《燃气轮机与联合循环》第三章 燃气轮机各部件的工作原理

1、燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-1 压气机原理与特性3-2 燃烧室原理与特性3-3 透平原理与特性燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-1 3-1 压气机原理与特性压气机原理与特性一、压气机的类型、结构及特点1、压气机的作用 连续不断的从周围环境吸取空气并将其压缩后供给给燃气轮机的燃烧室。2、压气机的分类 轴流式：气体在总体上沿轴向流动。 离心式：气体在总体上沿径向流动。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院

2、3-1 3-1 压气机原理与特性压气机原理与特性一、压气机的类型、结构及特点3、两种压气机比较燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-1 3-1 压气机原理与特性压气机原理与特性一、压气机的类型、结构及特点3、轴流式压气机典型结构 转子：转轴、动叶片 静子：机壳及装在机壳上的静止部件燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-1 3-1 压气机原理与特性压气机原理与特性一、压气机的类型、结构及特点3、轴流式压气机典型结构 转子：转轴、动叶片 静子：机壳及装在机壳上的静止部件燃气轮

3、机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-1 3-1 压气机原理与特性压气机原理与特性二、轴流式压气机的工作原理3、压气机的增加原理燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-1 3-1 压气机原理与特性压气机原理与特性三、轴流式压气机的特性 在一般情况下，压气机的工作状况是由进口压力、进气温度、转速和流量等四个独立变量决定的。在进汽条件一定和转速不变的条件下，压气机的压比、效率随流量变化的关系通常称为压气机的流量特性。用曲线表示这些参数之间的关系称为特性曲线。燃气轮机与联合循环燃气轮机

4、与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-1 3-1 压气机原理与特性压气机原理与特性四、轴流式压气机的不稳定工况1、失速1）原因 由于压气机流量减少，某一级叶栅中叶背的边界层就会急剧增厚，导致气流再次分离，引起流动损失急剧增大，称为失速。2）危害 使压比和效率下降，产生振动燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-1 3-1 压气机原理与特性压气机原理与特性四、轴流式压气机的不稳定工况2、阻塞1）现象 流量增大到一定时，无法继续增大，2）原因 高速时，原因是气流达到了超临界。 低速时，叶栅入口面积大于了

5、出口面积，出现了涡轮工况，变成了涡轮机，3）危害 气流被阻塞，压比和效率降低燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-1 3-1 压气机原理与特性压气机原理与特性四、轴流式压气机的不稳定工况3、喘振1）原因 内因：压气机失速；外因：压气机下游有容积较大的管网部件（燃烧室、透平等）。2）现象 是一种气流震荡现象，流量忽增忽减，压比忽高忽低，剧烈震动并伴有轰鸣声3）防治措施 中间放气，旋转导叶，分轴压气燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章

6、燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3-2 2 燃烧室燃烧室原理与特性原理与特性一、燃烧室的作用、结构及特点1、燃烧室的作用 利用一部分高压空气使燃料燃烧，燃烧产物与其它高压空气混合后，送至燃气轮机。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3-2 2 燃烧室燃烧室原理与特性原理与特性一、燃烧室的作用、结构及特点2、燃烧室的工作特点燃烧室在一个连续的、高速的气流中下进行燃烧过程燃烧室在高温、大负荷下工作燃烧室在变工况情况下工作有时候，燃烧室需要具备燃烧多种燃料的能力燃烧过程是一个及其复杂的物理化学过程燃气轮机与联合循

7、环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3-2 2 燃烧室燃烧室原理与特性原理与特性一、燃烧室的作用、结构及特点3、燃烧室的分类按燃烧室布置方式分为：分管型燃烧室、环管型燃烧室、圆筒型燃烧室、环形燃烧室。 按气流流过燃烧室的流程分类：顺流式、逆流式。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环

8、燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3-2 2 燃烧室燃烧室原理与特性原理与特性一、燃烧室的作用、结构及特点4、燃烧室的结构 任何一种燃烧室的结构，都是由一次空气的配气机构、火焰筒壁的冷却机构、燃气混合机构、燃料供应机构以及点火机构等原件组成的。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃烧室的外壳：构成两股气流的通道，是燃烧室燃烧室的外壳：构成两股气流的通道，是燃烧室的主要承力部件。的主要承力部件。

9、扩压器：由燃烧室内、外壳和火焰筒形成一个扩扩压器：由燃烧室内、外壳和火焰筒形成一个扩压通道，降低速度，提高压力，保证燃烧顺利进压通道，降低速度，提高压力，保证燃烧顺利进行。行。火焰筒：燃烧室的核心部件，燃料在此燃烧形成火焰筒：燃烧室的核心部件，燃料在此燃烧形成高温高压的烟气。高温高压的烟气。3-3-2 2 燃烧室燃烧室原理与特性原理与特性一、燃烧室的作用、结构及特点4、燃烧室的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃料雾化喷嘴：燃烧重油的机组。燃料雾化喷嘴：燃烧重油的机组。旋流器：保证燃烧稳定性旋流器：保证燃烧稳定性点火装置：启动时

10、向燃烧室提供初点火炬。常用的点火装点火装置：启动时向燃烧室提供初点火炬。常用的点火装置：电火花塞点火器、火焰点火器置：电火花塞点火器、火焰点火器联焰管：传递各火焰筒燃烧区的火焰联焰管：传递各火焰筒燃烧区的火焰燃气收集器（燃气过度段）燃气收集器（燃气过度段）3-3-2 2 燃烧室燃烧室原理与特性原理与特性一、燃烧室的作用、结构及特点4、燃烧室的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院要能维持稳定燃烧、不熄火要能维持稳定燃烧、不熄火燃烧要完全，燃烧效率要高燃烧要完全，燃烧效率要高流动损失要小流动损失要小出口气流要均匀出口气流要均匀燃烧热强

11、度高，尺寸小，重量轻燃烧热强度高，尺寸小，重量轻使用寿命要长使用寿命要长点火性能要好点火性能要好排气污染要少排气污染要少3-3-2 2 燃烧室燃烧室原理与特性原理与特性一、燃烧室的作用、结构及特点5、燃烧室的特点燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点1、透平的作用 将来自燃烧室的燃气中的热能转化为机械功，带动压气机并向外界输送净功。2、压气机的分类 轴流式：燃气在总体上沿轴向流动。 向心式：燃气在总体上沿径向流动。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各

12、部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点3、两种透平比较燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构 转子：转轴、动叶片 静子：气缸及装在气缸上的静叶片 级：由一列静叶片和其后的一列动叶片构成的一组工作单元。工作过程：燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平

13、的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各

14、部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透

15、平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平

16、的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各

17、部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透

18、平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平

19、的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各

20、部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点4、透平的结构燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环

21、燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性一、透平的类型、结构及特点5、透平与汽轮机的区别1）气缸壁薄。原因是工作压力低，所以启动快。2）级数少。总膨胀比小。3）转子和叶片需要空气或水进行冷却。4）效率变化对整个机组的效率影响大。5

22、）没有调节级。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却1、设计要求1）目的 冷却透平，提高燃气初温。2）介质 空气、蒸汽、水燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却1、类型1）开式冷却系统 目前在燃气透平中广泛采用的是开式冷却系统，冷却空气从压气机引出，对透平需要冷却部位进行冷却后排入透平通道的燃气中。这一方案比较简单，结构上容易实现，缺点是引用了部分经过压气机压缩的空

23、气，会带来额外损失和作功量的减少。而且随着增压比的增加， 冷却空气本身温度增高，冷却效果变差。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却1）开式冷却系统冷却空气可能从三个方面影响透平效率，使透平效率降低：从叶片流出的冷却空气会改变叶片的阻力特性，可能增加阻力；冷却空气在流过冷却通道时有压力损失，因此当它进人下游混合时，压力较低，使混合后的燃气压力下降，混合时还有附加损失；因为燃气主流和冷却空气之间混合时有热交换，燃气的膨胀功减小。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各

24、部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却1）开式冷却系统 在开式系统中，来自压气机的抽气直接对叶片进行冷却，而后随即排入透平的通流部分。用于冷却的空气量通常占总流量的24左右，这些空气在透平中是不作功的，因此会导致装置效率的下降。1的冷却流量大致可能使装置效率下降12。然而，提高初温带来整个装置的得益仍胜于不冷却的情况。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却2）闭式蒸汽冷却蒸汽是一种比空气要好的冷却介质，有较好的冷却效果

25、；闭路循环的冷却蒸汽完成冷却后再次进人联合循环的汽轮机中做功，使功率增加；节省冷却用的压缩空气，提高燃气轮机的功率。缺点：只能用于联合循环冷却系统更加复杂燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却2、透平冷却的原则尽量少用空气1）减少压气机功率2）避免燃气温度过低，并对燃气流动产生危害。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却3、透平冷却的设计要求1）透平的不同部位的冷却

26、空气来自于压气机不同地方2）冷却空气量要合适，分配要合理。3）冷却空气要保持清洁。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却4、透平叶片冷却叶片冷却主要有气膜冷却、对流冷却和冲击冷却。一般三种方式都有。 燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却1、透平叶片冷却燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力学院能源与动力学院3-3 3-3 透平透平原理与特性原理与特性四、透平的冷却燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第三章 燃气轮机各部件的工作原理能源与动力