燃气轮机简介.pptx

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1、1、燃气轮机基本原理工作第1页/共22页1、燃气轮机基本原理第2页/共22页1、燃气轮机基本原理装置的示意图和热力过程图通常表示为下图形式。装置的示意图和热力过程图通常表示为下图形式。四个基本的热力过程（理想循环）：四个基本的热力过程（理想循环）：等熵压缩（等熵压缩（1212）压气机压气机定压加热（定压加热（2323）燃烧室燃烧室等熵膨胀（等熵膨胀（3434）涡轮涡轮定压放热（定压放热（4141）大气中大气中部分负荷时效率低第3页/共22页1、燃气轮机基本原理现代燃气轮机的基本特点：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，称为在燃烧的过程中，燃烧室的压力近似不变，称为定压

2、定压加热过程。加热过程。做功的气体来自大气，最后排入大气，称为做功的气体来自大气，最后排入大气，称为开式循环开式循环。通常称这个循环为布雷顿（通常称这个循环为布雷顿（Brayton）循环。）循环。地面燃机的分类：地面燃机的分类：1.1.重型、轻型和微型；重型、轻型和微型；2.2.简单循环和复合循环；简单循环和复合循环；3.3.单轴和多轴；单轴和多轴；4.4.工业用和舰船用；工业用和舰船用；第4页/共22页we 西门子西门子SIEMENS SIEMENS 燃气轮机燃气轮机 第5页/共22页 GE GE 燃气轮机燃气轮机 第6页/共22页第7页/共22页1、燃气轮机基本原理地面燃气轮机的评价参数：

3、地面燃气轮机的评价参数：效率：效率：42.9%42.9%，联合循环效率高达，联合循环效率高达58%58%；（油耗率、热；（油耗率、热耗）耗）功率：功率：最大最大334MW334MW；涡轮前温度、压比；涡轮前温度、压比；寿命：寿命：5000010000050000100000小时；小时；停机检查时间：停机检查时间：4000800040008000小时；小时；单位功率的重量：重型的一般大于单位功率的重量：重型的一般大于2 25kg/kW5kg/kW，轻型则，轻型则小于小于2 kg/kW2 kg/kW）污染物排放水平。污染物排放水平。第8页/共22页2、燃气轮机发展史早在早在1818世纪，燃气轮机的

4、理论和工作原理就已经世纪，燃气轮机的理论和工作原理就已经建立起来了，但直到建立起来了，但直到19401940左右才真正制造出来。左右才真正制造出来。主要的原因在于高温主要的原因在于高温材料方面的限制材料方面的限制和和各部件各部件（压气机、涡轮）效率偏低（压气机、涡轮）效率偏低。发展的历程。发展的历程。专利专利试制试制成功，三个阶段成功，三个阶段。在在17911791年英国人年英国人John BarberJohn Barber 获得了第一个燃气轮机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。将来的发展奠定了

5、基础。在在18721872瑞士人瑞士人StoleStole获得了一个燃气轮机的专利，他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、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。燃烧室、回热器等部件。18951895年年,美国人美国人 CharlesCharles提出了完整的燃气轮机的设提出了完整的燃气轮机的设计专利。计专利。第9页/共22页2、燃气轮机发展史在在19001900年，法国人年，法国人 StolzeStolze制造了第一台制造了第一台“真正真正”的的燃气轮机，并且进行了试验，但是结果却是失败燃气轮机，并且进行了试验，但是结果却

6、是失败了。装置除了带动自身旋转外，几乎不能对外输了。装置除了带动自身旋转外，几乎不能对外输出功。出功。同时，其他的人也尝试制造燃气轮机，但是几乎同时，其他的人也尝试制造燃气轮机，但是几乎都失败了。都失败了。失败的主要原因有两个：失败的主要原因有两个：部件的效率偏低部件的效率偏低（主要是压气机，当时的压气机效率（主要是压气机，当时的压气机效率只有只有60%60%左右）。左右）。材料的限制（材料的限制（没有耐热钢和冷却技术，涡轮前温度只没有耐热钢和冷却技术，涡轮前温度只有有740K740K左右，在以后的学习中会发现涡轮前温度循环左右，在以后的学习中会发现涡轮前温度循环效率的影响最大）。效率的影响最

7、大）。第10页/共22页2、燃气轮机发展史到了到了2020世纪世纪3030年代，由于空气动力学的发展应用年代，由于空气动力学的发展应用在压气机设计领域，使得压气的效率和压比均得在压气机设计领域，使得压气的效率和压比均得到了提高；同时冶金技术的发展出现了耐热钢，到了提高；同时冶金技术的发展出现了耐热钢，能够承受能够承受500600500600摄氏度左右的高温。为燃气轮机摄氏度左右的高温。为燃气轮机的制造成功提供了基本的保证。的制造成功提供了基本的保证。在在1939 1939 年，年，Brown BoverBrown Boveri i 成功制造了作为电站备成功制造了作为电站备用机组的燃气轮机，输出

8、功率用机组的燃气轮机，输出功率4000kW4000kW，效率不详，循，效率不详，循环类型采用简单循环。环类型采用简单循环。在在19391939年，德国首次在飞机发动机上采用了燃气轮机年，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。代替内燃机，并进行了试飞。第11页/共22页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面燃气轮机（轴功输出形式）（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涡轮喷气式轮喷气式机械

9、上来。由于军事的需要，燃气轮机技术得到了迅机械上来。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。猛的发展，并广泛应用于工业、舰船动力、航空等领域。时至今日，许多先进的技术依然最先应用在航空发动机上，地时至今日，许多先进的技术依然最先应用在航空发动机上，地面燃气轮机的研发技术很多是从航空发动机上面燃气轮机的研发技术很多是从航空发动机上“移植移植”过来的。过来的。第12页/共22页3、燃气轮机的特点在燃气轮机中，压缩、燃烧、膨胀过程不像往复式机械（内燃在燃气轮机中，压缩、燃烧、膨胀过程不像往复式机械（内燃机）那样，发生在一个部件内。机）那样，发生在一个部件

10、内。这些过程发生在独立的部件内这些过程发生在独立的部件内意味着他们可以单独地进行设计、实验和研究发展意味着他们可以单独地进行设计、实验和研究发展，并且这些，并且这些部件可以通过不同的组合方式形成燃气轮机。部件可以通过不同的组合方式形成燃气轮机。不同的轴系布置方式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。发电机，有的布置适合于带动变转速的船用螺旋桨。第13页/共22页3、燃气轮机的特点如按照轴系布

11、置可组成不同类型的燃气轮机如按照轴系布置可组成不同类型的燃气轮机第14页/共22页3、燃气轮机的特点根据需要，为了增加效率或者输出功，通常采用根据需要，为了增加效率或者输出功，通常采用回热、再热、回热、再热、间冷间冷等复杂循环。等复杂循环。这些优化增加输出功和装置效率的代价是附加了复杂性、重量这些优化增加输出功和装置效率的代价是附加了复杂性、重量和价格。和价格。第15页/共22页3、燃气轮机的特点优点：优点：结构紧凑、质量轻、体积小、占地面积小，单位功率质量较低；相对于汽轮机，结构紧凑、质量轻、体积小、占地面积小，单位功率质量较低；相对于汽轮机，省去了庞大的锅炉系统。省去了庞大的锅炉系统。启动

12、快、从冷态启动至满负荷，通常只用几分钟至半小时。启动快、从冷态启动至满负荷，通常只用几分钟至半小时。耗水少或者不用水。耗水少或者不用水。缺点：缺点：部分负荷时效率低，油耗高。部分负荷时效率低，油耗高。第16页/共22页4 4、燃气轮机的应用领域、燃气轮机的应用领域工业领域工业领域陆地和海上运输陆地和海上运输航空领域航空领域第17页/共22页4、燃气轮机的应用工业领域：工业领域：电站电站基本负荷、调峰运行和备用机组；无电网的孤立地区供电；与汽轮机基本负荷、调峰运行和备用机组；无电网的孤立地区供电；与汽轮机组成联合循环供电。美国在组成联合循环供电。美国在2020世纪世纪8080年代后期，燃气轮机的

13、年生产量就超年代后期，燃气轮机的年生产量就超过了汽轮机。燃气轮机和联合循环发电，在世界范围内已成为电力工业的过了汽轮机。燃气轮机和联合循环发电，在世界范围内已成为电力工业的主力军。主力军。天然气管道输运天然气管道输运增压用燃气轮机、增压用燃气轮机、石油化工领域石油化工领域去动泵、压缩机等；燃气去动泵、压缩机等；燃气轮机的排气可以轮机的排气可以实现热电联供。实现热电联供。第18页/共22页4、燃气轮机的应用陆地和海上运输：陆地和海上运输：2020世纪世纪6060年代，轻型燃气轮机被认为军舰用的最佳动力，在大型舰船中广年代，轻型燃气轮机被认为军舰用的最佳动力，在大型舰船中广泛应用。但由于燃气轮机在

14、低负荷时油耗高，通常与汽轮机、柴油机组成泛应用。但由于燃气轮机在低负荷时油耗高，通常与汽轮机、柴油机组成联合动力装置。联合动力装置。如，如，COSAG,CODOG,COGOG,COGAGCOSAG,CODOG,COGOG,COGAG等，等，COCO联合，联合，S S汽轮机，汽轮机，G G燃气轮机，燃气轮机，D D柴油机，柴油机，O O或，或，A A和。和。陆地上机车、坦克应用上属于尝试阶段（陆地上机车、坦克应用上属于尝试阶段（M-1M-1主战坦克曾经用过）主战坦克曾经用过）。第19页/共22页5 5、燃气轮机的现状及发展趋势、燃气轮机的现状及发展趋势现状：现状：效率和功率，单机效率达到效率和功

15、率，单机效率达到42.9%42.9%，功率，功率334MW334MW，联合循环效率高达，联合循环效率高达58%58%。环保性能，能够满足环保性能。环保性能，能够满足环保性能。可靠性较高、应用广泛。可靠性较高、应用广泛。发展趋势：发展趋势：进一步提高性能进一步提高性能发展联合循环和新型热力循环发展联合循环和新型热力循环我国燃气轮机整体技术落后、关键技术依然国外大公司垄断第20页/共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）燃烧室燃料与空气燃烧（化学能转化为热能）（1分）涡轮 燃气膨胀做功，一部分功用来带动压气机、剩余的功输出，提供动力或推力。（1分）火箭推进系统的种类有哪些？（6分）大体分为两类：化学能火箭推进系统、特种火箭推进系统（2分，每条1分）化学能火箭推进系统包括：液体火箭推进系统、固体火箭推进系统、固液混合火箭推进系统（2分，答出1条 1分）特种火箭推进系统包括：电火箭推进系统、核火箭推进系统、太阳火箭推进系统（2分，答出1条 1分）第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页