燃气轮机简介

燃气轮机工作原理

燃气轮机是一种利用高速旋转的气流来驱动涡轮机转子工作的热力机械设备。它是一种将燃气能转化为机械能的动力装置，广泛应用于航空、发电、船舶等领域。燃气轮机工作原理的了解对于工程师和操作人员来说至关重要，下面我们将详细介绍燃气轮机的工作原理。

首先，燃气轮机的工作原理可以分为三个基本过程，压缩、燃烧和膨胀。在压缩过程中，空气被压缩并送入燃烧室，然后与燃料混合并燃烧，释放出高温高压的燃气。最后，这些高温高压的燃气通过涡轮机转子膨胀，驱动涡轮机转子旋转，产生机械能。

其次，燃气轮机的压缩过程是通过压气机完成的。压气机是由若干个叶片组成的转子，当转子旋转时，叶片将空气压缩并送入燃烧室。在燃烧室中，燃料被喷入，并在高温高压的环境中燃烧，产生燃气。这些燃气将通过高速喷射进入涡轮机转子，推动转子旋转。最后，燃气轮机的膨胀过程是通过涡轮机完成的。涡轮机转子被燃气推动旋转，产生机械能，驱动发电机或其他设备工作。

最后，燃气轮机的工作原理可以简单概括为“压缩、燃烧、膨胀”。在实际应用中，燃气轮机通常与发电机相连，利用旋转的涡轮机转子产生的机械能驱动发电机发电。燃气轮机具有结构简单、启动快速、响应灵活等优点，因此在发电厂、航空、船舶等领域得到广泛应用。

总之，燃气轮机是一种重要的动力装置，其工作原理的了解对于工程师和操作人员来说至关重要。通过对燃气轮机的压缩、燃烧、膨胀过程的详细介绍，相信读者对燃气轮机的工作原理有了更深入的了解。希望本文能够帮助读者更好地理解燃气轮机的工作原理，为相关领域的工程实践提供帮助。

第7篇 燃气轮机及联合循环机组

第1章 概述

1 燃气轮机的工作原理及特点

燃气轮机(Gas Turbine)是一种高速旋转的叶轮机械，由压气机、燃烧室、透平三大主要

部件和控制与辅助系统组成，其热力循环（Brayton循环）由工质的压缩、加热、膨胀、放

热四个过程组成，图1a给出了简单循环燃气轮机的示意图和理想热力循环的焓-熵图。提高

简单循环燃气轮机效率的途径是提高循环的压缩比和透平入口温度，但这受到高温材料能力

的限制。复杂燃气轮机循环有三类：一是间冷燃气轮机循环（图1b），即工质在压缩过程中

被冷却以减少压缩过程的耗功; 二是回热燃气轮机循环(图1c)，即利用透平排气加热进入燃

烧室之前的压缩空气以减少燃料消耗; 三是再热燃气轮机(1d)，即燃气在高压透平作功后，

进入低压燃烧室再次被加热，然后进入低压透平作功。复杂循环可以提高燃气轮机的效率，

但系统复杂化，产品设计、制造、运行、维护难度加大。目前世界上投入运行的中型与大型

燃气轮机绝大部分采用简单循环。燃气轮机以空气为工质、透平排气进入大气，称为开式循

环。在某些特殊环境下若工质在燃气轮机内循环使用，这种循环称为闭式循环。

a

b

c

d

图1 . 开式简单循环(a)、间冷循环(b)、回热循环(c)和再热循环(d)

燃气轮机简图和理想热力循环焓熵图

开式循环燃气轮机的工作原理是，高速旋转的压气机将空气吸入并压缩到预定的压力，

压缩后的空气进入燃烧室与喷入的油/气燃料混合燃烧，得到的高温高压燃气在透平中膨胀

作功，然后排入大气。透平产生的功大部分(约2/3)驱动压气机，剩下的部分用于驱动发电

机或其他机械设备，如鼓风机、泵等。透平排出的燃气若通过尾喷管高速喷出则可产生很大

的反作用力(推力)，这就是航空燃气轮机即喷气发动机的基本原理。本书仅讨论用于发电的

开式循环燃气轮机，又称重型燃气轮机(Heavy Duty Gas Turbine)，图2是一台典型重型燃气

燃气轮机的原理与结构介绍

燃气轮机是一种利用燃气燃烧产生高温高压气流，通过推动涡轮转动，进而驱动发电机或其他机械装置的热动力装置。其工作原理主要包括燃气燃烧、能量转换和工作过程三个方面。

1.压缩机：压缩机是燃气轮机的核心部件之一，以提高压气机进气流动的动能，同时将气体压力提升至燃烧室所需的压力值。压缩机通常由多级叶轮设计，叶片与壳体之间的间隙很小，以确保气流的紧凑状态。气流在各级叶轮中加速，并在每个级别后面的导向叶片中改变流向，最终进入燃烧室。

2.燃烧室：燃烧室是将燃气和空气混合并进行燃烧的部分。压缩机泵入的气体首先通过燃气轮机喷油器喷入燃烧室，混合燃气在点火器的点火下燃烧。在燃烧的过程中，燃气内部的化学能被释放出来，产生高温高压的气流。

3.涡轮：涡轮是燃气轮机中的另一个关键部件，由高压涡轮和低压涡轮组成。高温高压的燃气通过高压涡轮的叶片，使涡轮快速旋转。旋转的涡轮通过轴向传递的力量，带动高速旋转的低压涡轮，最终推动轴线上的装置工作。涡轮通常由高温合金材料制成，以保证在高温高压的环境下的耐磨、耐腐蚀性能。

4.排气系统：排气系统主要用于将燃气轮机的废气排放到大气中。排气管在涡轮后面连接，将排放的废气引导出燃气轮机。同时，排气管内部还设置了一些降温装置，以降低排气温度，减少对环境的污染。

1.压缩：压缩机将大量的空气吸入，通过多级叶轮的旋转将气体压缩成高压气体。在此过程中，气体的体积减小，温度和压力增加。 2.燃烧：压缩后的高压气体进入燃烧室，在燃料的点火下燃烧。这些燃烧物质会释放出大量的热能，将气体的温度提高到非常高的程度。

3.膨胀：高温高压的气体通过高温涡轮的叶片，使涡轮快速旋转。涡轮通过轴向传递的力量带动低压涡轮旋转，同时提供给发电机或其他机械装置所需的动力。

4.排气：膨胀后的废气通过排气管排出，同时通过降温装置冷却后排放到大气中。排气管内设有减震器和消声器，以减少噪音和震动对环境和设备的影响。

燃气轮机简述

对于刚接触燃气轮机的人来说，一切都是那样的陌生，经过对燃气轮机实物的参观，增加了许多的感性认识，知道了其大致结构，至少在大脑中留下了具体的印象，为以后学习其结构有很大裨益。

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量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。我国古代出现的走马灯是涡轮机最早皱形，然而最早描述燃气轮机出现在17世纪中叶，1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于1900～1904年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获得实用。直到1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13%、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。 自此燃气轮机步入快速发展期。

燃气轮机从理论构想到如今大概快经历了四个世纪的发展，按其应用分类为航空燃气轮机，船用燃气轮机，地面燃气轮机。由于作战的需求促进了航空燃气轮机的迅猛发展，技术相对于其他两个领域更加成熟。在航空领域根据有无压气机分为两个大类，无压气机的有冲压式发动机、脉动式发动机;有压气机的有涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、桨扇发动机。所以大多数地面、船用燃气轮机由航空发动机改造而来，这样的航改机具有投资少，研制周期短，生产成本低，同时效率高、重量轻，检修方便、维护费用低等好处。

燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，这三部分又被称为燃气发生器。它是产生具有一定温度及一定压强的燃气的装置，所产生的燃气具有很高的可用能量，这是因为高温——具有很高的热能，高压——具有很高的位能并且具有很高能量的高温高压燃气进一步膨胀对外做功，可以说它是燃气轮机的核心。首先压气机可分为轴流式和离心式两类，轴流式压气机由许多轴流单级串接组成，空气基本上是沿着与叶轮旋转轴线平行的方向流动的，其结构复杂，特性线陡峭，稳定工作范围必须依靠调节才能确保。压气机内有静子和转子，转子由转轴和动叶片组成，静子固定在机壳内。越远离进气口，动叶片越短，主要是用来增大空气压力。压气机转子有三种基本结构形式：鼓式、盘式和混合式，各有优缺点，有单转子，双转子，三转子机构的压气机，双转子压气机中，两压气机分别称为低压压气机和高压压气机；离心式压气机空气是沿着离开叶轮中心的方向流动的，它的单级压比高、结构简单、工作可靠、稳定工作范围宽，一般不需要调节。轴流式压气机得有防喘气装置，有中间级放气、进口可转导流叶片和可转静叶片、可变弯度进口导流叶片。