第二章 燃气轮机基本原理和计算

第一讲：燃气轮机基本原理及9E燃机性能型号参数授课内容：第一章：绪论1）：燃气轮机发电装置的组成2）：燃气轮机发展史3）：我国燃气轮机工业慨况4）：GE公司燃气轮机产品系列及其编号第二章：燃气轮机热力学基础知识1）：工质的状态参数2）：理想气体状态方程3）：功和热量第三章：燃气轮机热力循环1）：燃气轮机热力循环的主要技术指标2）：燃气轮机理想简单循环3）：燃气—蒸汽联合循环第四章：9E燃机性能型号参数1）：PG9171E型燃机型号简介2）：PG9171E型燃机性能参数简介第一章绪论第一节燃气轮机发电装置的组成燃气轮机是近几十年迅速发展起来的热能动力机械。

现广泛应用的是按开式循环工作的燃气轮机。

它不断地由外界吸入空气，经过压气机压缩，在燃烧室中通过与燃料混合燃烧加热，产生具有较高压力的高温燃气，再进入透平膨胀作功，并把废气排入大气。

输出的机械功可作为驱动动力之用。

因此，由压气机、燃烧室、透平再加上控制系统及基本的辅助设备，就组成了燃气轮机装置。

如果用以驱动发电机供应电力，就成了燃气轮机发电装置。

(幻灯)第二节燃气轮机发展史燃气轮机是继汽轮机和内燃机问世以后，吸取了二者之长而设计出来的，它是内燃的，避免了汽轮机需要庞大锅炉的缺点;又是回转式的，免去了内燃机中将往复式运动转换成旋转运动而带来的结构复杂，磨损件多，运转不平稳等缺点。

但由于燃气轮机对空气动力学和高温材料的要求超过其他动力机械，因此，发展燃气轮机并使之实用化，人们为之奋斗了很长时间。

如果从1791年英国人约翰·巴贝尔(John Baber)申请登记第一个燃气轮机设计专利算起，经过了半个世纪的奋斗，到1939年，一台用于电站发电的燃气轮机(400OkW)才由瑞士BBC公司制成，正式投运。

同时Heinkel工厂的第一台涡轮喷气式发动机试飞成功，这标志着燃气轮机发展成熟而进入了实用阶段·在此以后，燃气轮机的发展是很迅速的。

由于燃气轮机本身固有的优点和其技术经济性能的不断提高，它的应用很快地扩展到了国民经济的很多部门·首先在石油工业中，由于油田的开发和建设，用电量急剧增加·建造大功率烧煤电站不具备条件(没有煤炭，交通不便，水源紧张，施工困难等)，周期也不能满足要求·而燃气轮机电厂功率不受限制，建造速度抉，对现场条件要求不高，油田有充足的可供燃用的气体和液体燃料·不少油田还利用开发过程中一时难以利用的伴生气作燃气轮机燃料，价格便宜，发电成本低，增加了燃气轮机的竞争力，所以在油田地区，燃气轮机装置被广泛应用，除用于发电外，还在多种生产作业申用燃气轮机带动压缩机(例如天然气管道输送，天然气回注，气田采油等)和泵(例如原油管道输送和注水等)。

第2章 燃气轮机循环理论基础§2.1 燃气轮机循环概述与汽轮机装置的循环相比，燃气轮机装置的循环颇具多样性和复杂性。

下面逐次展开作一个简要的介绍。

2.1.1 燃气轮机的理想循环与实际循环单轴燃气轮机简单循环的示意图与温熵图见图2.1理想循环是指构成燃气轮机循环的四个过程都是可逆的，即：压气机的压缩过程是等熵（绝热无损，熵流与熵产都等于零的）压缩过程，燃烧室的燃烧过程是等压（无流动损失，无散热和燃烧损失的）燃烧过程，透平的膨胀过程是等熵（绝热无损，熵流与熵产都等于零的）膨胀过程，排气的放热过程是等压（无流动损失的）放热过程。

实际循环是指构成燃气轮机循环的四个过程都是不可逆的实际过程，即：压气机的压缩过程是不等熵（绝热有损，熵流等于零而熵产不等于零的）压缩过程，燃烧室的燃烧过程是不等压（燃烧室有流动损失，流体流经燃烧室时滞止压力有所降低的）燃烧过程，透平的膨胀过程是不等熵（不绝热(对透平的高温部件进行冷却所致)有损，熵流与熵产都不等于零的）膨胀过程，排气的放热过程是不等压（排气管道有流动损失,流体流经排气管道时滞止压力有所降低的）放热过程。

对于理想过程各计算点的参数计算，有热力学与流体力学中的公式可以使用。

对于实际过程，常常是使用损失模型对理想过程的计算结果加以修正，来获得实际过程各计算点的参数，进而获得实际循环的计算结果。

损失模型是通过实验和生产实际中总结出的经验数据与公式得到的，这一点在下面的讲课过程中会处处遇到。

而且，在对燃气轮机循环进行定性分析时，使用理想循环的模型会使得分析得以简化。

单轴燃气轮机简单理想循环的s T -图和v p -图参见图2.2。

在图2.2(a)中，不计压气机进气管道的流动损失，大气压和压气机第一级入口的滞止压力 相等，即*a p =*1p ，空气在压气机中等熵压缩，压气机出口空气总压为*2p ，滞止温度为*2s T ， 之后，空气进入燃烧室与加入燃烧室的燃料进行无燃烧损失和散热损失的定压燃烧，不计燃烧室中的流动损失，则在燃烧室出口，燃气的滞止压力与压气机出口的滞止压力相等， 即*3p =*2p ，而滞止温度为*3T ，然后，燃气进入透平等熵膨胀作功，膨胀到大气压，不计透平排气管道的流动损失，则在透平出口，滞止压力*4p =*a p (=*1p )，滞止温度为*4s T ，排入大气的燃气在大气压力下，定压放热，温度最终降到*1T (=*a T )。

QD20燃机轮机机组第 1章概述1.1 燃气轮机简介燃气轮机（Gas Turbine）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（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备等。

走马灯是燃气轮机的雏形我国在11 世纪就有走马灯的记载，它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上升热气推动顶部风车及其转轴上的纸人马一起旋转。

15世纪末，意大利人列奥纳多〃达芬奇设计的烟气转动装臵，其原理与走马灯相同。

现代燃气轮机发动机主要由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。

当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。

图1-2为开式简单循环燃气轮机工作原理图。

压气机从外界大气环境吸入空气、并逐级压缩（空气的温度与压力也将逐级升高）；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气；然后再进入透平膨胀做功；最后是工质放热过程，透平排气可直接排到大气、自然放热给外界环境，也可通过各种换热设备放热以回收利用部分余热。

在连续重复完成上述的循环过程的同时，发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。

燃气轮机动力装臵是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力（例如：电能、机械能或热能）所必需的基本设备。

为了保证整个装臵的正常运行，除了主机三大部件外，还应根据不同情况配臵控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。

燃气轮机区别于活塞式内燃机有两大特征：一是发动机部件运动方式，它为高速旋转、且工质气流朝一个方向流动（不必来回吞吐），使它摆脱了往复式动力机械功率受活塞体积与运动速度限制的制约，在同样大小的机器内每单位时间内通过的工质量要大得多，产生的功率也大得多，且结构简单、运动平稳、润滑油耗少；二是主要部件的功能，其工质经历的各热力过程是在不同的部件中进行的，故可方便地把它们加以不同组合处理，来满足各种用途的要求。

燃气轮机区别于汽轮机有三大特征：一是工质，它采用空气而不是水，可不用或少用水；另是多为内燃方式，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；再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，且高温部件需更多的镍、铬、钴等高级合金材料，影响了使用经济性与可靠性。

燃气轮机原理、结构及应用(上、下册)pdf燃气轮机原理、结构及应用（上、下册）PDF一、引言燃气轮机作为一种高效、清洁、低碳的能源转换设备，已经广泛应用于发电、工业驱动、航空航天、交通运输等领域。

本篇文章将详细介绍燃气轮机的原理、结构及应用，帮助读者深入了解这一重要的动力装置。

二、燃气轮机工作原理燃气轮机是一种旋转式热力发动机，它以连续流动的气体为工质，将燃料的化学能转化为机械能。

燃气轮机的主要工作过程包括吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功和排气放热。

在这个过程中，气体依次经过压气机、燃烧室和透平，完成由热变功的热力循环。

1.吸气压缩：燃气轮机的压气机从外界大气环境中吸入空气，并逐级压缩空气。

随着压缩过程的进行，空气的温度和压力逐渐升高。

2.燃烧加热：压缩空气被送到燃烧室，与喷入的燃料混合燃烧，产生高温高压的燃气。

3.膨胀做功：高温高压的燃气进入透平，推动透平叶片旋转。

透平叶片经过设计，使燃气在通过时产生旋转动力，将燃气的压力能转化为机械能。

4.排气放热：经过透平膨胀做功后的燃气，温度和压力降低。

透平排气可以直接排放到大气中，自然放热给环境，也可以通过换热设备回收部分余热。

三、燃气轮机结构燃气轮机的主要结构包括压气机、燃烧室和透平。

1.压气机：压气机是燃气轮机的关键部件之一，负责吸入空气并压缩。

它由多个级数组成，随着级数的增加，空气的压力和温度逐渐升高。

2.燃烧室：燃烧室是燃气轮机中燃料与空气混合燃烧的场所。

燃烧室的设计需要确保高效、安全、稳定的燃烧过程。

3.透平：透平是燃气轮机中将燃气的压力能转化为机械能的关键部件。

透平叶片经过精密设计，使燃气在通过时产生旋转动力，驱动燃气轮机旋转。

四、燃气轮机应用燃气轮机在多个领域具有广泛的应用，包括：1.发电：燃气轮机发电机组具有启动快、调峰能力强、效率高等优点，适用于电力系统的调峰和应急电源。

2.工业驱动：燃气轮机可用于驱动压缩机、泵等工业设备，提高工业生产效率。