燃气轮机介绍 王鹏宇

2.2燃烧室结构示意图
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2.2等压燃烧室的基本要求
1.燃气出口平均温度650~1400℃，过量空气系数
2.7~20。即等压燃气轮机中，在燃烧完成之后需 大量的过剩空气来掺冷燃烧产物。 2.火焰短、稳定、出口温度场均匀，不均匀度 <±(10~15%),不均匀系数<10%。 3.燃烧效率88~99.5%燃料要尽量燃烧完全，燃 烧效率与燃料品质、雾化、混合、油气比、空气 ， 流速、温度、压力等有关。 4.燃烧室压损率保持在3~5% 。 5.寿命20000~100000h，选材合理，易维修。

缺点： 部分负荷时效率低，油耗高。
燃气—蒸汽联合循环发电
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燃气—蒸汽联合循环发电
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H级机组
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4、燃气轮机的应用
目前许多大型燃气——蒸汽联合循环发电
机组使用的燃气轮机是采用环管形燃烧室 燃气轮机，利用天然气作为燃料可以大大 减少对环境的污染。
工业领域
陆地和海上运输
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航空领域
压气机转子
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2.1轴流式压气机
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。 为此，在每级动叶后插入一级静止的叶片（静叶），可改 善这种状况。 运动的动叶与静叶的相对位置与气流走向（仅演示两级 动叶一级静叶）。蓝色叶片是静叶，绿色叶片是动叶，橙 红色箭头表示空气气流的走向。转子旋转时，空气从轴向 进入，经过一级动叶后空气运动角度转向右下方,这个角 度的空气如果直接进入下级动叶,压缩效果会很差。但通 ， 过静叶整流后，空气运动方向转回轴向，再进入二级动叶 压缩，效果可大大改善。 转子安装在压气机的气缸（外壳）内，静叶机匣固定在 气缸内壁。
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环管形燃烧室燃气轮机
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。

， 涡轮主要由涡轮叶片、涡轮盘（叶盘）、涡轮轴构成， 涡轮上的叶片称为动叶，也就是带动涡轮轴旋转的叶片。 涡轮机一般有一至四个涡轮，大多数燃气轮机的几个涡轮 共一个转轴，一同组成涡轮转子。

2.3 轴流式涡轮
在涡轮每级动叶的前方还安装一组静止的叶片
（静叶），静叶是燃气的导向器，起着喷嘴的作 用，使气流以最佳方向喷向动叶。一组静叶加一 组动叶为一级涡轮。
1、燃气轮机基本原理
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1、燃气轮机基本原理
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1、燃气轮机基本原理

热力过程图表示为
部分负荷 时效率低

四个基本的热力过程（理想循环）： ， 等熵压缩（1~2）——压气机 定压加热（2~3）——燃烧室 等熵膨胀（3~4）——涡轮 定压放热（4~1）——大气中
1、燃气轮机基本原理

现代燃气轮机的基本特点： 在燃烧的过程中，燃烧室的压力近似不变，称为定压 加热过程。 做功的气体来自大气，最后排入大气，称为开式循环。 通常称这个循环为布雷顿（Brayton）循环。 地面燃机的分类： 1. 重型、轻型和微型； 2. 简单循环和复合循环； ， 3. 单轴和多轴； 4. 工业用和舰船用；
西门子燃气轮机
环管形燃烧室燃气轮机
燃气轮机转子安装在机壳（气缸）内；在
压气机与涡轮之间有环形燃烧室，燃烧室内
安装 12 个管式火焰筒与 12 个燃烧器，由燃
料管向燃烧器输送燃料。
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环管形燃烧室燃气轮机剖面
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环管形燃烧室燃气轮机
燃气轮机工作简单过程：
空气从进气口进入燃气轮机，高速旋转的 压气机把空气压缩为高压空气，其流向见黄 色箭头线；高压空气进入燃烧室，燃料与空 气混合在燃烧室燃烧，产生高温高压燃气； 高温高压燃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。
GE燃气轮机技术介绍
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GE燃气轮机技术介绍
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GE燃气轮机技术介绍
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GE燃气轮机技术介绍
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GE燃气轮机技术介绍

2.1压气机动叶与静叶气流图
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2.1轴流式压气机结构
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2.1轴流式压气机
多数燃气轮机的压气机有十几级，高速旋转的动叶把空 气从进气口吸入压气机，经过一级又一级的压缩，变成高 压空气。由于压气机内气体流动方向与旋转轴平行，称为 轴流式压气机。

压气机的主要参数是增压比，即压气机出口空气压力与 进口空气压力之比。
下图
为涡轮叶片的气流走向图，图中蓝色叶片 是静叶，绿色叶片是动叶，橙红色箭头表示燃气 气流的走向。
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为了充分利用燃气的热能膨胀做功，为获得最大
的机械能，大型燃气轮机一般为 3 级或 4 级涡轮。
2.3涡轮叶片气流走向图
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2.3 涡轮机正视剖面图
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2.3 涡轮机侧视剖面图
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涡轮叶片
，
环管形燃烧室燃气轮机
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。
2.1轴流式压气机
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，转子上的叶片与主轴一 同旋转，称为动叶。 在压气机中，空气被压缩、比容减小、压 力增高，因此必须输入一定的压缩功。这些 ， 压缩功由透平提供，透平所做的功约有 2/3是 压气机消耗的，只有1/3用于驱动负载。因此 减少压气机耗功、提高压气机效率是提高燃 气轮机出力的有效途径。
环管形燃烧室燃气轮机气流走向
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3、燃气轮机的特点
在燃气轮机中，压缩、燃烧、膨胀过程不像往 复式机械（内燃机）那样，发生在一个部件内。 这些过程发生在独立的部件内，意味着他们可以 单独地进行设计、实验和研究发展，并且这些部 件可以通过不同的组合方式形成燃气轮机。

不同的轴系布置方式影响着效率随输出功的变 化和输出扭矩随转速的变化。有的布置适合于带 ， 动负荷变化但转速恒定的交流发电机，有的布置 适合于带动变转速的船用螺旋桨。
2.2环管形燃烧室结构侧视
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2.2环管形燃烧室
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2.2环管形燃烧室
燃烧室由外壳与火焰筒组成，在燃烧室外壳端部
有燃料（天然气）入口，在燃烧室内装有燃烧器， 其燃料喷嘴在在火焰筒前端内部。在火焰筒尾部 联接过渡段，在过渡段上装有可控流量的补气口。
燃料（燃油或天然气）通过燃烧室端部燃料入口
进入，由燃烧器喷嘴喷入火焰筒，喷入的天然气 与压气机压入的高压空气在燃烧室火焰筒里混合 ， 燃烧。燃烧使气体温度剧烈上升，膨胀的高温高 压燃气从过渡段喷出，进入透平做功。
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。
西门子 燃气轮机
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GE 燃气轮机
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三菱燃气轮机
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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
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 气机、剩余的功输出，提供动力或推力。
入的燃料雾化从喷嘴喷出；对于气体燃料，燃烧 器把进入的气体燃料扩散预混从喷嘴喷出，与压 气机来的空气充分混合后燃烧，产生高温高压气 体从过渡段出口喷出。 在燃烧室内有火焰筒，燃烧器喷出的火焰在火焰 筒内燃烧，火焰筒前段是主燃区，保证火焰正常 燃烧；中段是补燃区，在火焰筒壁上有许多进气 ， 孔，让空气进入补燃，保证完全燃烧；后段是通 向涡轮叶片的燃气导管，也称为过渡段。在燃烧 室内的白色箭头线就是气流在燃烧室的流向。

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
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燃气轮机介绍
王鹏宇
掌握核心科技
1、燃气轮机基本原理
燃气轮机的原理与中国的走马灯相同，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。
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1、燃气轮机基本原理
2.2环管形燃烧室火焰筒组件结构
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2.2环管形燃烧室
下图中的白色箭头线是压气机进入燃烧室
的气流走向；黄色箭头线是燃烧室喷向涡 轮叶片的气流走向。
一般燃气轮机有六个至十几个火焰筒组件，
在一个环形燃烧室内安装多个火焰筒组件， 故称为环管形燃烧室。 ，
2.2环管形燃烧室气流走向
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2.3 轴流式涡轮
2.2环管形燃烧室
燃气轮机的燃烧室将燃料的化学能转变为
热能，将连续喷入的燃料在压缩后的空气流 中不断稳定燃烧，成为高温的燃气,以便到涡 轮膨胀做功，燃料为液体燃料（汽油）或气 体燃料（天然气）。 后面是通往涡轮的高温气体出口。
燃烧室外壳前面是通往压气机的空气入口， ，
2.2环管形燃烧室
燃烧室内有燃烧器，对于液体燃料，燃烧器把进

按照轴系布置
，
3、燃气轮机的特点
根据需要，为了增加效率或者输出功，通 常采用回热、再热、间冷等复杂循环。 这些优化增加输出功和装置效率的代价是 附加了复杂性、重量和价格。

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3、燃气轮机的特点

优点： 结构紧凑、质量轻、体积小、占地面积小， 单位功率质量较低；相对于汽轮机，省去了 庞大的锅炉系统。 启动快、从冷态启动至满负荷，通常只用 几分钟至半小时。 耗水少或者不用水。 ，
从燃烧室喷出的高压燃气推动涡轮旋转，把燃气的内能 转化为涡轮的机械能。涡轮也称透平。涡轮也分轴流式涡 轮与径向式两类，燃气轮机大多数采用轴流式涡轮，主要 介绍轴流式涡轮。

简单说轴流式涡轮的工作原理就像风吹风车旋转一样， 是靠燃气流对涡轮上的叶片作用使其旋转的，由于气流主 方向与涡轮轴平行，故称之为轴流式涡轮。
燃气涡轮机发动机有多种结构形式，有环
形燃烧室燃气轮机、环管形燃烧室燃气轮机、 分管形燃烧室燃气轮机等。
此处主要介绍环管形燃烧室、环管形燃烧
室燃气轮机。
主要由轴流式压气机、环管形燃烧室、轴 ，
流式涡轮组成。
环管形燃烧室燃气轮机
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燃气轮机转子

燃气轮机的压气机转子与Байду номын сангаас轮转子共用同一根转轴，一 同组成燃气轮机转子，涡轮在向外部提供动力的同时也 带动压气机一同旋转。
2.2环管形燃烧室
目前燃气轮机的燃烧室主要有四种类型：圆筒形
燃烧室、分管形燃烧室、环管形燃烧室、环形燃 烧室，后两种用得较多，主要介绍环管形燃烧室。
环管形燃烧室只有一个整体的燃烧室，环绕在燃
气轮机的腰部，在燃烧室内有若干个火焰筒（包 括过渡段）。 下图 ， 是由 12 个火焰筒组成的燃烧室剖面图， 12个火焰筒共用的空间就是燃烧室的空间，也就 是燃烧段气缸内环绕主轴的空间。火焰筒绕燃气 轮机主轴一周排列，过渡段出口对向涡轮叶片。
4、燃气轮机的应用
工业领域：
电站基本负荷、调峰运行和备用机组；无电网的
孤立地区供电；与汽轮机组成联合循环供电。
天然气管道输运增压用燃气轮机、石油化工领域
去动泵、压缩机等；燃气轮机的排气可以实现热 电联供。
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陆地和海上运输：在大型舰船中广泛应用。但由
于燃气轮机在低负荷时油耗高，通常与汽轮机、 柴油机组成联合动力装置。

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