燃气轮机结构优秀课件
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机，并分别用两个转速可以独立变化的透平来驱动.
2-2 燃气轮机透平
轴流式 大型燃气轮机,流量大.
径流式： 离心式和向心式 用于微燃机,小功率燃机.
透平叶片的冷却 燃气轮机的发展靠高温材料和冷却技术，两者相 辅相成。
图 1 燃气初温逐年提高情况
叶片冷却形式
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 7 多排冲击和气膜冷却的综合冷却静叶
图 8 采用冷却技术后，典型的静叶出口温度与叶片温度
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
Xgl (% )
30
图 5 有冲击冷却的静叶
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 一层膜，把叶片表面而与燃气隔开而对叶片起到保护作用，同时 冷却叶片，为气膜冷却。
4 发散冷却 当空心叶片用多孔的透气材料做成时，叶片内部的冷却空气就象
“出汗”那样自叶片表面流出，为发散冷却。
图 6 发散冷却叶片与表面温度
图3-33 DLN燃烧室的一个火焰筒示意图
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。
25
20
15
10
5
0
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
T (℃ ) 3
图 9 燃气轮机初温与冷却空气系数的关系
未来冷却技术的发展 （1）采用综合冷却手段提高冷却效果 （2）提高工作可靠性 （3）蒸汽冷却
图 10 GE-H型燃气-蒸汽联合循环系统
燃机透平特性
四个特征参数： 折合流量， 膨胀比， 折合转速，效率
燃气轮机结构优秀课件
1-进口收敛器； 2-进口导流器；3-工作叶轮；4-扩压时列； 5-出口导流器；6-出口扩压器；
7-转子；8-气缸(或机匣)；9-端轴。
轴流式压气机的一个级只有1.15～1.35左右,实现高压比需 多级
离心式压气机
1-进口导流器；2-工作叶轮；3-无叶扩压器； 4-有叶扩压器；5-排气管；6-连接轴
几何入口角βlj与几何出口角β2j—中弧线在叶型入口边和 出口边的切线与前、后额线之间的夹角。
冲角i=1j-1
冲角加大
冲角减小
图3-17 压气机叶栅中旋转脱离现象的发生
如果某一个叶片上由于正攻角过大而发生了脱流，但相邻 叶片还没有发生，则这一叶片处就会发生局部的气流堵塞， 迫使来流向两侧偏转。
图3-34 催化（Xonon）燃烧室示意图
GE的DLN燃烧室
关于燃烧室初温T3的定义
由于燃气轮机透平叶片需冷却，因而在不同部位注 入冷却空气，导致了有不同的温度。
（1）燃烧室出口温度TA （2）燃气轮机透平第一级喷嘴后的温度TB （3）以进入燃气轮机透平的所有空气流量计算
知道其中任意两个可知其它参数。
图 燃机透平通用特性曲线的表示方法
qm1
A1cf 1 v1
qm2
A2cf 2 v2
qm
Acf v
联合运行工况点确定： 压气机与透平转速相同，压比与膨胀比之间存在联系。
燃烧的稳定性； 燃烧效率； 火焰筒的有效冷却； 燃料喷嘴的合理布置； 多种燃料的适应性。
燃烧室
燃烧室结构分类 1 分管燃烧室
2、环管型燃烧室
3 环行燃烧室
4 圆筒形燃烧室
低污染燃烧技术
1）干式低排放（DLN，或称为“dry low NOx”— DLN）燃烧室
NOx生成温度1650度 干式低污染燃烧的基本措施就是“贫预混”，即以适当的过 量空气系数将空气与燃料预先混合均匀后再进入燃烧室燃烧， 这就从根本上改变了传统的以扩散燃烧为主的概念。 预混燃烧的特点是反应区内的燃料浓度和反应温度都是均匀 的，也是预先通过燃料和预混空气的配比加以严格控制的。
一级离心式压气机就可以达到4.5或更高的压比 主要应用在小型、微型燃气轮机。
在压气机特性线的左侧,有一条喘振边界线。这表明，压气机 在一定的转速下运行时，如果空气流量减小到一定程度，运行 工况点进入了喘振边界线左侧的区域，那么整台压气机就不能 稳定，甚至会出现气 流向压气机进口方向倒流的现象，同时还会发生巨大声响，机 组伴随有强烈振动。这种现象通称为喘振。
(2)(2)在选用现成的压气机时，将燃气轮机机组的设计运行点选在离压气机喘振 边界较远处，从而留出一定的安全裕量。
(3)在轴流式压气机的第一级，或者前面若干级中，装设可调旋转导叶，作为防喘 措施。对于高压比的压气机有时前面三级都装有可转导叶。
(4)在压气机通流部分的某一个或若干个截面上，安装防喘放气阀。 (5) 把一台高压比的压气机，分解成为两个压比较低的串联运行的高、低压压气
图2 板料焊接的对流冷却静叶片
图 3 板料焊接的对流冷却动叶片
图 4 冷却叶片自叶顶排出的动叶
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。
在该叶片前方（相对于叶片运动方向而言）来流攻角会变 小而抑制了脱流的趋势，但其后方的来流攻角会进一步加大 而很快发生脱流。
与此同时，原来发生脱流的叶片却因其后方叶片的脱流而 状况改善，并退出脱流。这种情况就像脱流区沿着周向在传 递一样。
防喘振措施:
(1)在设计压气机时留有较大的“喘振裕度”，例如可以在设计工况时在前面各 级预先取一定的负攻角，这样在低转速变工况时即使攻角增加也不容易达到 旋转脱离的程度。
2-2 燃气轮机透平
轴流式 大型燃气轮机,流量大.
径流式： 离心式和向心式 用于微燃机,小功率燃机.
透平叶片的冷却 燃气轮机的发展靠高温材料和冷却技术，两者相 辅相成。
图 1 燃气初温逐年提高情况
叶片冷却形式
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 7 多排冲击和气膜冷却的综合冷却静叶
图 8 采用冷却技术后，典型的静叶出口温度与叶片温度
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
Xgl (% )
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图 5 有冲击冷却的静叶
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 一层膜，把叶片表面而与燃气隔开而对叶片起到保护作用，同时 冷却叶片，为气膜冷却。
4 发散冷却 当空心叶片用多孔的透气材料做成时，叶片内部的冷却空气就象
“出汗”那样自叶片表面流出，为发散冷却。
图 6 发散冷却叶片与表面温度
图3-33 DLN燃烧室的一个火焰筒示意图
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。
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1200
1300
1400
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T (℃ ) 3
图 9 燃气轮机初温与冷却空气系数的关系
未来冷却技术的发展 （1）采用综合冷却手段提高冷却效果 （2）提高工作可靠性 （3）蒸汽冷却
图 10 GE-H型燃气-蒸汽联合循环系统
燃机透平特性
四个特征参数： 折合流量， 膨胀比， 折合转速，效率
燃气轮机结构优秀课件
1-进口收敛器； 2-进口导流器；3-工作叶轮；4-扩压时列； 5-出口导流器；6-出口扩压器；
7-转子；8-气缸(或机匣)；9-端轴。
轴流式压气机的一个级只有1.15～1.35左右,实现高压比需 多级
离心式压气机
1-进口导流器；2-工作叶轮；3-无叶扩压器； 4-有叶扩压器；5-排气管；6-连接轴
几何入口角βlj与几何出口角β2j—中弧线在叶型入口边和 出口边的切线与前、后额线之间的夹角。
冲角i=1j-1
冲角加大
冲角减小
图3-17 压气机叶栅中旋转脱离现象的发生
如果某一个叶片上由于正攻角过大而发生了脱流，但相邻 叶片还没有发生，则这一叶片处就会发生局部的气流堵塞， 迫使来流向两侧偏转。
图3-34 催化（Xonon）燃烧室示意图
GE的DLN燃烧室
关于燃烧室初温T3的定义
由于燃气轮机透平叶片需冷却，因而在不同部位注 入冷却空气，导致了有不同的温度。
（1）燃烧室出口温度TA （2）燃气轮机透平第一级喷嘴后的温度TB （3）以进入燃气轮机透平的所有空气流量计算
知道其中任意两个可知其它参数。
图 燃机透平通用特性曲线的表示方法
qm1
A1cf 1 v1
qm2
A2cf 2 v2
qm
Acf v
联合运行工况点确定： 压气机与透平转速相同，压比与膨胀比之间存在联系。
燃烧的稳定性； 燃烧效率； 火焰筒的有效冷却； 燃料喷嘴的合理布置； 多种燃料的适应性。
燃烧室
燃烧室结构分类 1 分管燃烧室
2、环管型燃烧室
3 环行燃烧室
4 圆筒形燃烧室
低污染燃烧技术
1）干式低排放（DLN，或称为“dry low NOx”— DLN）燃烧室
NOx生成温度1650度 干式低污染燃烧的基本措施就是“贫预混”，即以适当的过 量空气系数将空气与燃料预先混合均匀后再进入燃烧室燃烧， 这就从根本上改变了传统的以扩散燃烧为主的概念。 预混燃烧的特点是反应区内的燃料浓度和反应温度都是均匀 的，也是预先通过燃料和预混空气的配比加以严格控制的。
一级离心式压气机就可以达到4.5或更高的压比 主要应用在小型、微型燃气轮机。
在压气机特性线的左侧,有一条喘振边界线。这表明，压气机 在一定的转速下运行时，如果空气流量减小到一定程度，运行 工况点进入了喘振边界线左侧的区域，那么整台压气机就不能 稳定，甚至会出现气 流向压气机进口方向倒流的现象，同时还会发生巨大声响，机 组伴随有强烈振动。这种现象通称为喘振。
(2)(2)在选用现成的压气机时，将燃气轮机机组的设计运行点选在离压气机喘振 边界较远处，从而留出一定的安全裕量。
(3)在轴流式压气机的第一级，或者前面若干级中，装设可调旋转导叶，作为防喘 措施。对于高压比的压气机有时前面三级都装有可转导叶。
(4)在压气机通流部分的某一个或若干个截面上，安装防喘放气阀。 (5) 把一台高压比的压气机，分解成为两个压比较低的串联运行的高、低压压气
图2 板料焊接的对流冷却静叶片
图 3 板料焊接的对流冷却动叶片
图 4 冷却叶片自叶顶排出的动叶
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。
在该叶片前方（相对于叶片运动方向而言）来流攻角会变 小而抑制了脱流的趋势，但其后方的来流攻角会进一步加大 而很快发生脱流。
与此同时，原来发生脱流的叶片却因其后方叶片的脱流而 状况改善，并退出脱流。这种情况就像脱流区沿着周向在传 递一样。
防喘振措施:
(1)在设计压气机时留有较大的“喘振裕度”，例如可以在设计工况时在前面各 级预先取一定的负攻角，这样在低转速变工况时即使攻角增加也不容易达到 旋转脱离的程度。