第1章 燃气轮机及其热力循环
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如果用燃气轮机－电动机动力装置，给蓄电池充电，燃气轮
机太耗油,潜艇要求有较大的续航能力，得不偿失。
燃气轮机燃料损耗高，这对讲究持续活动能力的潜艇来说是
启动更快；
虽然燃气轮机的转速非常高，但由于整个转子十分轻巧，在启 动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源 于活塞的往复，加速较慢。
机械摩擦副少，振动小，低频噪声低；
柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,燃汽轮机主要 是高速度转动, 噪声中低频分量很低，产生的噪声更多是高频啸声。海 洋有容易传播低频噪声的特点，导致柴油机军舰容易被敌方声纳探测。
涡桨：亚音速飞机，速度＜900km/h的中低速飞机，巡逻机， 教练机，反潜机等。
涡桨：亚音速飞机，速度＜900km/h的中低速飞机，巡逻机， 教练机，反潜机等。
涡轴：速度＜400km/h的直升机，汽车，发电机组等。
涡轴：速度＜400km/h的直升机，汽车，发电机组等。
欧洲NH-90直升机
涡轴发动机自升飞机内部结构
课内讲授：32学时
第一章 燃气轮机及其热力循环（4学时） 第二章 涡轮增压技术及涡轮增压器基本结构（4学时） 第三章 离心式压气机（2学时） 第四章 轴流式压气机（3学时） 第五章 涡轮机（2学时） 第六章 排气能量的利用（2学时） 第七章 现代涡轮增压系统（4学时） 第八章 柴油机与涡轮增压器的匹配（3学时） 第九章 涡轮增压柴油机数值模拟计算 （4学时） 第十章 涡轮增压系统设计（2学时）
第一章 燃气轮机及其热力循环
一 概况
燃气轮机是靠内部燃料燃烧释放出的热量直接加热 空气，并通过行成的燃气将热能转换成机械功的一种热 力机械，同样是内燃机。
主要由叶轮式空气压缩机、燃气发生器（燃烧室） 和燃气涡轮三个基本部分组成，还有燃料、润滑、冷却 、启动、调节和安全等辅助系统
燃气轮机理论循环
压气机连续地从大 气中吸入空气，并将其 压缩；
Байду номын сангаас
料，发出更大的功率。
2. 燃气轮机与活塞式内燃机热效率的比较
相对而言，燃气轮机的热效率较低，主要原因：
（1）压缩方式不同：叶轮式压气机效率较低；
最高压力低
压缩比低。
（2）能量转换方式不同：燃气轮机，热能动能机械能
能量转换复杂
活塞式：热能机械能
（3）最高燃气温度不同：燃烧温度低，燃气轮机燃烧区最高
最高温度低
可以燃用煤油，重油等劣质燃料。
讨论：
假如你是潜艇艇长，你会选用燃气轮机还是 柴油机做动力？
在潜航时，燃气轮机进气量大，需要的通气管大不利于潜艇 隐蔽；
通气管通 俗点说就 是常规潜 艇在潜望 镜深度航 行时，为 柴油机提 供新鲜空 气、排出 废气的装 置。
在深潜时，燃气轮机耗空气太多，不能开动燃气轮机；
在实际运行中，性能变化 ，而结构参数不变，使得各种 流动损失增加。
当燃气轮机工作工况偏离 设计工况时，燃气轮机性能显 著变差。
实际循环效率变化图
4. 燃气轮机优点
功率密度大，重量轻，体积小；
一般情况下，同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分 之一，体积小、功率大，非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。
六、参考教材 （1）《涡轮增压器原理及应用》朱大鑫编著，机械工 业出版社，1995年第1版； （2）《内燃机增压》，朱梅林主编，华中科技大学出 版社，2002年； （3）《柴油机涡轮增压技术》，陆家祥主编，机械工 业出版社，2004年第1版； （4）《燃气轮机与废气涡轮增压技术》，林建生，谭 旭光主编，天津大学出版社，2005年第1版；
发电机组用燃气轮机-涡轴发动机
涡喷：现代航空用发动机的主流机型。
涡喷：现代航空用发动机的主流机型。
涡扇：推力较大的一种涡喷燃气轮机，常用做大型客机动力。
与活塞式内燃机结构形式的比较
活塞式内燃机与燃气轮机结构对比示意图
三、两种内燃机优缺点比较及它们的复合形式
1. 功率大、重量轻、体积小是燃气轮机的优势 燃气轮机气体流通率高，单位时间内可以燃烧更多的燃
燃气轮机与发动机涡轮增压 与配合技术
主讲：王兆文 成晓北
课程教学大纲
一、课程编号 二、学时和学分
32学时，2.0学分 三、先修课程
工程热力学、流体力学、动力机械基础、内燃机原理等 四、课程教学目标
本课程属于热能与动力工程专业动力机械专业方向的专 业选修课程。本门课程的教学目标，旨在使学生获得燃气 轮机与涡轮增压器工作原理、涡轮增压系统及增压系统设 计应用技术方面的必备知识，培养学生综合所学知识进行 发动机性能设计与研究的能力。 五、 课程内容
5-加力燃烧室 6-排气道喷嘴
2. 分类：
a. 绝大部分热能转变为机械能：
涡桨：亚音速飞机，速度＜900km/h的中低速飞机。 巡逻机，教练机，反潜机等。
涡轴：速度＜400km/h的直升机，军舰，汽车， 发电机组等。
b. 绝大部分热能转变为尾气动能：
涡喷：现代航空用发动机的主流机型。
涡扇：推力较大的一种涡喷燃气轮机，适合飞行速度 400至1,000km/h。涡扇比涡喷工质流量大、 喷射速度低、推进效率高、耗油率低、推力大。
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；
高温燃气流入燃气 轮机中膨胀做功，推动 燃气轮机叶轮带动压气 机叶轮一起旋转，并对 外做功。
燃气轮机：等压燃烧
燃气轮机与活塞式内燃机理论循环的比较
各种内燃机的理论工作循环 （a）活塞式内燃机的等容循环 （b）活塞式内燃机的混合循环 （c）燃气轮机循环
燃气轮机：等压燃烧
二、结构与类型： 1. 结构
离心式压气机，轴流式涡轮
陆用双轴燃气轮机 1-进气道 2-离心式压气机 3-燃油喷嘴 4-燃烧室 5-第一级涡轮
6-拖动涡轮 7-排气管 8-减速箱
轴流式压气机，轴流式涡轮 某一舰用燃气轮机示意图
航空燃气轮机 1-进气道 2-压气机 3-燃烧室 4-涡轮
温度2000℃，活塞式2500℃。为了 可靠性，燃气轮机要用冷空气掺混，
做功工质平均温度较低。1200~1350
受制于叶片材料的耐热能力。
（4）定压燃烧过程热效率低：
定压加热循环与定容加热循环的比较
等容度低
3. 燃气轮机的变工况性能差 无论是压气机，还是涡轮
机，其叶轮结构只有在设计工 况下，流动损失最小，热效率 最高。
机太耗油,潜艇要求有较大的续航能力，得不偿失。
燃气轮机燃料损耗高，这对讲究持续活动能力的潜艇来说是
启动更快；
虽然燃气轮机的转速非常高，但由于整个转子十分轻巧，在启 动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源 于活塞的往复，加速较慢。
机械摩擦副少，振动小，低频噪声低；
柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,燃汽轮机主要 是高速度转动, 噪声中低频分量很低，产生的噪声更多是高频啸声。海 洋有容易传播低频噪声的特点，导致柴油机军舰容易被敌方声纳探测。
涡桨：亚音速飞机，速度＜900km/h的中低速飞机，巡逻机， 教练机，反潜机等。
涡桨：亚音速飞机，速度＜900km/h的中低速飞机，巡逻机， 教练机，反潜机等。
涡轴：速度＜400km/h的直升机，汽车，发电机组等。
涡轴：速度＜400km/h的直升机，汽车，发电机组等。
欧洲NH-90直升机
涡轴发动机自升飞机内部结构
课内讲授：32学时
第一章 燃气轮机及其热力循环（4学时） 第二章 涡轮增压技术及涡轮增压器基本结构（4学时） 第三章 离心式压气机（2学时） 第四章 轴流式压气机（3学时） 第五章 涡轮机（2学时） 第六章 排气能量的利用（2学时） 第七章 现代涡轮增压系统（4学时） 第八章 柴油机与涡轮增压器的匹配（3学时） 第九章 涡轮增压柴油机数值模拟计算 （4学时） 第十章 涡轮增压系统设计（2学时）
第一章 燃气轮机及其热力循环
一 概况
燃气轮机是靠内部燃料燃烧释放出的热量直接加热 空气，并通过行成的燃气将热能转换成机械功的一种热 力机械，同样是内燃机。
主要由叶轮式空气压缩机、燃气发生器（燃烧室） 和燃气涡轮三个基本部分组成，还有燃料、润滑、冷却 、启动、调节和安全等辅助系统
燃气轮机理论循环
压气机连续地从大 气中吸入空气，并将其 压缩；
Байду номын сангаас
料，发出更大的功率。
2. 燃气轮机与活塞式内燃机热效率的比较
相对而言，燃气轮机的热效率较低，主要原因：
（1）压缩方式不同：叶轮式压气机效率较低；
最高压力低
压缩比低。
（2）能量转换方式不同：燃气轮机，热能动能机械能
能量转换复杂
活塞式：热能机械能
（3）最高燃气温度不同：燃烧温度低，燃气轮机燃烧区最高
最高温度低
可以燃用煤油，重油等劣质燃料。
讨论：
假如你是潜艇艇长，你会选用燃气轮机还是 柴油机做动力？
在潜航时，燃气轮机进气量大，需要的通气管大不利于潜艇 隐蔽；
通气管通 俗点说就 是常规潜 艇在潜望 镜深度航 行时，为 柴油机提 供新鲜空 气、排出 废气的装 置。
在深潜时，燃气轮机耗空气太多，不能开动燃气轮机；
在实际运行中，性能变化 ，而结构参数不变，使得各种 流动损失增加。
当燃气轮机工作工况偏离 设计工况时，燃气轮机性能显 著变差。
实际循环效率变化图
4. 燃气轮机优点
功率密度大，重量轻，体积小；
一般情况下，同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分 之一，体积小、功率大，非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。
六、参考教材 （1）《涡轮增压器原理及应用》朱大鑫编著，机械工 业出版社，1995年第1版； （2）《内燃机增压》，朱梅林主编，华中科技大学出 版社，2002年； （3）《柴油机涡轮增压技术》，陆家祥主编，机械工 业出版社，2004年第1版； （4）《燃气轮机与废气涡轮增压技术》，林建生，谭 旭光主编，天津大学出版社，2005年第1版；
发电机组用燃气轮机-涡轴发动机
涡喷：现代航空用发动机的主流机型。
涡喷：现代航空用发动机的主流机型。
涡扇：推力较大的一种涡喷燃气轮机，常用做大型客机动力。
与活塞式内燃机结构形式的比较
活塞式内燃机与燃气轮机结构对比示意图
三、两种内燃机优缺点比较及它们的复合形式
1. 功率大、重量轻、体积小是燃气轮机的优势 燃气轮机气体流通率高，单位时间内可以燃烧更多的燃
燃气轮机与发动机涡轮增压 与配合技术
主讲：王兆文 成晓北
课程教学大纲
一、课程编号 二、学时和学分
32学时，2.0学分 三、先修课程
工程热力学、流体力学、动力机械基础、内燃机原理等 四、课程教学目标
本课程属于热能与动力工程专业动力机械专业方向的专 业选修课程。本门课程的教学目标，旨在使学生获得燃气 轮机与涡轮增压器工作原理、涡轮增压系统及增压系统设 计应用技术方面的必备知识，培养学生综合所学知识进行 发动机性能设计与研究的能力。 五、 课程内容
5-加力燃烧室 6-排气道喷嘴
2. 分类：
a. 绝大部分热能转变为机械能：
涡桨：亚音速飞机，速度＜900km/h的中低速飞机。 巡逻机，教练机，反潜机等。
涡轴：速度＜400km/h的直升机，军舰，汽车， 发电机组等。
b. 绝大部分热能转变为尾气动能：
涡喷：现代航空用发动机的主流机型。
涡扇：推力较大的一种涡喷燃气轮机，适合飞行速度 400至1,000km/h。涡扇比涡喷工质流量大、 喷射速度低、推进效率高、耗油率低、推力大。
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；
高温燃气流入燃气 轮机中膨胀做功，推动 燃气轮机叶轮带动压气 机叶轮一起旋转，并对 外做功。
燃气轮机：等压燃烧
燃气轮机与活塞式内燃机理论循环的比较
各种内燃机的理论工作循环 （a）活塞式内燃机的等容循环 （b）活塞式内燃机的混合循环 （c）燃气轮机循环
燃气轮机：等压燃烧
二、结构与类型： 1. 结构
离心式压气机，轴流式涡轮
陆用双轴燃气轮机 1-进气道 2-离心式压气机 3-燃油喷嘴 4-燃烧室 5-第一级涡轮
6-拖动涡轮 7-排气管 8-减速箱
轴流式压气机，轴流式涡轮 某一舰用燃气轮机示意图
航空燃气轮机 1-进气道 2-压气机 3-燃烧室 4-涡轮
温度2000℃，活塞式2500℃。为了 可靠性，燃气轮机要用冷空气掺混，
做功工质平均温度较低。1200~1350
受制于叶片材料的耐热能力。
（4）定压燃烧过程热效率低：
定压加热循环与定容加热循环的比较
等容度低
3. 燃气轮机的变工况性能差 无论是压气机，还是涡轮
机，其叶轮结构只有在设计工 况下，流动损失最小，热效率 最高。