燃气轮机简介课件

燃气轮机工作原理
燃气轮机工作原理是利用压气机将空气吸入，然后在燃烧 室中与燃料混合并燃烧，产生高温高压气体，推动涡轮旋 转，从而带动发电机或其它设备运转。
燃气轮机具有较高的热效率，因为它采用了回热和涡轮膨 胀等先进的热力学技术。
燃气轮机特点
燃气轮机具有体积小、重量轻 、响应速度快、操作灵活等特
点。
燃气轮机市场现状
随着能源结构的调整和清洁能源的发展，燃气轮机市场规模 逐渐扩大，技术水机市场将逐渐向高效、环保、安全的方向发展， 产业将不断升级和优化。
燃气轮机产业的发展前景
技术创新
燃气轮机技术不断创新和发展 ，未来将进一步提高燃气轮机
的效率和可靠性。
市场需求
停车操作
在正常停机或紧急停机情况下，按 照规定的操作步骤，关闭燃气轮机 及相关辅助系统。
正常运行监控
运行参数监控
实时监控燃气轮机的运行参数 ，如功率、转速、温度、压力
等，确保其正常运行。
性能监测
定期对燃气轮机的性能进行检 测，包括热效率、排放指标等
，以评估其运行状态。
安全监控
对燃气轮机及相关系统进行安 全监控，及时发现并排除潜在
控制和调节
控制系统根据燃气轮机的 运行状态和需求对其进行 控制和调节，确保其稳定 、高效地运行。
人机界面
控制系统提供一个人机界 面，方便操作人员对燃气 轮机进行操作和监控。
03
燃气轮机运行与操作
启动与停车
启动准备
检查燃气轮机及其辅助系统是 否正常，确认燃料供应和控制
系统就绪。
启动过程
按照规定的启动程序，逐步提高 燃气轮机的转速，直到达到稳定 运行状态。
燃气轮机能够适应各种复杂的 气候和地理环境，并且具有较

我国燃气轮机整体技术落后、 关键技术依然国外大公第司20垄页/共断22页
•
当前航空发动机的主要类型有哪四种？（4分，每条一分）
•
涡轮喷气式发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机、涡轮轴发动机
•
燃气轮机的基本组成部分及各部分功能？（6分）
•
包括三部分：压气机、燃烧室、涡轮。（3分）
• 压气机——压缩空气（消耗功）（1分）
• 在1939年，德国首次在飞机发动机上采用了燃气轮机 代替内燃机，并进行了试飞。
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2、燃气轮机发展史
• 由于战争的原因，在二次世界大战之前，主要的研究集中在地 面燃气轮机（轴功输出形式）。
• 在战争期间，但是注意力迅速转移到作为飞行器推进动力的涡 轮喷气式机械上来。由于军事的需要，燃气轮机技术得到了迅 猛的发展，并广泛应用于工业、舰船动力、航空等领域。
• 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。
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3、燃气轮机的特点
• 如按照轴系布置可组成不同类型的燃气轮机
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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。
• 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；
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西门子SIEMENS 燃气轮机
• we
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GE 燃气轮机
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补充说明：外方坚持不转让燃气轮机任何设计技术、热端部件制 造技术，更不可能转让先进级（G/H级）燃气轮机的任何技术。
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1、航空发动机发展史
▪ 仿制生产 涡喷5（苏联BK-1φ）,1956年量产，用于歼5； 涡喷6（苏联PⅡ-9B）,1961年量产，用于歼6； 涡喷7（苏联P-Ⅱ-300）,1966年量产，用于歼7； 涡喷8（苏联РД-3М）,1967年定型，用于轰6；
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技术落后的原因
▪ 我国的问题在于，专利引进或测绘仿制的发动机型号 过多，延续时间过长；在仿制过程中，又没有安排足 够的经费和精力认真抓好消化吸收，虽然搞了一轮又 一轮的引进和仿制，但许多关键技术并没有吃透，往 往是“知其然而不知其所以然”，因而对促进自主研 发的作用较为有限。而且许多引进项目往往挤掉或者 削弱了国内的自主研制工作，占用了大量的人力、物 力和资金。长期的测绘仿制思维，在某种程度上阻碍 和束缚了自主发展。
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据统计，目前中国几乎所有已建、在建的天然气发电机组均 来自国外巨头，美国GE、德国西门子及日本三菱公司凭借先进 的技术和设备已垄断中国市场。更为严重的是，垄断将长期持 续，甚至十多年都无法解决。
上海临港燃机的修理费全年平均为1.2亿元，其中备品备件一 般占合同总额的50%~60%，燃烧热通道部件返修费用约占 20%~30%，人工费用约占10%~20%。
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3、电站燃气轮机
▪ 1995年，开始研制“昆仑”涡喷发动机改型电站燃气 轮机QD128，2002年投入使用。
▪ 1996年，开始研制“太行”涡扇发动机改型电站燃气 轮机QD70，2002年投入使用。
▪ 2002年，开始立项研制R0110重型燃气轮机，2012年 完成试验运行考核。

H
n 1s
p1 1
H2s 2s* H’2s
2s 2s’
Hu实际焓降 P2*
2*
2’*
p2
余速损失H c= c22/2
2
H r
s
三、涡轮级的能量损失
1、喷嘴损失 Hn
H n c 1 2 s2 c 1 2 ( 1 2 )c 2 1 2 s (1 2 1 )c 2 1 2
2、动叶损失 Hr 轮周损失
界无功的 交换
00 1d p1 2(c0 2c1 2)L R 1
c1>c0
01dp12(c12c02)LR1
压 能 绝 对 动 能
p0>p
1
⑵分析动叶栅(1-2)
转 减
压 动
增 喷
管 速
外界加
给气体
LT 12dp12(c12c22)LR2
c2<c1
(绝对坐标系）
的功
压能 动能 流 阻
L u u 1 c 1 u u 2 c 2 u
轴流式涡轮，设u1= u2= u
L u u ( c 1 u c 2 u )
cu wu L u u ( w 1 u w 2 u )
ucu
uwu
u(c1uc2u)
u(w 1uw 2u)
提高轮周功的途径
T>0
(1)un
取决于材料强度和技术要求
3 有效效率
——考虑外部损失Hm
eH H e s H H ismim
e* i*m
H e H i H m H u H H m H s ( n r c ) H H m
五、速度比对效率的影响
u轮周损失
(1流 ) 动 损 H n 失 H r叶栅效率

灭火方式：自动灭火、应急电动灭火、应急手动灭火。 灭火装置包括：灭火装置箱体、二氧化碳贮液瓶及瓶头阀、
启动装置、启动管道、集流管、安全泄气阀、液流单向阀、 压力开关、灭火剂管道、喷嘴、火灾探测器、报警灭火控 制器、声光报警器、手动控制盒等。
9、通风和照明系统
通风（6B）：在轮机间罩顶上装有罩壳通风机88BT-1，机组启动点 火后，此风机自动投入，将轮机间的热空气抽到罩壳外使轮机间形成 负压，这样外界的新鲜空气通过辅机间和轮机间的通风窗进入轮机间， 加速轮机间内空气对流，从而降低轮机间正常运行时的空间温度，并 使可燃性气体混合物不易形成。 气体燃料小室采用强制通风，外部空气由罩壳门的底部百叶窗吸入， 然后由顶部抽风机排出小室，这样可尽量降低小室内可燃气体的浓度。 对于负荷齿轮箱装有罩壳的机组，齿轮箱罩壳顶部装有1台通风机， 将室内的热空气抽出，达到通风散热的目的。
空气处理站有一就地控制箱，将由马达控制中心来的220V电源分为两路，一 路直接送至空气干燥器的控制器，一路控制排放电磁阀。空气干燥器自身配 有控制器，可完成双联干燥元件的自动切换及其它功能。排放电磁阀的控制 由装在就地控制箱内的一只时间继电器控制开断时间，该时间断电器可调， 用户可根据排放阀的实际排放情况对开、断时间进行调整。
11、油气分离系统
任务：该系统主要作用是将发电机、负荷 齿轮箱及机组滑油箱冒出的含油气体分离。 分离出的油排入油箱。
系统构成：该系统主要由油气分离器、油 气分离器支架、管路及阀等组成 。
12 、注水系统
注水系统作用：控制氮氧化合物的生成， 使透平的排气符合环保要求。增加燃机出 力，以满足燃机调峰要求。一般根据不同 的水油比，机组出力可增加 3－5％。
从空气的流向可以把压气机分为进气缸、压气缸 和排气缸，进气缸和进气过滤装置连接（大气 端），排气缸和燃烧室相连（透平端），为燃气 的燃烧提供充足的空气量。

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涡轮入口温度的提高
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1-4 燃气轮机的分类
简单循环：
开式循单环轴：、分轴、双轴、多轴燃气轮机 单轴：负荷固定、转速固定；发电用；压气机固有的转动惯量，有利
于防止在甩负荷时产生飞车；加入热交换器可以使整机热效率提高，但这 要损失10%功率。
分轴：起动机仅满足燃气发生器即可；甩负荷时会带来涡轮的飞车， 所以控制系统要有保证。
H. Cohen, G. F. Rogers, H. I. H. Saravanamuttoo
第一章 概论 1.1 燃气轮机的 组成及工作原理
C- compresser T- Turbine B – Combustion chamber
Simple gas turbine system
1-2 燃气轮机的发展
缺点：需要外部加热系统；这样加热器表面温度给主循环最高温度 设定了上限。
现代燃气轮机的结构特点
轻型结构<10KG/PS， 重型结构 >15KG/PS 燃气轮机简轻图型：结构： 航空机和航空改型舰用燃气轮机，工业轻型（重载轻型）
重型结构：工业燃气轮机
单位功率重量：
金属耐热极限---1100 ℃；涡轮进气温度：1460 ℃
多轴：如果不采用热交换器而获得高的热效率，就要有高压缩比。虽 然多级离心式压气机具有高的压比，但其效率要比轴流式的低，所以通常 都是采用轴流式压气机。而当压气机在低转速时，由于压气机后几级由于 出口面积减小，空气密度降低，气体轴向速度加大，叶片会出现阻塞。这 种不稳定区的出现，会发生在燃气轮机起动或低负荷情况。
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海军舰船
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机车车辆
英国98年英研国制984年00研0制马4力00机0马车力机车
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的互补和优化利用。
燃气轮机行业的环保政策与法规
排放限制
各国政府对燃气轮机的排放制定了严格的限制标准， 要求企业采取有效措施降低排放，促进清洁能源的使 用。
能效标准
政府制定能效标准，鼓励企业采用高效低排放的燃气 轮机技术，推动行业的技术进步和绿色发展。
06
燃气轮机与其他动力设备的比较
与蒸汽轮机的比较
涡轮机通常采用轴流式或离心 式设计统
01
控制系统是燃气轮机的重要组成部分，负责监控燃气轮机的运行状态 、控制燃气轮机的启动、停机、运行等操作。
02
控制系统的设计应确保安全、可靠、高效地控制燃气轮机的运行，同 时具备故障诊断和保护功能。
03
控制系统通常采用自动化和数字化技术，以实现远程监控和智能控制 。
先进的材料和制造工艺
采用耐高温、耐腐蚀的新型材料，以及先进 的制造工艺，提高燃气轮机的可靠性和寿命 。
燃气轮机在新能源领域的应用
分布式能源系统
燃气轮机在分布式能源系统中扮演重要角色 ，能够提供稳定、可靠的电力和热力供应， 同时具有较高的能源利用效率和较低的环境 影响。
混合能源系统
燃气轮机可以与太阳能、风能等可再生能源 相结合，形成混合能源系统，实现多种能源
燃烧室的设计还需考虑启动、停机、正常运行等不同工 况下的性能表现，以满足燃气轮机的整体需求。
涡轮机
涡轮机是燃气轮机的动力输出 部分，通过涡轮叶片将高温、
高压的燃气转换为机械能。
涡轮机的设计应确保高效、稳 定地将燃气能量转换为机械能 ，同时承受高温、高压、腐蚀
等恶劣环境。
涡轮机的结构和材料需经过精 密的设计和制造，以确保其长 寿命和可靠性。
燃气轮机的热效率
总结词

燃气轮机的应用领域
能源发电
燃气轮机广泛应用于能 源发电领域，包括联合 循环发电和分布式能源
系统。
工业用途
在石油、化工、冶金等 领域，燃气轮机作为驱 动和工艺流程的动力源
。
航空航天
在航空航天领域，燃气 轮机作为飞机和火箭的
发动机。
军事用途
在军事领域，燃气轮机 用于舰船、坦克和导弹
等装备的动力系统。
02 燃气轮机的工作流程
应急维修
在燃气轮机发生故障时，应尽快进行应急维修，以尽快恢复其正常运行 。应急维修包括诊断故障原因、更换损坏部件、检查其他潜在问题等。
05 燃气轮机的发展趋势与挑 战
高效能燃气轮机的研究进展
高效能燃气轮机的研究重点在 于提高热效率、降低排放和降 低燃料消耗。
先进的气动设计、热力学优化 和材料技术的研发是实现高效 能燃气轮机的重要手段。
未来高效能燃气轮机将更加注 重智能化和自动化技术的应用 ，提高运行效率和可靠性。
清洁能源利用在燃气轮机上的挑战
燃气轮机作为清洁能源利用的重 要手段，面临排放控制和燃料多
样化的挑战。
需要研发低排放、低噪声的燃气 轮机技术，以满足环保要求。
同时，需要开发适用于不同燃料 类型的燃气轮机，以满足多样化
的能源需求。
停车
当需要停车时，应按照规定的停车程序进行操作，并确保燃气轮机完全停止运行。同时，需要对燃气轮机进行全 面检查，确保其处于良好的工作状态。
燃气轮机的运行监控
参数监控
在燃气轮机运行过程中，需要对其各项参数进行实时监控，如功率、效率、排气温度等。这些参数的 变化可以反映燃气轮机的运行状态，及时发现并处理异常情况。
工作原理
燃气轮机的工作原理基于布雷顿 循环，通过吸入空气、压缩、燃 烧和排气四个过程实现能量的转 换。

驱逐舰采用4台 机机组的发电量约 由一台1500kw燃
GT25000燃气轮机, 占3%。
气轮机驱动。
单台功率28670kw。
1.4 燃气轮机的优点
功率 密度 • 功大率 密度 是内 燃机 的三 倍， 汽轮
启动 速度 • 工快业
水电 消耗 • 燃少气
自动 化程 •度控高制
清洁 •环使保用
燃气 轮机 系统 最新
• 清洗压气机 • 通风冷却 • 清洁进气
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3.2燃气轮机的控制系统
控制系统
触摸屏
3.3燃气轮机的润滑系统
19
3.3燃气轮机的润滑系统
20
3.3燃气轮机的润滑系统
油过滤器
轴承供油
3.4燃气轮机的启动系统 启动电机
3.5燃气轮机的燃料系统 启动电机
目录
01
燃气轮机概述
02
燃气轮机的结构
轮机指的
烧后产生的
轮高机温一高般压称连为 透续平流机动，的是气将 流体介体质中蕴
是设备 有的能量与机
械能相互转换
的转动机器。 1
1.1燃气轮机的定义
透平的动静叶
透平的动叶片 配合
1.2燃气轮机的用途
发电
舰船
燃机的用途
车辆
飞机
泵与风机
3
1.3燃气轮机的用途
国产最先进的055 2018年中国燃气轮 美国主战坦克M1
1.5 燃气轮机的工作原理：布雷登循环
1.5 燃气轮机的工作原理：布雷登循环
➢ 燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因 素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著 提高。
➢ 压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩。 ➢ 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

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；
汽轮机工作原理
汽轮机将蒸汽的 热能转变为机械 功通常是通过冲 动作用原理和反
动作用原理这两
种方式实现的。
汽轮机的特点
• 原动机有电动机、蒸汽机、内燃机、汽轮机等。目前炼化工装置中常用的是电动 机和汽轮机，汽轮机有如下优点： 1．汽轮机转速高，高速汽轮机转速在10000r／min以上，可直接与离心泵或离心压缩 机联结；电动机最高转速只能达到3000r／min,与离心泵或离心压缩机联结时，还 必须有增速设备。
2、燃气轮机发展史
• 早在18世纪，燃气轮机的理论和工作原理就已经建 立起来了，但直到1940左右才真正制造出来。主要 的原因在于高温材料方面的限制和各部件（压气机 、涡轮）效率偏低。 • 发展的历程。专利——试制——成功，三个阶段。
• 在1791年英国人John Barber 获得了第一个燃气轮机的 专利，尽管他没有真正制造一台燃气轮机，但是为将来 的发展奠定了基础。 • 在1872瑞士人Stole获得了一个燃气轮机的专利，他设计 的燃气轮机包括多级轴流式压气机、反动式涡轮、燃烧 室、回热器等部件。 • 1895年,美国人 Charles提出了完整的燃气轮机的设计专 利。
蒸汽轮机 燃气轮机
从活塞机到轮机 蒸汽轮机
燃气轮机
一、从活塞机到轮机
工质在工作部分所做的功不能全部转到 发动机的曲轴上，成为有用功输出。其中有相 当大的一部分要消耗在转动装置上，这部分损 失叫做机械损失。

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轴流式压气机
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压气机结构组成
压气机的结构包括：静子总成、转子轮盘和压气机的低 /高压机匣。
压气机的静子总成是由静叶分别镶嵌安装在低/高压两 个机匣内。包括了进口导向叶片在内的前5级静叶安装在低 压机匣内，高压机匣内安装剩余的5级静叶和末级出口的整 流导叶。其中压气机的进口导向叶片和第1、2、3级静叶片 是可以改变朝向角度的，简称为可转导叶。
内燃机主要分柴油机和汽油机二类，从它工作方式上 以可分为四冲程和二冲程。
7
燃气轮机装置是在二十世纪四十年代后才得 到迅速发展的热能动力装置，它实际上是蒸汽轮 机和内燃机的优点综合后的产物。由于它是旋转 式机械，可连续地吸气、排气，具有转速高，工 质流量大等优点；因此燃气轮机装置每单位功率 的重量和体积都比内燃机小很多。相应地它的单 机功率可达二十多万千瓦以上，远远大于内燃机。 正是由于这些因素使得它首先在航空上得到应用， 它和喷气技术相结合而成为航空用涡轮喷气发动 机，现已成为航空中占绝对优势的动力。此外， 燃气轮机亦常应用于舰船动力，由于它起动快的 特点，从而可提高舰船的机动性。
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级间放气阀
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主要的防喘措施有以下三种：
② 旋转一级或数级导流叶片（可转导叶系统）。 用这种方法防喘时，在第一级压气机前面往往装有进口
导流叶片。由于压气机在低转速工作时前几级和末几级的攻 角偏离最大，首先产生分离，所以可调导流叶片往往设置在 多级轴流压气机的前几级和末几级。
燃气轮机采用的可转导叶系统安装在压气机上，通过机 械连杆装置与压气机相连。控制系统通过可转导叶系统改变 进口导向叶片和第1、2、3级压气机静叶片的朝向角度，以 改变进入压气机的空气流量，达到优化启动和运行的性能， 避免喘振现象的发生。