燃机安装

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透 平 的 能 量 损 失 － 机 械 能 损 失
机械能员失：这是为改进透平空气动力性能一直致力于加以抑制的对像。它本质是透平流动过 程中由于气体黏性的存在以及不可避免的热交换、气流掺混等不可逆现象，使得有序的机械能 不可逆地蜕化为无序的内能，虽然能的总量没有改变，但能的品质却下降了。完会消除这种损 失是不可能的，但是找到其根源而尽量使它降低却是可能也必须做到的。这种损失大致分为三 个部分： １）型阻损失：即和叶片的型线设好坏有关的能量损失。它主要由下面三个部分组成： 第一,在叶栅附面层中产生的摩擦和脱离现象。 第二,叶片出口尾迹中的涡流以及主流的掺混。 第三,在超音气流中发生激波现像等所引起的损失。 ２）端部损失：由于在透平级中叶片高度总是有限的，在叶片的两端必然有两个端壁－ 气缸内壁和转子轮毂表面，它们与叶片型面一起构成气流通道。端部损 失分二个部分： 第一,在固体端壁上和在叶片型面上一样，不可避免的要形成气流附层面，从 而产生摩阻损失和涡流损失。 第二,在相邻两个叶片的上下端壁形成的一个气流通道内，叶片内弧侧压力较 高而背弧侧压力较低。（详解一） ３）径向间隙的漏气损失：由于转子同气缸之间必须有一定的间隙才能避免在运行中发生碰 撞。所以在这部份间隙中就避免不了有一定的气体损失。（详解二）
联合循环发电：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮 机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。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台 发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自 推动各自发电机的多轴联合循环
燃 气 轮 机 的 热 力 循 环
热力循环是指热力系统经过一系列的状态变化，重新回复到原来状态的全 部过程。热力循环分为正向循环及逆向循环。将热能转换为机械功的循环为正 向循环，将机械协转换为热能的循环称为逆向循环。 任何热机都必须借助一定的媒介物质才能实现能量的转换，即心须依靠某 一媒介物质Fra Baidu bibliotek历一系列热力过程而完成热转功的循环后，才能连续地对外做功。 工程上将实现能量转换的媒介物质为工质。按循环工质流与组织方式的不同， 燃气轮机的热力循环可以为以下三大类: 1 开式循环 ２ 闭式循环 ３ 半闭式循环 热机赖以实现热功转换功能的热力循环是由一系列不同的热力过中循环过程 组成的封闭循环，而按工质所经历的热力过程及其组合的不同，燃气轮机热 力循环又可分为：以下几种： １.简单循环：依次由压缩、燃烧和膨胀过程组成的热力循环。 ２.回热循环：利用回收排气余热的热力循环。 ３.再热循环：在相继的膨胀之间对工质进行现再加热的循环 ４.中间冷却循环：或称冷循环，在相继的压缩段之间对工质进行冷却的热力 循环 目录 ５.联合循环：这就是我们要介绍的循环。
京丰汽机二公司杨盛武制作
燃气轮机简介 燃气轮机的热力循环
燃气轮机压气机 燃气轮机燃烧室 燃料供气控制系统 燃气系统的构成 精选图片
燃气轮机机岛的组成
主机及主要部件 燃气轮机燃气透平
燃气轮机 简介及联 合循环发 电的定义
燃气轮机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、透平、控制系统和辅助设备等。 现代的燃气轮机发电机主要是由压气机、燃烧室和透平三大部件组成 (见机岛的组成)，当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨 胀作功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功转化的热力循环。 具体工作原理为：压气机从外界大气环璄吸入空气，并逐级压缩，压缩空气 被送入到燃烧室与喷入燃料混合燃烧产生高温高压的燃气，然后再进入透平 膨胀作功 ，最后是工质放热过程，透平排气可直接排到大气，自然放热给 外界环璄，也可通过各种换热设备放热以回收利用部份余热，在连续重复完 成上述的循环过程的同时，发电机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有 用功。 燃气轮机区别于蒸汽轮机的三大特征：一是工质，它采用空气和燃气而 不是煤和水，故可不用或少用水；二是多为内燃方式，使它免除庞大的传热 与冷凝设备，因而设备简单，启动和加载时间短，电站金属消耗量、厂房占 地面积与安装周期都成倍地减少，但直接燃用廉价而丰富的煤就变的困难； 三是高温加热高温放热，使它有更大的提高系统效率的潜力，但也使它在简 单循环时热效率较低，且高温部件的制造要更多的合金材料，影响了经济的 可靠性与使作经济性。
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轴 流 式 透 平 － 冲 动 式 与 反 动 式 透 平 级
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按气体工质在静叶中的膨胀所占级中总膨胀的份额，透平级又可分为冲动 式的反动式两种。前一种透平级中工质主要在静叶中进行膨胀，而后一种 透平级中工质在静叶和动叶中都进行膨胀，它们各自代表一种典型的透平 工作原理。 冲动式透平级动叶片前后是对称的，入口和出口都是尖锐的，而所构成的 气体流道是等截面的。因此动叶通道中的相对运动速度不改变大小只改变 方向，而这两个速度周向分量大小相等而方向相反，这时气有一个作用在 动叶片上的周向作用力，并对动叶作功。从理论上看，是具有一定速度的 入口气流冲击动叶片造成动叶轮的转动。而导叶在造成具有很高数量和强 烈周向偏转的气流速度上起着重要的作用，正是导叶的强烈收敛和大幅度 折转的通道设计产生了这种效果。 反动式透平情况则明显不同，动叶的形状大致上与导叶相同侧倾斜方向相 反，形成对称的格局，导叶中的过程与在冲动式透平的导叶中 是相同的，而动叶中的过程则不同于动冲动式透平的动叶， 所而类似于导叶中的过程，也就是说气体在动叶中也 发生膨胀，相对速度剧烈增加并以很大的周 向分速喷出，高速喷出气流的反 作用力推动动叶发生周向 运动并对动轮做动。
压气机
透平
负荷
预冷器
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燃气轮机主机及主要部件
燃气轮机主机是把热能转换为机械功的组件，通常包括压气机、燃烧
室和透平等三大部件。透平是利用工质的膨胀产生机械动力的功能部
件，压气机是利用机械动力使工质的压力增加并伴有温度升高的功能部件. 燃烧室是使燃料与工质发生反应，以提高工质温度的功能部件，在燃气轮 机主机中把这三大部件有机整合，以实现预定的热功转换功能。
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工作过程如下： 燃气透平既可以做成多级，也可以作成单级，但是在透平中完成 能量转化的基本单位则是透平级，每一透平级都是由一列静叶和一 列动叶串联组成的，当高温高压的燃气流过静叶时。由于静叶流道 是做成收敛型的，就可以使气流流动的速度加快，同时燃气的压力 和温度会逐渐下降，当这股具有相当速度的燃气以一的方向流向动 叶时，就会推动工作的叶轮旋转，并使燃气的流动速度降下来，在 这个工作过程中，燃气就把部分能量转交给了装有动叶的工作叶轮， 工作叶轮通过转动轴与压气机机相连接，从而在高速旋转之中对外 界作出机械功。
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合燃 循气 环轮 发机 电简 的介 定及 义联
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燃气轮机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， 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，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。
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透 平 的 效 率 和 能 能 量 损 失
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从热力循环分析的观点来看，燃气在透平中膨胀所产生的机 械功有一部份用于驱动压气机，其余的部份则是燃气轮机装 置的有效输出。因此透平作功能力的大小对整台燃气轮机的 性能有着重要的影响。得如何评价透平本身的工作效率呢？ 所谓的效率，是在对一种过程或一种系统的投入和产出进行 对比的基础上建立起来的的，而对于同一过程或系统，所谓 投入和产出往往因目的和观点的不同而有所不同，因此效率 的定义也就不是唯一的。
汽轮机
燃汽轮机
发电机
低压缸
高中压缸 压气机 燃烧室 燃燃气透平
机岛的组成
示意图 目录
汽轮机 燃机 推力轴承 高中压缸 低压缸 发电机 励磁机
杨 #1轴承 静子膨胀 #2 #3
盛 #4 #5
武 #6 #7
制 #8
作 #9
转子膨胀 支撑轴承 转子对轮 返回 目录
燃气蒸汽联合循环机组采用单轴布置示意图
燃 气 透 平 － 轴 流 式 透 平
燃气透平又称为燃气轮，它在整台 透平动叶 透平轮盘 燃气轮机中的作用是把蕴储在来自 燃烧室的高温高压燃气中的能量转 化成为机械功，按照工质在透平内 部的流动方向，可以把透平区分为 轴流式与径流式两大类，在这里主 要介绍轴流式燃气透平。（见右图） 一般来说径流式透平适宜在小功率 燃气轮机中应用。通见所见的大多 数燃气透平则是作成轴流式的，因 为这种透平容许流过比较大的工质 流量，而效率也较高，结构上又便 于做成多级式，因而能够满足高膨 胀比和大功率的要求。 从结构上看，轴流式燃气透平与轴 燃机转子 燃机支撑 切向支撑 流式压气机很相似。它的主要部件 是同喷嘴环和装有动叶的工作叶轮 燃机下缸体 透平静叶 燃机＃１轴承 组成的。一列静叶和列动叶组成一 个最基本的透平“级”。
冷 却 剂
透平
负荷
冷 却 剂
中间冷却器
闭式循环燃气轮机（单轴）
工质在封闭系统中循环工作而与大气无关的热力 循环。以非来自大气环境的特殊气体作为工质时 多采用闭工循环，如高温气冷堆核电站中以氦气 为工气的燃气轮机等
半闭式循环燃气轮机（双轴）
杨盛武 压气机 透平
燃烧室
燃烧在工质中进行，一部分工质进行再 循环，另一部分与大气相交换的热力循 环
透平中的能量损失有两个部份： １： 排气动能 ２： 机械能损失
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透 平 的 能 量 损 失 － 排 气 动 能
排气动能，即“余速损失”。虽然它也是机械能，但并未在透平中发挥作 用，因此也算损失。为了减少这种损失，在透平设计上采取了一系统措施， 主要所括： １）透平通流部分采取向出口逐渐扩张的形状，这样随着膨胀进行，燃 气密度逐渐降低，容积流量不断增加，流道扩张就可以使燃气的轴向平均 速直到透平出口仍然大致保持在较低的水平。 ２）末级透平的速度三角形设计，保证出口气流没有旋转，而沿轴向排出， 这时余速损失最小。 ３）透平后面都装有排气扩压器也就是一种截面积逐步增大的排气管道， 其目的是进一步减小燃气离开透平进入大气时的速度，从而间接的减小了 余速的损失
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端部损失－（第二项内容）：在相邻两个 叶片和上下端壁形成一个气流通道内，叶 片内弧侧压力较高，叶片外弧侧压力较低， 在主流区，这种压力差是由气流随叶型折 转而产生的离心力造成，正好与这一离心 力平衡而不会影响主气流的流动，而在端 壁附面层中情况就不同了，压力差仍然保 持，而气流速度大为降低，不足发产生足 够的离心力来平衡这种压力差，结果就在 附面层内形成由这一压力差驱动的横向流 动，这种横向流动是从压力面流向相邻叶 片的吸力面，引起低能量气体在吸力面与 端壁交界处的堆积，严重时可能导致此处 脱流。不仅如此，这种流动还诱发了邻近 主流区内相应的反方向横向流动，从而在 通道两端形成两个方向相反的旋涡。这种 现像称二次流。
膨胀死点
燃烧室
压力机
透平
负荷
开式循环燃气轮机（单轴）
工质从大气进入燃气轮机，再排入大气的 热力循环。目前世界上大多数燃气轮机都 采用以空气为工质的开式循环，因为它的 系统结构最简单，最能体现出燃气轮机所 特有的紧凑轻功、启动快、少用或不用冷 却水等一系列特点。
冷 却 剂 预冷器 低压压 气机 工质加热器 高压压 气机
1 2 3 4 5 连接高中压转子 进气道主轴固定支架 轴颈轴承 压气机叶片 压气机模块 11 12 13 14 15 燃烧室防护罩 逆流燃烧室 燃料注入系统 燃烧室 燃烧室冷却部件
6
7 8 9 10
燃气轮机固定支架
叶轮 叶轮贯穿螺栓 进气道定位 水平缸封
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17 18 19 20
喷嘴构造
一级涡轮固定构造 动力涡轮构造 排气扩散构造 排气烟气探测器