燃气轮机简介

1、燃气轮机简介燃气轮机简介培训中心热机培训课件授课老师-柳治民 燃气轮机是连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的化学能转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机 燃气轮机基本原理与蒸汽轮机相似，不同之处在于工质是燃烧后的烟气而不是蒸汽 燃气轮机也属于内燃机的一种 燃气轮机由三大部分构成：压气机、燃烧室、燃气透平。工质在燃烧室里燃烧，将燃料的化学能转变为气体的内能，在喷嘴里气体的内能转变为气体的动能，燃气高速喷出，冲击叶轮旋转燃气轮机分类 工业重型工业重型燃机是目前地面上应用最广泛的机组，其主要要求是寿命长，能长期连续安全运行；其次是要求达到较高的效率，少用贵重合金材料，因而

2、其重量较大，尺寸也较大。 航机改型航机改装型则是把航空用的涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺浆发动机、涡轮轴发动机等加以改装用于发电，其结构特点是结构比工业型的轻巧、燃气初温高，机组效率高。燃气轮机主要生产厂家 世界上能设计和生产重型燃气轮机的主导工厂只有4家：美国GE:PG6581B/PG9171E/PG9351F德国Siemens:V94.2/V94.3 法国Alstom:GT13E2/GT26 日本Mitsubishi:M701F 生产轻型燃机的厂家：美国GE:LM2500+/LM600美国Pratt&Whitney:FT8-3英国Rolls Royce:Trent 60 FT8型燃

3、气轮机西门子燃机V94.3 压气机：对进气增压重型燃机压气机 轴流式压气机气体在压气机内的流动方向大致与压气机的旋转轴平行。轴流式压气机的空气流量可以做到很大，多级轴流式压气机的效率也比较高，一般为8489，因此在大功率燃气轮机中都采用多级轴流式压气机。 离心式压气机气体在压气机内的流动方向大致与压气机的旋转轴垂直。离心式压气机单级压比较高，但气流路线比较曲折，因此效率比轴流式压气机要低，一般为7582。离心式压气机由于受到材料强度的限制，工作叶轮的外径尺寸不能做得太大，工作叶轮的进口尺寸也相应受到限制，所以空气流量不能做到很大。适用于流量较小的场合，多用于微型燃气轮机。微型燃机压气机转子微型

4、燃机 燃烧室：通过对压气机的压缩空气燃烧加热，增加工质的做功能力 燃烧室部件：燃料喷咀火焰筒联焰管过渡段点火器火焰探测器圆筒型燃烧室全部空气流过一个或两个独立于燃机轴之外的燃烧室，结构独立，尺寸可以做得大一些，燃烧效率高，稳定性好，适用于固定式机组。圆筒型燃烧室分管型燃烧室分管燃烧室呈环形均匀分布在燃机轴周围，单个分管尺寸小，便于拆装，在轻型燃机中应用较多。环形燃烧室只有一个火焰筒，由燃机轴外围环形空间构成，头部沿圆周配置多个喷咀。体积小、质量轻，流阻损失小，航空燃机应用较多。但由于燃烧空间完全联通，燃烧不易控制，温度场不易保持稳定。环形燃烧室燃烧器出口方向透平进口方向环管型燃烧室 介于分管型

5、和环形之间的结构形式，燃烧室外套是环形联通的，而火焰筒则是分开的单管。重型燃机上应用广泛。 透平：通过膨胀做功，将燃气的热能转变为对燃机大轴转动的机械能 旋转的压气机就向一把风扇，将进气加压并驱动之进入燃烧系统。流体工质在燃烧室中被燃烧，加热。透平则可看成是一个风车，为加热的流体（燃气）驱动旋转来带动压气机，并通过旋转轴将多余的功输出（带动发电机）燃气轮机工作流程 压气机连续的从大气中吸入空气并压缩。 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，随机流入燃气透平中膨胀做工，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转。 加热后的高温燃气的做工能力显著提高，燃气透平在带动压气机的同时，尚

6、有余功作为燃气轮机的输出机械功。 燃气轮机由禁止启动时，需用启动设备，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。燃气轮机热力循环 燃气轮机工作时，需要不断的从外界吸入空气（工质），并完成压缩、燃烧加热、膨胀和放热四大过程，即实现一个热力循环后，才能连续的把燃料的化学能部分的转化为机械功。理想简单循环（Brayton循环） 循环过程与外界不发生热量交换，也不存循环过程与外界不发生热量交换，也不存在摩擦损失。在摩擦损失。 1、压气机中的压缩过程是绝热的，不考虑摩擦损失的话，这是一个可逆的热力过程，称为等熵压缩过程。 2、燃气透平中膨胀过程也是绝热的，称为等熵膨胀过程。 3、燃烧室燃烧过程可以认为是等压加

7、热过程。 4、烟气经烟囱排入大气是等压发热过程。 1-2 绝热压缩 2-3 等压加热 3-4 绝热膨胀 4-1 等压放热Brayton循环热效率吸热量放热量)(23231TTchhqp)(14142TTchhqp 循环效率 等熵过程 等压过程 于是 循环效率)1()1(11()(112321412314)231412,TTTTTTTTTTTTcTTcqqppBt32PP 41PP 3421TTTT1423TTTT21,1TTBtkkPPTT13434)(kkPPTT12121)( 循环效率仅取决于压缩压缩状态始末点温度。 压缩比 于是有 循环效率取决于压缩过程的增压比，压比越高效率越高。它说明

8、适当提高增压比是改进燃气轮机循环效率的有效途径之一。12PPkkPPTT11212)(kkBt1,11Brayton循环输出功 循环净功 绝热过程参数关系 引入温比定义) 1()1 ()()()()(12134312431243TTTcTTTcTTcTTchhhhwpPPpnetkkTTTT14312)1()11 () 1()11 (111311113kkkkpkkpkkpnetTTTcTcTcw13TT) 1)(1(1mmTcwpnetkkm1 循环净功与增压比和增温比都有关系 工质一定，初始状态一定时， 已知，若增温比一定，循环净功仅取决与增压比。从曲线中可以看出，随的增加先增加后又减小，

9、中间有一个最大值。pc1Tk),(fwnetnetw 结论a .压比一定时，温比越大，则循环净功越大。b .对于每一个温比都有一个最佳的增压比，才能得到一个最大的输出功。实际简单循环 由于存在摩擦损失和热量损失，实际循环是不可逆的12不可逆绝热压缩，非定熵过程23定压加热过程34不可逆绝热膨胀过程，非定熵过程41定压放热过程不可逆影响因素：压气机内效率燃烧室效率燃气透平内效率进气压损系数燃烧室压损系数排气压损系数提高这些参数就可以使实际循环向理想循环趋近cBTcTB 若只考虑对循环影响较大的压气机效率和透平效率，则实际循环净功和效率可表示为cTcmpmpTGTTcTcw) 1()1 (33cm

10、cmTGT1)1()1(1 由热效率的表达式可以看出，升温比对循环热效率有影响，这与理想循环不同。 考虑压气机和透平效率后，温比对循环效率也有影响，并破坏了效率与压比的单调关系。温比一定的情况下，在某一压比下效率会出现最大值。 分析燃气轮机循环可以看出，燃气轮机之所以能变热为功，是以空气在压气机中压缩增压，并在燃烧室中加热升温为基本前提的，否则燃气就无法在透平中膨胀作功。 由此可见，升温和增压两个因素对于机组的热效率和输出功一定会有重要影响，前者体现在燃气初温的选取上，后者体现在压比上。提高燃气轮机性能的主要途径1、提高燃烧初温受到透平叶片材料和冷却技术的限制。燃机入口温度(燃烧室出口温度)T

11、emperatureYearBlade MaterialVane MaterialCreep Rapture Durable Temperature(Stress:14.1kg/mm2, 1000hr)Ni base alloy (CC)Ni base alloy (DS)Co base alloy (CC)Fe base alloyMGA1400DSMGA1400CCMGA2400CC: Mitsubishi material材料发展燃气轮机发展 温度与效率19601970198019902000(deg.C)year303540效率(%)900100011001200130014001500效率MW501AM701BM501DM701DMF111M50