燃气轮机结构

第三章燃气轮机3.1概述（1）燃烧室功用及重要性1.保证燃机在各种工况下，将燃料化学能转换为热能，加热压气机压缩的空气，用于涡轮膨胀做功。

2.燃烧室是燃机的主要部件之一，燃机的性能、可靠性、寿命皆与它有密切关系。

（2）燃烧室的工作条件①燃烧室在高温、大负荷下工作②燃烧室在变工况下工作③燃烧室在具有腐蚀性的环境下工作④燃烧室内的燃烧过程是一个极其复杂的物理化学过程⑤燃烧室中的燃烧在高速气流及贫油混合气情况下进行（“空气分股”、“减速扩压”、“反向回流”）（3）燃烧室的设计要求①不同工况下，燃烧室工作应稳定②燃烧要安全③燃烧室具有最小的流体阻力④燃烧室出口温度场应能满足涡轮的要求⑤在任何使用条件下，燃烧室都应该迅速、可靠地启动点火，且联焰性好⑥工作寿命长⑦燃烧室的尺寸和质量要小⑧排气污染应能满足国家标准要求⑨检视、装拆和维修应当方便3.2三种基本类型燃烧室的结构概述（1）分管燃烧室1.结构特点管形火焰筒的外围包有一个单独的壳体，构成一个分管，沿燃气轮机周围6-16个这样的分管，各分管用传焰管连通，以传播火焰和均衡压力。

2.优点：①装拆、维修、检修方便②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际情况3.缺点：①装拆、维修、检修方便②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际情况（2）环管燃烧室1 .结构特点：若干个火焰筒均匀排列安装在同一个壳体内，相邻火焰燃烧区之间用传焰管连通。

2.优点：①适合与轴流式压气机配合，布局紧凑、尺寸小、刚性小；②气流转弯小，流体阻力小，热散失亦小；③调试比较容易，加工制造的工作量比分管小。

3.缺点：①燃烧室出口温度场沿周向不够均匀；②燃烧室的流体损失较大；③耗费的材料、工时较多；④质量较重。

（3）环形燃烧室1.结构特点：内、外壳体与环管燃烧室类似，但火焰筒却有很大差别。

在内外壳体之间的环形腔中，布置了一个呈环形的火焰筒，即火焰筒内外壁构成环形主燃区。

燃气轮机构造及其原理燃气轮机是一种利用压缩机压缩空气混合燃料并在燃烧室内进行燃烧，从而驱动涡轮转动，最终产生推力或动力的装置。

燃气轮机的构造包括压气机、燃烧室、涡轮和辊道等部分，其主要工作原理是压缩空气、加热并燃烧混合燃料、将高温高压燃气喷向涡轮，推动涡轮旋转产生功率。

一、压气机部分压气机部分是燃气轮机的前置部分，主要功能是将大气中的空气压缩成高压气体，并将其传递到燃烧室中。

压气机通常采用多级叶轮式结构，每一级叶轮上都覆盖着叶片，在叶片的作用下，气体被一次次地压缩，最终达到一个非常高的压力。

在压力增加的气体也会受到相应的温度升高。

在压缩过程中需要对气体进行适当的冷却，以避免过热对整个系统的危害。

二、燃烧室部分燃烧室部分是燃气轮机的核心部分，主要功能是将经过压缩的空气与燃料混合并点燃进行燃烧，从而产生高温高压的燃气，这些燃气将用于驱动涡轮旋转。

为了达到理想的燃烧效果，燃烧室内的燃料与空气必须以适当的比例混合，并且需要在足够高的温度、压力和时间下进行燃烧，以充分释放能量。

常见的燃烧室构造包括环形燃烧室、喷嘴型燃烧室和壳体燃烧室等。

三、涡轮部分涡轮部分是燃气轮机的重要部分，主要由高压涡轮和低压涡轮构成。

在燃气通过高压涡轮和低压涡轮时，这些涡轮都会受到燃气高速流动的冲击，从而旋转产生动力。

低压涡轮主要作用是从高压涡轮中回收能量，并将其输送到输出轴上。

涡轮部分的输出轴连接到主机，提供动力。

四、辊道部分辊道部分是燃气轮机的输出部分，它主要通过喷射燃气来产生推力或者驱动风扇进行输出。

辊道是一个曲面形的导管，对于燃气准确地定向，将其高速射出来，从而产生推力或者风力。

辊道部分常用对空气流动进行控制的可调谐导向叶片和可控复合材料等技术进行设计和制造。

燃气轮机的设备构造十分复杂，由于其集电机、载荷和控制系统于一身，难度非常大，但其输出功率和效率要远远高于内燃机，特别适用于航空、船舶、发电等领域要求高功率输出和高效率的场合。

第四部分燃机结构与强度第四章燃气轮机的整体结构特点燃气轮机的整体结构特点燃气轮机的整体布置转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架燃气轮机的支架燃气轮机的轴承和轴承座燃气透平的原理和结构现代电站燃气轮机通常采用组装式快装机组的方式，压气机、备成套安装在一个公共底盘上，形成箱装式发电机组轻、小、简便的优点。

目前电站燃气轮机的发展趋势是，选用简单循环，提高燃气初温，并使整个压气机与透平的转子连在一起组成整体转子和整体气缸的结构，组合的整体转子采用双支承的结构方案。

这就要求尽量缩短转子的轴向尺寸，以便提高转子的刚性。

目前在单轴电站燃气轮机中最常见的排列方式是：把压气机的高压端对着燃气透平高压端。

这样的结构很紧凑，气流流程短，并能平衡一部分压气机和透平的轴向推力，而且透平端或压气机端都可以作为机组功率的输出端。

当发电机由温度变化较小的压气机端驱动（冷端输出），机组工作时轴系中心稳定；透平排气采用轴向排气方式，易于与余热锅炉组合连接，且烟气流动阻力小，循环效率高。

但冷端驱动机组的压气机传递的扭矩大，转子强度要求高。

冷端输出方式普遍用于Siemens KWU、Siemens WH、Alstom的重型燃气轮机，GE公司近年推出的F、FA、H系列燃气轮机也采用这种方式。

采用透平排气端连接发电机的方式通常叫做热端输出，如GE公司的MS6001B、MS9001E系列燃气轮机采用。

4.1 燃气轮机的整体布置§4.1 燃气轮机的整体布置当燃气轮机同时采用逆流式燃烧室结构时，就更能进一步缩短机组的轴向尺寸。

又如采用单管或双管燃烧室，则燃烧室可布置在透平进气口的上方或侧面，这将使机组的外型尺寸或高温燃气管道的长度有所增加。

4.1 燃气轮机的整体布置无论采用何种布置和安装方式，都应力求紧凑合理，安全可靠，安装维修方便。

要求部件对中准确，热胀自如，冷却、隔热、保温良好；连接管道短、直；支架负荷均匀。

燃气轮机的整体结构特点燃气轮机的整体布置转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架燃气轮机的支架燃气轮机的轴承和轴承座§6.2 转子的支承和轴向推力一、转子的支承方式对于电站单轴燃气轮机来说，转子的支承通常采用双支点或三支点的方式。

典型燃气轮机结构
典型燃气轮机结构如下：
燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。

压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。

在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。

功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。

燃烧室和透平不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。

为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。

对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。

燃气轮机结构及用于发电的主要形式燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。

主要结构有三部分：1、燃气轮机(透平或动力涡轮);2、压气机(空气压缩机);3、燃烧室。

其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料(气体或液体燃料)也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。

生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。

燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。

主要用于发电、交通和工业动力。

燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机轻型燃气轮机为航空发动机的转型，如LM6000PC和FT8燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。

重型燃气轮机为工业型燃机，如GT26和PG6561B等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。

燃气轮机用于发电的主要形式：简单循环发电：由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统，也称为开式循环。

其优点是装机快、起停灵活，多用于电网调峰和交通、工业动力系统。

目前的最高效率的开式循环系统是GE公司LM6000PC 轻型燃气轮机，效率为43%。

前置循环热电联产或发电：由燃气轮机及发电机与余热锅炉共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收，转换为蒸汽或热水加以利用。

主要用于热电联产，也有将余热锅炉的蒸汽回注入燃气轮机提高燃气轮机出力和效率。

最高效率的前置回注循环系统是GE公司LM5000-STIG120 轻型燃气轮机，效率为43.3%。

前置循环热电联产时的总效率一般均超过80%。

为提高供热的灵活性，大多前置循环热电联产机组采用余热锅炉补燃技术，补燃时的总效率超过90%。

联合循环发电或热电联产：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机(抽汽式或背压式)共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电，或将部分发电作功后的乏汽用于供热。

燃气轮机发电厂的工作原理、类型、及其发电厂设备构成(一)燃气轮机燃气轮机是将气体压缩、加热后在透平中膨胀，把热能转换为机械能的旋转式动力机械。

简单循环的燃气轮机由压气机、燃烧室、燃气透平三大部分，以及控制与保护系统、润滑油和液压油系统、空气过滤器和消声器、燃料系统、起动装置等附属设备组成。

1.工作原理单轴简单循环燃气轮机的工作原理如图1所示。

压气机从大气吸入空气，经绝热压缩，压力和温度升高;压缩后的空气进入燃烧室，与由燃料喷嘴喷射出来的燃料进行混合和燃烧，所产生的高温燃气，进入透平，经过绝热膨胀做功，推动透平转子转动将燃料的化等压加热座席冷却学能转变为机械能;膨胀做功后的燃气直接排入大气。

透平发出的功率约有2/3消耗于压气机对空气进行压缩，其余的1/3成为燃气轮机输出的机械功。

图1单轴简单循环燃气轮机的工作原理2.类型燃气轮机按结构轻重程度可分为重型和轻型两类，按循环方式可分为简单循环和复杂循环两类。

(二)燃气轮机发电厂燃气轮机发电厂采用燃气轮机或燃气-蒸汽联合循环中的燃气轮机和汽轮机驱动发电机。

目前，燃气轮机及其联合循环主要燃用液体燃料(柴油、重油、渣油和原油)或气体燃料(天然气、焦炉煤气、高炉煤气、液化石油气、炼油厂气和煤层气等)，直接燃用超净水煤浆和煤粉的燃气轮机正在试验中。

整体煤气化燃气-蒸汽联合循环电厂和燃煤的增压流化床燃气-蒸汽联合循环电厂尚处于商业示范阶段。

1.燃气轮机发电厂的类型燃气轮机发电厂主要有以下几种:(1)单纯用燃气轮机驱动发电机的发电厂。

燃气轮机的循环方式可以是多种多样的，如简单循环、再热循环等。

目前大型燃气轮机的单机功率已达260MW，供电效率为35%~41.57%。

一个发电厂可以安装1台或多台燃气轮发电机组，一般用作调峰或紧急备用。

(2)用燃气轮机与汽轮机组合成的联合循环发电厂。

它可以是余热锅炉型的、有补燃的余热锅炉型的和双流体循环型的。

目前单轴式联合循环机组的单机功率已达390MW,供电效率为55%~58%。