轮机标准化技术委员会的理事长单位，委员会 秘书处设在燃气轮机研究所。
慨述 3块轴瓦 润滑 油封
燃机基础
• 支撑燃机和进气室的基础为一长约9.15米的钢质框架 结构，是由钢柱和钢板制造组成。燃机基础框架由 两个纵向宽90厘米法兰式承重梁及三个十字横梁组 成，以此作为燃机安装的垂直支撑基础，钢密封平 板焊接在框架的底部。 • 在左侧的纵向承重梁和后端的十字支撑横梁之间， 焊接了钢密封平板，为燃机的2＃瓦，3＃瓦和发电 机轴瓦提供滑油的供油和回油。 • 在燃机基础的两侧，安装了起重用的吊耳和支撑及 十字横梁。在基础的底部两侧，各有四个机械加工 过的平垫，方便了现场基础的安装。在基础框架的 上部，也提供了两个用于燃机后支撑安装的机械加 工过的平垫。
南汽轮简介
南京汽轮电机集团有限责任公司，创建于一九 五六年，一九九五年十一月改为国有独资有限责 任公司，二OO四年九月改制为宁港合资企业。公 司占地42.5万平方米，在岗员工二千一百一十五 人，主要生产设备一千六百余台，其中精、大、 稀设备一百九十多台，年综合生产能力达一千万 千瓦。主产品有重型燃气轮发电机组及燃气/蒸 汽联合循环发电设备、热电联供汽轮发电机组和 大中型同步、异步交流电动机。
• 一级可调静叶有助于限制起机过程中的空气流量和减小 进气正冲角，防止压气机喘振和提高部分负荷时联合循 环总体热效率。
压气机转子
• 压气机转子组件的组成： • • • • （1） 前短轴，在其之上安装着压气机的第一级动叶； （2）15级动叶和轮盘组件（包括2～16级转子）； （3）后短轴，在其之上安装着压气机的第17级动叶。 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。 机械加工过的前短轴，提供了推力瓦的前后推力面，1＃轴瓦的轴 颈，1＃轴瓦油封的密封面和压气机进口低压空气的密封。
进气系统
• 燃机进气系统是一个接收，过滤和导引大气进入 压气机入口的装置。该系统由滤器间，进气消音 器，导气弯管和进气道组成。该设备装置在燃机 的尾部，且跨越在燃机控制间或辅机间上方。
进气系统
• 进气滤室由滤筒组件和维护通道，人孔门等组成； 我厂9E燃机的进气滤为带自脉冲清洗的锥式滤和筒 式滤组件（共440组）；该滤芯的自清洗为反向脉冲 的压缩空气来实现，由控制系统实现，分自动反吹 清洗和手动反吹清洗两种方式。自动清洗为燃机进 气滤压差升至55毫米水柱时进行，低于5毫米水柱时 停止；手动方式为根据滤芯运行情况或天气情况， 随时可手动进行。 • 进气消音器用来消除或减弱由压气机运行时传来的 高频噪音。进气弯头和过渡进气道是按声学原理连 接在一起，以进一步帮助降躁。（9E燃机筒式进气 系统不设防护拦网）。
•
压气机静子概述
• 压气机静子部分由四个主要组件组成：
• （1） 进气缸；
• （2）压气机前机匣；
• （3）压气机后机匣；
• （4）压气机排气缸。 • 这些部分与透平的外壳相连，形成了环型气流 通道的外壁，成为燃机的重要结构，为了达到动 叶叶尖的最大气动效率，气缸内径保持在最小公 差之内。动静间隙配合好。
燃烧室和过渡段