绪论燃机与叶片机

《燃气－蒸汽联合循环发电设备的原理和结构》张辉136-9131-6832华北电力大学2023/5/22目前一页\总数七十七页\编于十七点几个问题：1、燃气轮机是什么设备？2、燃机、蒸汽机、内燃机、汽轮机的主要区别是什么？3、燃机与叶片机、风机、压气机、涡轮、透平的联系是什么？4、燃气蒸汽联合循环发电设备动力装置与叶片机2023/5/22目前二页\总数七十七页\编于十七点第一节燃气轮机设备2023/5/22目前三页\总数七十七页\编于十七点热机太阳能电能光电反应热用户风车燃料电池传热传热能量的转换和传递过程水力机械水车燃烧聚变裂变磁流体发电温差发电电动机发电机核能地热能水力能热

能机械

能风能一次能源二次能源化学能2023/5/22目前四页\总数七十七页\编于十七点燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。2023/5/22目前五页\总数七十七页\编于十七点磁流体发电磁流体发电，就是用燃料（石油、天然气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离的气体，使之在2000℃的高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动时，切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接转换成电流，由于无需经过机械转换环节，所以称之为直接发电，其燃料利用率得到显著提高，这种技术也称为等离子体发电技术2023/5/22目前六页\总数七十七页\编于十七点

热能转换装置的工作过程热能机械能(转换装置)热机2023/5/22目前七页\总数七十七页\编于十七点蒸汽机示意图汽缸活塞曲柄连杆锅炉冷凝器曲轴箱泵2023/5/22目前八页\总数七十七页\编于十七点蒸汽动力循环装置系统简图2023/5/22目前九页\总数七十七页\编于十七点原子能蒸汽动力装置系统简图反应堆(浓缩铀)换热器泵冷凝器发电机汽轮机泵载热质(重水、碱性金属蒸汽)冷却水2023/5/22目前十页\总数七十七页\编于十七点压水堆核电站有三个回路，反应堆产生的热量由一回路冷却剂（水或重水）通过蒸汽发生器传递给二回路的水，二回路水汽化后生成蒸汽推动汽轮发电机组发电，做功后的乏气通过凝汽器传递给三回路，然后三回路把剩余的热量传递给大海。沸水堆核电站只有两个回路，即省去了压水堆的二回路，由一回路的水直接汽化成水蒸气推动汽轮发电机组发电，三回路同压水堆。压水堆的好处是：整体设备体积较小，由于多了二回路，防止了一回路中的放射性直接进入常规的的汽轮机组。因此检修时的放射性计量小。安全性高沸水堆的好处是：由于少了一个回路，设备投入较少，热经济性好中国绝大多数堆型都是压水堆，日本绝大多数堆型是沸水堆。福岛和切尔诺贝利都是沸水堆！压水堆与沸水堆区别2023/5/22目前十一页\总数七十七页\编于十七点废气燃烧室燃气轮机空气压气机燃料泵燃料燃气轮机装置系统简图2023/5/22目前十二页\总数七十七页\编于十七点

内燃机的工作原理图活塞曲柄连杆机构气缸2023/5/22目前十三页\总数七十七页\编于十七点燃机与蒸汽机、内燃机和汽轮机的区别

内燃机

燃气轮机

蒸汽轮机

装置名称工作物质热源冷源设备运动形式水蒸汽

高温物体

冷却水

旋转燃气

燃烧产物(自身)

大气

燃气

燃烧产物(自身)

大气

蒸汽机水蒸汽

高温物体

冷却水

旋转往复往复2023/5/22目前十四页\总数七十七页\编于十七点中英文词汇叶片机&叶轮机(械) Turbomachinery涡轮（透平） Turbine压气机 Compressor风机 Fan汽轮机 SteamTurbine燃气轮机 GasTurbine2023/5/22目前十五页\总数七十七页\编于十七点第二节燃气轮机2023/5/22目前十六页\总数七十七页\编于十七点

燃气轮机装置简称燃气轮机，是一种完整、成套的动力装置，是由压气机、燃烧室、涡轮、有时还有换热器等主要部分组成的回转式热机。什么是燃气轮机？2023/5/22目前十七页\总数七十七页\编于十七点燃机的工作过程2023/5/22目前十八页\总数七十七页\编于十七点1900年以前：零星的雏形1900—1939：试验机组1940s：实用燃机和航空发动机1950s：工业用燃机研制出来、航空上取代活塞式发动机、小功率燃机出现1960s：陆、海、空用燃机均迅速发展1970s—1980s：发电用燃机遭遇困难，海空用燃机大力发展1990—今：航机改型、联合循环迅速发展燃气轮机的发展史2023/5/22目前十九页\总数七十七页\编于十七点1、石油类产品：煤油、重油等；2、天然气其它气体燃料3、煤气燃气轮机的燃料2023/5/22目前二十页\总数七十七页\编于十七点按工质的热力循环分类按构造分类按用途分类燃气轮机的分类2023/5/22目前二十一页\总数七十七页\编于十七点1、按工质的热力循环分类开式循环—工质取自大气闭式循环—工质封闭于机内，可采用非空气工质，大都为外燃式工业过程循环—工质与其它工业设备有联系2023/5/22目前二十二页\总数七十七页\编于十七点2、按构造分类固定式燃气轮机：大于1000kW，不能移动运输式燃气轮机：海陆空运输工具的发动机、移动式、箱装式、便携式燃机2023/5/22目前二十三页\总数七十七页\编于十七点3、按用途分类发电用机械动力航空用船舰用汽车、坦克用内燃机增压其他2023/5/22目前二十四页\总数七十七页\编于十七点（1）发电用100MWSimpleCyclePowerPlant,Charlston,SouthCarolinaUSA2023/5/22目前二十五页\总数七十七页\编于十七点SiemensV64.3A_67MW_50Hz2023/5/22目前二十六页\总数七十七页\编于十七点Siemensv92_2a_190MW50Hz2023/5/22目前二十七页\总数七十七页\编于十七点Siemensv94_2_157MW50Hz2023/5/22目前二十八页\总数七十七页\编于十七点Siemensv94_3a_265MW50Hz2023/5/22目前二十九页\总数七十七页\编于十七点（2）机械动力供应泵、压气机、鼓风机、或其他机械轴功率2023/5/22目前三十页\总数七十七页\编于十七点（3）航空用涡轮喷气式涡轮螺桨式涡轮风扇式涡轮轴式2023/5/22目前三十一页\总数七十七页\编于十七点涡轮喷气式Su-30MK2023/5/22目前三十二页\总数七十七页\编于十七点涡轮螺桨式2023/5/22目前三十三页\总数七十七页\编于十七点涡轮风扇式2023/5/22目前三十四页\总数七十七页\编于十七点（4）舰船用2023/5/22目前三十五页\总数七十七页\编于十七点（5）汽车、坦克用2023/5/22目前三十六页\总数七十七页\编于十七点一、优点：运动部分几乎全为旋转运动，无往复式内燃机的振动；机构简单、零件少；单位马力的重量小；可用劣质燃料；摩擦部份少，润滑油消耗量少；不需冷却水及冷却装置；起动容易，可在短时间内全力运转；在最大出力附近的燃料消耗率最低；保养、维护、运转操作简单。燃气轮机的优缺点2023/5/22目前三十七页\总数七十七页\编于十七点二、缺点：热效率低，燃料消耗大；在轻负载、低转速时性能差；燃烧器、涡轮、喷嘴等部件长时间暴露在高温中，需要有高级耐热材料；因高速旋转，需要有高级轴承、高精度减速齿轮；需要大量空气、配管以及高溫排气的处理；运转时吸气、排气噪音大；2023/5/22目前三十八页\总数七十七页\编于十七点以最短建设周期（一般为一年）建成单循环燃气轮机发电机组，先发电运营；接着配上余热锅炉和汽轮机组，成为高效率，烧油（气）的联合循环电站；在经过几年或待到天然气短缺、涨价时，装上煤气化装置，变为煤气化联合循电站。美国电站发展“三步曲”2023/5/22目前三十九页\总数七十七页\编于十七点燃气－蒸汽联合循环发电机组，就是将燃气轮机的排气引入余热锅炉，产生高温、高压蒸汽驱动汽轮机，带动发电机发电。450～600摄氏度100～600公斤/秒40％60％燃气－蒸汽联合循环2023/5/22目前四十页\总数七十七页\编于十七点燃气－蒸汽联合循环发电的主要优点1、整体循环效率高；2、对环境污染小；3、投资相对较低；4、调峰性能好，启停快捷；5、占地较少；6、耗水量少；7、建厂周期短；8、自动化程度高。2023/5/22目前四十一页\总数七十七页\编于十七点燃气－蒸汽联合循环发展趋势1、不断向高参数、高性能、大型化和对环境低污染方向发展；2、沿袭航空科技成果，积极采用新技术、新材料、新工艺；3、燃料能源多元化和燃煤联合循环商业化。2023/5/22目前四十二页\总数七十七页\编于十七点燃气－蒸汽联合循环发电的主要优点1、整体循环效率高；2、对环境污染小；3、投资相对较低；4、调峰性能好，启停快捷；5、占地较少；6、耗水量少；7、建厂周期短；8、自动化程度高。2023/5/22目前四十三页\总数七十七页\编于十七点燃气－蒸汽联合循环发展趋势1、不断向高参数、高性能、大型化和对环境低污染方向发展；2、沿袭航空科技成果，积极采用新技术、新材料、新工艺；3、燃料能源多元化和燃煤联合循环商业化。2023/5/22目前四十四页\总数七十七页\编于十七点第三节、叶片机2023/5/22目前四十五页\总数七十七页\编于十七点一、叶轮机的广泛应用风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、水轮机、水泵、螺旋桨（飞机、轮船）、航空发动机中的风扇、压气机、涡轮……2023/5/22目前四十六页\总数七十七页\编于十七点2023/5/22目前四十七页\总数七十七页\编于十七点2023/5/22目前四十八页\总数七十七页\编于十七点2023/5/22目前四十九页\总数七十七页\编于十七点2023/5/22目前五十页\总数七十七页\编于十七点2023/5/22目前五十一页\总数七十七页\编于十七点2023/5/22目前五十二页\总数七十七页\编于十七点2023/5/22目前五十三页\总数七十七页\编于十七点2023/5/22目前五十四页\总数七十七页\编于十七点2023/5/22目前五十五页\总数七十七页\编于十七点UDFonBoeing727testbed2023/5/22目前五十六页\总数七十七页\编于十七点GP7200fortheAirbusA380T.O.Thrust70,000lbBypassratio8.7to1FanDiameter116in(295cm)2023/5/22目前五十七页\总数七十七页\编于十七点二、叶轮机的定义与分类

各式各样的叶轮机存在一个共同的特点：叶片围绕旋转轴旋转，在叶片的旋转过程中完成了叶片机与工质（流体：气、液、二者混合物）之间的能量交换；根据叶轮机与流体之间能量交换的方向，叶轮机分为两大类型。2023/5/22目前五十八页\总数七十七页\编于十七点一种类型叶轮机的作用是将流体的机械能和热能转换为对外界输出的机械功，这种叶轮机有：水轮机、汽轮机、涡轮等；另一种类型叶轮机的作用是将外界输入的机械功转换为流体的机械能（动能和压力势能）和热能，这种叶轮机有：鼓风机、水泵、螺旋桨、风扇、压气机等。2023/5/22目前五十九页\总数七十七页\编于十七点三、叶轮机的主要形式根据工质的流动形式，叶轮机分为轴流式、径流式和斜流式三种形式，上述三种形式中的任意两种的组合则称为混合式叶轮机。

2023/5/22目前六十页\总数七十七页\编于十七点（一）轴流式轴流式压气机转子2023/5/22目前六十一页\总数七十七页\编于十七点轴流式涡轮转子2023/5/22目前六十二页\总数七十七页\编于十七点轴流泵轴流式水轮机转子2023/5/22目前六十三页\总数七十七页\编于十七点（二）径流式离心式压气机转子2023/5/22目前六十四页\总数七十七页\编于十七点离心式水泵2023/5/22目前六十五页\总数七十七页\编于十七点图1.9DA120－61离心式压缩机纵剖面构造图[7]吸气室；2、叶轮；3、扩压器；4、弯道；5、回流器；6、蜗室；7、8、轴端密封；9、隔板密封；10、轮盖密封；11、平衡盘；12、推力盘；13、联轴器；14、卡环；15、主轴；16、机壳；17、支持轴承；18、止推轴承；19、隔板；20、回流器导流叶片；21、中间冷却吸气管；22、出气管2023/5/22目前六十六页\总数七十七页\编于十七点向心式涡轮2023/5/22目前六十七页\总数七十七页\编于十七点（三）斜流式斜流式压气机转子2023/5/22目前六十八页\总数七十七页\编于十七点轴流＋离心混合式压气机2023/5/22目前六十九页\总数七十七页\编于十七点涡轮增压器2023/5/22目前七十页\总数七十七页\编于十七点四、气流在压气机和涡轮中的流动特点气流在压气机中是从压力低的地方流向压力高的地方，沿流向是逆