燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識課件

燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識1

一、燃?xì)廨啓C(jī)的簡單工作過程

燃?xì)廨啓C(jī)主要由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪三大部分組成，燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程是，壓氣機(jī)(即壓縮機(jī))連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，隨即流入燃?xì)鉁u輪中膨脹作功，推動渦輪葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃?xì)獾淖鞴δ芰︼@著提高，因而燃?xì)鉁u輪在帶動壓氣機(jī)的同時，尚有余功作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出機(jī)械功。燃?xì)廨啓C(jī)由靜止起動時，需用起動機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨(dú)立運(yùn)行后，起動機(jī)才脫開。燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程是最簡單的，稱為簡單循環(huán)；此外，還有回?zé)嵫h(huán)和復(fù)雜循環(huán)。燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)來自大氣，最后又排至大氣，是開式循環(huán)；此外，還有工質(zhì)被封閉循環(huán)使用的閉式循環(huán)。燃?xì)廨啓C(jī)與其他熱機(jī)相結(jié)合的稱為復(fù)合循環(huán)裝置。

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3燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子

燃燒室產(chǎn)生的高溫膨脹氣體是同時作用到渦輪葉片與壓氣機(jī)葉片上，如何保證渦輪帶動壓氣機(jī)正向旋轉(zhuǎn)呢，簡單說渦輪葉片工作直徑大于壓氣機(jī)出口處的葉片工作直徑，渦輪葉片的面積也大于壓氣機(jī)出口處的葉片面積，這就初步保證在同一壓力下渦輪的輸出力矩大于壓氣機(jī)所需的力矩，當(dāng)然更重要的是壓氣機(jī)葉片與渦輪葉片的良好空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)才能保證兩者高效運(yùn)行。燃?xì)廨啓C(jī)在設(shè)計(jì)時就要保證渦輪機(jī)輸出的功率要大于壓氣機(jī)所需的功率，才能使燃?xì)廨啓C(jī)在帶動壓氣機(jī)的同時還能向外輸出功率。燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子燃燒室產(chǎn)生的高溫膨脹4軸流式壓氣機(jī)

壓氣機(jī)負(fù)責(zé)從周圍大氣中吸入空氣，增壓后供給燃燒室，從工作原理上講，主要有軸流式壓氣機(jī)與離心式壓氣機(jī)。離心式壓氣機(jī)工作原理與離心式鼓風(fēng)機(jī)（或離心式風(fēng)筒）相同，用得較少，這里介紹軸流式壓氣機(jī)。軸流式壓氣機(jī)的葉輪由葉片與葉盤組成，工作原理如同電風(fēng)扇的葉片，電風(fēng)扇的葉片旋轉(zhuǎn)時撥動空氣流動產(chǎn)生風(fēng)；壓氣機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)把空氣推進(jìn)氣缸壓縮。為了生成高壓空氣，壓氣機(jī)在主軸軸向裝有多級葉輪，若干葉輪固定在壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)軸上構(gòu)成壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，下圖一個13級壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子上的葉片與主軸一同旋轉(zhuǎn)，稱為動葉。光有動葉還不能有效的壓氣，簡單說，空氣經(jīng)過動葉后運(yùn)動方向不單是軸向前進(jìn)，還沿著動葉旋轉(zhuǎn)的方向運(yùn)動。這會使下級動葉的壓縮效率大大降低。倘若這樣一級級下去，壓氣機(jī)內(nèi)的空氣變成跟著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的氣團(tuán)，根本無法正常壓氣。在每級動葉后每插入一級靜止的葉片（靜葉），可改善這種狀況。軸流式壓氣機(jī)壓氣機(jī)負(fù)責(zé)從周圍大氣中吸入空氣，5

軸流式軸流式6環(huán)管形燃燒室

燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，將壓氣機(jī)壓入的高壓空氣加熱到高溫以便到渦輪膨脹做功，燃料為液體燃料（例如汽油）或氣體燃料（例如天然氣）。燃燒室外殼前面是通往壓氣機(jī)的空氣入口，后面是通往渦輪的高溫氣體出口。燃燒室內(nèi)有燃燒器，對于液體燃料，燃燒器把進(jìn)入的燃料霧化從噴嘴噴出；對于氣體燃料，燃燒器把進(jìn)入的氣體燃料擴(kuò)散預(yù)混從噴嘴噴出，與壓氣機(jī)來的空氣充分混合后燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體從過渡段出口噴出。在燃燒室內(nèi)有火焰筒，燃燒器噴出的火焰在火焰筒內(nèi)燃燒，火焰筒前段是主燃區(qū)，保證火焰正常燃燒；中段是補(bǔ)燃區(qū)，在火焰筒壁上有許多進(jìn)氣孔，讓空氣進(jìn)入補(bǔ)燃，保證完全燃燒；后段是通向渦輪葉片的燃?xì)鈱?dǎo)管，也稱為過渡段。在燃燒室內(nèi)的白色箭頭線就是氣流在燃燒室的流向。環(huán)管形燃燒室燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變7燃燒室氣流方向燃燒室氣流方向8環(huán)管形燃燒室

目前燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室主要有四種類型：圓筒形燃燒室、分管形燃燒室、環(huán)管形燃燒室、環(huán)形燃燒室，后兩種用得較多，下面介紹環(huán)管形燃燒室。環(huán)管形燃燒室只有一個整體的燃燒室，環(huán)繞在燃?xì)廨啓C(jī)的腰部，在燃燒室內(nèi)有若干個火焰筒（包括過渡段）。下圖是由12個火焰筒組成的燃燒室剖面圖，12個火焰筒共用的空間就是燃燒室的空間，也就是燃燒段氣缸內(nèi)環(huán)繞主軸的空間。火焰筒繞燃?xì)廨啓C(jī)主軸一周排列，過渡段出口對向渦輪葉片。環(huán)管形燃燒室目前燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室主要有四種類型：9燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖10軸流式渦輪

渦輪也稱透平。渦輪也分軸流式渦輪與徑向式兩類，燃?xì)廨啓C(jī)大多數(shù)采用軸流式渦輪，簡單說軸流式渦輪的工作原理就像風(fēng)吹風(fēng)車旋轉(zhuǎn)一樣，是靠燃?xì)饬鲗u輪上的葉片作用使其旋轉(zhuǎn)的，由于氣流主方向與渦輪軸平行，故稱之為軸流式渦輪。渦輪主要由渦輪葉片、渦輪盤（葉盤）、渦輪軸構(gòu)成，渦輪上的葉片稱為動葉，也就是帶動渦輪軸旋轉(zhuǎn)的葉片。渦輪機(jī)一般有一至四個渦輪，大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)的幾個渦輪共一個轉(zhuǎn)軸，一同組成渦輪轉(zhuǎn)子。在渦輪每級動葉的前方還安裝一組靜止的葉片（靜葉），靜葉是燃?xì)獾膶?dǎo)向器，起著噴嘴的作用，使氣流以最佳方向噴向動葉。一組靜葉加一組動葉為一級渦輪。軸流式渦輪渦輪也稱透平。渦輪也分軸流式渦輪與徑11燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識課件12

空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)把空氣壓縮為高壓空氣，其流向見黃色箭頭線；高壓空氣進(jìn)入燃燒室，燃料與空氣混合在燃燒室燃燒，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?；高溫高壓燃?xì)馀蛎浲苿訙u輪旋轉(zhuǎn)做功；做功后的氣體從排氣口排出，其流向見紅色箭頭線。

空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)把空13

二、影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的兩個主要因素

燃?xì)獬鯗睾蛪簹鈾C(jī)的壓縮比，是影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的兩個主要因素。提高燃?xì)獬鯗兀⑾鄳?yīng)提高壓縮比，可使燃?xì)廨啓C(jī)效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達(dá)到31；工業(yè)和船用燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗刈罡哌_(dá)1200℃左右，航空燃?xì)廨啓C(jī)的超過1350℃。

燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)鉁u輪等組成。壓氣機(jī)有軸流式和離心式兩種，軸流式壓氣機(jī)效率較高，適用于大流量的場合。在小流量時，軸流式壓氣機(jī)因后面幾級葉片很短，效率低于離心式。功率為數(shù)兆瓦的燃?xì)廨啓C(jī)中，有些壓氣機(jī)采用軸流式加一個離心式作末級，因而在達(dá)到較高效率的同時又縮短了軸向長度。

燃燒室和渦輪不僅工作溫度高，而且還承受燃?xì)廨啓C(jī)在起動和停機(jī)時，因溫度劇烈變化引起的熱沖擊，工作條件惡劣，故它們是決定燃?xì)廨啓C(jī)壽命的關(guān)鍵部件。為確保有足夠的壽命，這兩大部件中工作條件最差的零件如火焰筒和葉片等，須用鎳基和鈷基合金等高溫材料制造，同時還須用空氣冷卻來降低工作溫度。二、影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的兩個主要因素14離心式壓縮機(jī)離心式壓縮機(jī)15

對于一臺燃?xì)廨啓C(jī)來說，除了主要部件外還必須有完善的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，(油系統(tǒng)—潤滑油、控制油、液壓油。超溫、氣體泄露報(bào)警裝置，軸瓦的振動位移以及溫度，超速保護(hù)等）此外還需要配備良好的附屬系統(tǒng)和設(shè)備，包括：起動裝置、燃料系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、空氣濾清器、進(jìn)氣和排氣消聲器等。

四、燃?xì)廨啓C(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn)燃?xì)廨啓C(jī)與其他動力機(jī)械，如內(nèi)燃機(jī)，汽輪機(jī)相比，有一系列的主要優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單燃?xì)廨啓C(jī)主要結(jié)構(gòu)只有轉(zhuǎn)子（壓氣機(jī)和透平的葉輪在同一根軸上）和靜子（導(dǎo)向葉片、機(jī)殼、軸承和燃燒室等靜止部分）與汽輪機(jī)裝置相比不需要龐大的鍋爐和凝氣設(shè)備。與內(nèi)往復(fù)相比不需要往復(fù)運(yùn)動的拉桿、活塞和曲軸等部件。由于結(jié)構(gòu)簡單給安裝、運(yùn)行和維護(hù)帶來極大方便。

三、燃?xì)廨啓C(jī)的主要輔助部分對于一臺燃?xì)廨啓C(jī)來說，除了主要部件外還必須有162、重量輕、體積小

燃?xì)廨啓C(jī)電站的金屬消耗約為同功率汽輪機(jī)電站的1/4，廠房占地面積約為1/3。由于燃?xì)廨啓C(jī)重量輕，體積小，因此占地少，投資省，建設(shè)周期短，成本低，因此在航空，船舶，工廠上得到廣泛應(yīng)用。3、單機(jī)功率大單機(jī)功率指標(biāo)燃?xì)廨啓C(jī)在動力機(jī)械中占第二位，僅次于蒸汽輪機(jī)。4、水，潤滑油和廠用電量少燃?xì)廨啓C(jī)用水很少，甚至可以不用水，因此可在無水或缺水的地區(qū)運(yùn)行。潤滑油用量很少，比內(nèi)燃機(jī)節(jié)省25-40倍。燃?xì)廨啓C(jī)的廠用點(diǎn)極省，甚至可無電源起動，因此可在缺點(diǎn)地區(qū)運(yùn)行。5、維護(hù)簡單

由于結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，因此運(yùn)行管理人員少，加上節(jié)省水，電和潤滑油，因此運(yùn)行成本大大降低

2、重量輕、體積小176、燃料適應(yīng)性強(qiáng)，公害少

燃?xì)廨啓C(jī)能燃用多種燃料和廉價(jià)燃料，如重油、原油、煤氣、工藝中可燃?xì)怏w和核燃料等等。同一臺燃?xì)廨啓C(jī)可燃用液體或氣體等幾種燃料而其設(shè)備不需要作太大變化。排氣比較干凈，對空氣污染較少。7、起動快、自動化程度高

工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)從冷態(tài)起動，加速直到帶上滿負(fù)荷，一般需要15分種左右。航空燃?xì)廨啓C(jī)起動只需要30秒。燃?xì)廨啓C(jī)裝置易于實(shí)現(xiàn)集控、程控和遙控?？蓪?shí)現(xiàn)全盤自動化，減少運(yùn)行維護(hù)人員。運(yùn)行維護(hù)方便。燃?xì)廨啓C(jī)也存在一些缺點(diǎn)，主要有：1、熱效率低

目前燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率已相當(dāng)于中等參數(shù)的汽輪機(jī)動力廠的熱效率。與內(nèi)燃機(jī)和高參數(shù)的汽輪機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率較低。特別在部分負(fù)荷工況下，熱效率降低更多，這是燃?xì)廨啓C(jī)與內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)相比是突出的缺點(diǎn)。

6、燃料適應(yīng)性強(qiáng)，公害少182、運(yùn)行工況窄燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行工況比內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)的窄。這主要受壓氣機(jī)運(yùn)行范圍影響。因?yàn)閴簹鈾C(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行范圍受轉(zhuǎn)速及流量限制。當(dāng)轉(zhuǎn)速很低和流量很小時，要發(fā)生喘振，不能穩(wěn)定運(yùn)行，燃?xì)廨啓C(jī)也就無法穩(wěn)定工作。此外燃?xì)廨啓C(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行時效率嚴(yán)重下降，因此也不宜在低負(fù)荷下長期工作。3、制造成本高因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)為高溫，高速度和高精度的動力機(jī)械，因此要求材料強(qiáng)度好，耐高溫和耐腐蝕，加工精度要求高。機(jī)組的高溫部件應(yīng)用貴重的鎳、鉻、鈷等貴重金屬，因此制造成本較高。4、運(yùn)行維護(hù)水平要求較高因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)為高溫，高速和高精度的大功率高科技動力機(jī)械，因此對運(yùn)行維護(hù)提出更高的要求，這并不是缺點(diǎn)而是特點(diǎn)。燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)，制造集中多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，為了保證安全，高效的運(yùn)行，對工作人員的素質(zhì)提出更高的要求。燃?xì)廨啓C(jī)的控制與保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)先進(jìn)，完善。燃?xì)廨啓C(jī)很易超溫，超速，喘振，所以這些現(xiàn)象都是瞬時發(fā)生，如不及時處理，都有可能造成重大事故，引起嚴(yán)重破壞后果，因此對運(yùn)行工作人員素質(zhì)提出更高的要求，這也是高技術(shù)的特點(diǎn)。2、運(yùn)行工況窄19

五、燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展趨勢

燃?xì)廨啓C(jī)的未來發(fā)展趨勢是提高效率、采用高溫陶瓷材料、利用核能和發(fā)展燃煤技術(shù)。提高效率的關(guān)鍵是提高燃?xì)獬鯗?，即改進(jìn)渦輪葉片的冷卻技術(shù)，研制能耐更高溫度的高溫材料。其次是提高壓縮比，研制級數(shù)更少而壓縮比更高的壓氣機(jī)。再次是提高各個部件的效率。高溫陶瓷材料能在1360℃以上的高溫下工作，用它來做渦輪葉片和燃燒室的火焰筒等高溫零件時，就能在不用空氣冷卻的情況下大大提高燃?xì)獬鯗?，從而較大地提高燃?xì)廨啓C(jī)效率。適于燃?xì)廨啓C(jī)的高溫陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。五、燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展趨勢20六燃?xì)廨啓C(jī)的油系統(tǒng)

燃?xì)廨啓C(jī)潤滑油系統(tǒng)是任何一臺燃?xì)廨啓C(jī)必備的一個重要的輔助系統(tǒng)。它的作用是在機(jī)組啟動、正常運(yùn)行以及停機(jī)過程中，向正在運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的各個軸承、傳動裝置及其附屬設(shè)備，供應(yīng)數(shù)量充足的、溫度和壓力合適的、干凈的潤滑油，以確保機(jī)組安全可靠地運(yùn)行，防止發(fā)生軸承燒毀、轉(zhuǎn)子軸頸過熱彎曲、高速齒輪法蘭變形等事故。此外，部份潤滑油可能從系統(tǒng)分流出來，成為液壓油系統(tǒng)的油源，或經(jīng)過濾后作為控制油系統(tǒng)的用油。整個潤滑油系統(tǒng)的組成應(yīng)包括下列一些設(shè)備：六燃?xì)廨啓C(jī)的油系統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)潤滑油系211、潤滑油箱潤滑油箱可設(shè)在機(jī)組的一個或幾個底盤內(nèi)，也可以設(shè)計(jì)成單獨(dú)的容器。當(dāng)油箱由幾個容器組成時，應(yīng)在它們之間用管道連通以平衡油箱內(nèi)的壓力。油箱除了起貯油的作用外，還擔(dān)負(fù)著分離空氣、水分和各種機(jī)械雜質(zhì)的任務(wù)。油箱中油流速度應(yīng)盡量緩慢，回油管應(yīng)布置在接近油箱的油面，以利于油層內(nèi)空氣逸出。油箱的容量越大，越有利于空氣、水分和各種雜質(zhì)的分離。通常用循環(huán)倍率K（全部潤滑油每小時通過油箱的次數(shù)）表示系統(tǒng)容積的相對情況，以Q表示系統(tǒng)的每小時油的容積流量，V表示系統(tǒng)的容積（油箱+管路），循環(huán)倍率K=Q/V。通常規(guī)定K=8～10，最大不超過12。這是為了使從系統(tǒng)回來的潤滑油，有足夠的時間將其夾帶的空氣、水分分離掉。不過，為了結(jié)構(gòu)緊湊，避免因油箱體積過大而使設(shè)備笨重，多數(shù)機(jī)組油箱容量偏小，這迫使用戶要選擇分水性能更好和空氣釋放值較小的潤滑油。1、潤滑油箱222、主潤滑油泵

這是機(jī)組正常運(yùn)行時的工作油泵，可以由主機(jī)通過輔助齒輪驅(qū)動，也可以由交流電動機(jī)驅(qū)動，大型機(jī)組為了簡化結(jié)構(gòu)多采用電動。油泵的容量根據(jù)系統(tǒng)總的用油量、調(diào)節(jié)閥門溢流量和管路的泄漏量決定。主油泵常用的有齒輪泵和螺桿泵，也可以是離心泵。3、輔助潤滑油泵

這是機(jī)組啟動和停機(jī)時的工作油泵，或在主油泵出故障時投入使用，通常由交流電動機(jī)驅(qū)動。此泵多采用浸入式離心泵。其壓力和容量一般和主油泵相同或稍微高一些。

2、主潤滑油泵這是機(jī)組正常運(yùn)行時的工234、應(yīng)急潤滑油泵

該泵在停機(jī)時因輔助潤滑油泵故障而投入，或因失去交流電源而投入，或因主、輔泵都不能工作機(jī)組緊急停機(jī)而投入。由于應(yīng)急泵只在故障時工作，其壓力和容量一般較小。也有的潤滑油系統(tǒng)用高位油箱代替應(yīng)急油泵。潤滑油流過各潤滑點(diǎn)（軸承、齒輪等）后溫度上升14～33℃（配備減速齒輪時溫升可達(dá)33℃），因此，從系統(tǒng)回來的潤滑油必須冷卻以保證合適的供油溫度。目前應(yīng)用較為廣泛的仍然是管式冷油器。常用的冷卻方式為水冷，其次是氣冷，氣冷的優(yōu)點(diǎn)是不需要冷卻水，可在缺水地區(qū)使用，但由于空氣的傳熱系數(shù)比水的要低得多，因此空冷式冷油器體積相對要龐大得多。在采用水冷方式時，常常設(shè)置兩個并聯(lián)的可切換的冷油器。主潤滑油濾多采用兩個并聯(lián)的可切換的濾油器。主油濾應(yīng)設(shè)置在冷油器的下游。除上述的設(shè)備之外，潤滑油系統(tǒng)還需要有閥門、孔板、溫度開關(guān)、壓力開關(guān)、油箱液位指示器、潤滑油加熱器等各種組件和設(shè)施，以保證系統(tǒng)正常、安全、可靠地工作。4、應(yīng)急潤滑油泵該泵在停機(jī)時因輔助潤滑油泵故障而投24燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識25

一、燃?xì)廨啓C(jī)的簡單工作過程

燃?xì)廨啓C(jī)主要由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪三大部分組成，燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程是，壓氣機(jī)(即壓縮機(jī))連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)猓S即流入燃?xì)鉁u輪中膨脹作功，推動渦輪葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃?xì)獾淖鞴δ芰︼@著提高，因而燃?xì)鉁u輪在帶動壓氣機(jī)的同時，尚有余功作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出機(jī)械功。燃?xì)廨啓C(jī)由靜止起動時，需用起動機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨(dú)立運(yùn)行后，起動機(jī)才脫開。燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程是最簡單的，稱為簡單循環(huán)；此外，還有回?zé)嵫h(huán)和復(fù)雜循環(huán)。燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)來自大氣，最后又排至大氣，是開式循環(huán)；此外，還有工質(zhì)被封閉循環(huán)使用的閉式循環(huán)。燃?xì)廨啓C(jī)與其他熱機(jī)相結(jié)合的稱為復(fù)合循環(huán)裝置。

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27燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子

燃燒室產(chǎn)生的高溫膨脹氣體是同時作用到渦輪葉片與壓氣機(jī)葉片上，如何保證渦輪帶動壓氣機(jī)正向旋轉(zhuǎn)呢，簡單說渦輪葉片工作直徑大于壓氣機(jī)出口處的葉片工作直徑，渦輪葉片的面積也大于壓氣機(jī)出口處的葉片面積，這就初步保證在同一壓力下渦輪的輸出力矩大于壓氣機(jī)所需的力矩，當(dāng)然更重要的是壓氣機(jī)葉片與渦輪葉片的良好空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)才能保證兩者高效運(yùn)行。燃?xì)廨啓C(jī)在設(shè)計(jì)時就要保證渦輪機(jī)輸出的功率要大于壓氣機(jī)所需的功率，才能使燃?xì)廨啓C(jī)在帶動壓氣機(jī)的同時還能向外輸出功率。燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子燃燒室產(chǎn)生的高溫膨脹28軸流式壓氣機(jī)

壓氣機(jī)負(fù)責(zé)從周圍大氣中吸入空氣，增壓后供給燃燒室，從工作原理上講，主要有軸流式壓氣機(jī)與離心式壓氣機(jī)。離心式壓氣機(jī)工作原理與離心式鼓風(fēng)機(jī)（或離心式風(fēng)筒）相同，用得較少，這里介紹軸流式壓氣機(jī)。軸流式壓氣機(jī)的葉輪由葉片與葉盤組成，工作原理如同電風(fēng)扇的葉片，電風(fēng)扇的葉片旋轉(zhuǎn)時撥動空氣流動產(chǎn)生風(fēng)；壓氣機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)把空氣推進(jìn)氣缸壓縮。為了生成高壓空氣，壓氣機(jī)在主軸軸向裝有多級葉輪，若干葉輪固定在壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)軸上構(gòu)成壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，下圖一個13級壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子上的葉片與主軸一同旋轉(zhuǎn)，稱為動葉。光有動葉還不能有效的壓氣，簡單說，空氣經(jīng)過動葉后運(yùn)動方向不單是軸向前進(jìn)，還沿著動葉旋轉(zhuǎn)的方向運(yùn)動。這會使下級動葉的壓縮效率大大降低。倘若這樣一級級下去，壓氣機(jī)內(nèi)的空氣變成跟著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的氣團(tuán)，根本無法正常壓氣。在每級動葉后每插入一級靜止的葉片（靜葉），可改善這種狀況。軸流式壓氣機(jī)壓氣機(jī)負(fù)責(zé)從周圍大氣中吸入空氣，29

軸流式軸流式30環(huán)管形燃燒室

燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，將壓氣機(jī)壓入的高壓空氣加熱到高溫以便到渦輪膨脹做功，燃料為液體燃料（例如汽油）或氣體燃料（例如天然氣）。燃燒室外殼前面是通往壓氣機(jī)的空氣入口，后面是通往渦輪的高溫氣體出口。燃燒室內(nèi)有燃燒器，對于液體燃料，燃燒器把進(jìn)入的燃料霧化從噴嘴噴出；對于氣體燃料，燃燒器把進(jìn)入的氣體燃料擴(kuò)散預(yù)混從噴嘴噴出，與壓氣機(jī)來的空氣充分混合后燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體從過渡段出口噴出。在燃燒室內(nèi)有火焰筒，燃燒器噴出的火焰在火焰筒內(nèi)燃燒，火焰筒前段是主燃區(qū)，保證火焰正常燃燒；中段是補(bǔ)燃區(qū)，在火焰筒壁上有許多進(jìn)氣孔，讓空氣進(jìn)入補(bǔ)燃，保證完全燃燒；后段是通向渦輪葉片的燃?xì)鈱?dǎo)管，也稱為過渡段。在燃燒室內(nèi)的白色箭頭線就是氣流在燃燒室的流向。環(huán)管形燃燒室燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變31燃燒室氣流方向燃燒室氣流方向32環(huán)管形燃燒室

目前燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室主要有四種類型：圓筒形燃燒室、分管形燃燒室、環(huán)管形燃燒室、環(huán)形燃燒室，后兩種用得較多，下面介紹環(huán)管形燃燒室。環(huán)管形燃燒室只有一個整體的燃燒室，環(huán)繞在燃?xì)廨啓C(jī)的腰部，在燃燒室內(nèi)有若干個火焰筒（包括過渡段）。下圖是由12個火焰筒組成的燃燒室剖面圖，12個火焰筒共用的空間就是燃燒室的空間，也就是燃燒段氣缸內(nèi)環(huán)繞主軸的空間?；鹧嫱怖@燃?xì)廨啓C(jī)主軸一周排列，過渡段出口對向渦輪葉片。環(huán)管形燃燒室目前燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室主要有四種類型：33燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖34軸流式渦輪

渦輪也稱透平。渦輪也分軸流式渦輪與徑向式兩類，燃?xì)廨啓C(jī)大多數(shù)采用軸流式渦輪，簡單說軸流式渦輪的工作原理就像風(fēng)吹風(fēng)車旋轉(zhuǎn)一樣，是靠燃?xì)饬鲗u輪上的葉片作用使其旋轉(zhuǎn)的，由于氣流主方向與渦輪軸平行，故稱之為軸流式渦輪。渦輪主要由渦輪葉片、渦輪盤（葉盤）、渦輪軸構(gòu)成，渦輪上的葉片稱為動葉，也就是帶動渦輪軸旋轉(zhuǎn)的葉片。渦輪機(jī)一般有一至四個渦輪，大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)的幾個渦輪共一個轉(zhuǎn)軸，一同組成渦輪轉(zhuǎn)子。在渦輪每級動葉的前方還安裝一組靜止的葉片（靜葉），靜葉是燃?xì)獾膶?dǎo)向器，起著噴嘴的作用，使氣流以最佳方向噴向動葉。一組靜葉加一組動葉為一級渦輪。軸流式渦輪渦輪也稱透平。渦輪也分軸流式渦輪與徑35燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)知識課件36

空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)把空氣壓縮為高壓空氣，其流向見黃色箭頭線；高壓空氣進(jìn)入燃燒室，燃料與空氣混合在燃燒室燃燒，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?；高溫高壓燃?xì)馀蛎浲苿訙u輪旋轉(zhuǎn)做功；做功后的氣體從排氣口排出，其流向見紅色箭頭線。

空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)把空37

二、影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的兩個主要因素

燃?xì)獬鯗睾蛪簹鈾C(jī)的壓縮比，是影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的兩個主要因素。提高燃?xì)獬鯗兀⑾鄳?yīng)提高壓縮比，可使燃?xì)廨啓C(jī)效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達(dá)到31；工業(yè)和船用燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗刈罡哌_(dá)1200℃左右，航空燃?xì)廨啓C(jī)的超過1350℃。

燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)鉁u輪等組成。壓氣機(jī)有軸流式和離心式兩種，軸流式壓氣機(jī)效率較高，適用于大流量的場合。在小流量時，軸流式壓氣機(jī)因后面幾級葉片很短，效率低于離心式。功率為數(shù)兆瓦的燃?xì)廨啓C(jī)中，有些壓氣機(jī)采用軸流式加一個離心式作末級，因而在達(dá)到較高效率的同時又縮短了軸向長度。

燃燒室和渦輪不僅工作溫度高，而且還承受燃?xì)廨啓C(jī)在起動和停機(jī)時，因溫度劇烈變化引起的熱沖擊，工作條件惡劣，故它們是決定燃?xì)廨啓C(jī)壽命的關(guān)鍵部件。為確保有足夠的壽命，這兩大部件中工作條件最差的零件如火焰筒和葉片等，須用鎳基和鈷基合金等高溫材料制造，同時還須用空氣冷卻來降低工作溫度。二、影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的兩個主要因素38離心式壓縮機(jī)離心式壓縮機(jī)39

對于一臺燃?xì)廨啓C(jī)來說，除了主要部件外還必須有完善的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，(油系統(tǒng)—潤滑油、控制油、液壓油。超溫、氣體泄露報(bào)警裝置，軸瓦的振動位移以及溫度，超速保護(hù)等）此外還需要配備良好的附屬系統(tǒng)和設(shè)備，包括：起動裝置、燃料系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、空氣濾清器、進(jìn)氣和排氣消聲器等。

四、燃?xì)廨啓C(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn)燃?xì)廨啓C(jī)與其他動力機(jī)械，如內(nèi)燃機(jī)，汽輪機(jī)相比，有一系列的主要優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單燃?xì)廨啓C(jī)主要結(jié)構(gòu)只有轉(zhuǎn)子（壓氣機(jī)和透平的葉輪在同一根軸上）和靜子（導(dǎo)向葉片、機(jī)殼、軸承和燃燒室等靜止部分）與汽輪機(jī)裝置相比不需要龐大的鍋爐和凝氣設(shè)備。與內(nèi)往復(fù)相比不需要往復(fù)運(yùn)動的拉桿、活塞和曲軸等部件。由于結(jié)構(gòu)簡單給安裝、運(yùn)行和維護(hù)帶來極大方便。

三、燃?xì)廨啓C(jī)的主要輔助部分對于一臺燃?xì)廨啓C(jī)來說，除了主要部件外還必須有402、重量輕、體積小

燃?xì)廨啓C(jī)電站的金屬消耗約為同功率汽輪機(jī)電站的1/4，廠房占地面積約為1/3。由于燃?xì)廨啓C(jī)重量輕，體積小，因此占地少，投資省，建設(shè)周期短，成本低，因此在航空，船舶，工廠上得到廣泛應(yīng)用。3、單機(jī)功率大單機(jī)功率指標(biāo)燃?xì)廨啓C(jī)在動力機(jī)械中占第二位，僅次于蒸汽輪機(jī)。4、水，潤滑油和廠用電量少燃?xì)廨啓C(jī)用水很少，甚至可以不用水，因此可在無水或缺水的地區(qū)運(yùn)行。潤滑油用量很少，比內(nèi)燃機(jī)節(jié)省25-40倍。燃?xì)廨啓C(jī)的廠用點(diǎn)極省，甚至可無電源起動，因此可在缺點(diǎn)地區(qū)運(yùn)行。5、維護(hù)簡單

由于結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，因此運(yùn)行管理人員少，加上節(jié)省水，電和潤滑油，因此運(yùn)行成本大大降低

2、重量輕、體積小416、燃料適應(yīng)性強(qiáng)，公害少

燃?xì)廨啓C(jī)能燃用多種燃料和廉價(jià)燃料，如重油、原油、煤氣、工藝中可燃?xì)怏w和核燃料等等。同一臺燃?xì)廨啓C(jī)可燃用液體或氣體等幾種燃料而其設(shè)備不需要作太大變化。排氣比較干凈，對空氣污染較少。7、起動快、自動化程度高

工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)從冷態(tài)起動，加速直到帶上滿負(fù)荷，一般需要15分種左右。航空燃?xì)廨啓C(jī)起動只需要30秒。燃?xì)廨啓C(jī)裝置易于實(shí)現(xiàn)集控、程控和遙控?？蓪?shí)現(xiàn)全盤自動化，減少運(yùn)行維護(hù)人員。運(yùn)行維護(hù)方便。燃?xì)廨啓C(jī)也存在一些缺點(diǎn)，主要有：1、熱效率低

目前燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率已相當(dāng)于中等參數(shù)的汽輪機(jī)動力廠的熱效率。與內(nèi)燃機(jī)和高參數(shù)的汽輪機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率較低。特別在部分負(fù)荷工況下，熱效率降低更多，這是燃?xì)廨啓C(jī)與內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)相比是突出的缺點(diǎn)。

6、燃料適應(yīng)性強(qiáng)，公害少422、運(yùn)行工況窄燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行工況比內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)的窄。這主要受壓氣機(jī)運(yùn)行范圍影響。因?yàn)閴簹鈾C(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行范圍受轉(zhuǎn)速及流量限制。當(dāng)轉(zhuǎn)速很低和流量很小時，要發(fā)生喘振，不能穩(wěn)定運(yùn)行，燃?xì)廨啓C(jī)也就無法穩(wěn)定工作。此外燃?xì)廨啓C(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行時效率嚴(yán)重下降，因此也不宜在低負(fù)荷下長期工作。3、制造成本高因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)為高溫，高速度和高精度的動力機(jī)械，因此要求材料強(qiáng)度好，耐高溫和耐腐蝕，加工精度要求高。機(jī)組的高溫部件應(yīng)用貴重的鎳、鉻、鈷等貴重金屬，因此制造成本較高。4、運(yùn)行維護(hù)水平要求較高因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)為高溫，高速和高精度的大功率高科技動力機(jī)械，因此對運(yùn)行維護(hù)提出更高的要求，這并不是缺點(diǎn)而是特點(diǎn)。燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)，制造集中多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，為了保證安全，高效的運(yùn)行，對工作人員的素質(zhì)提出更高的要求。燃?xì)廨啓C(jī)的控制與保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)先進(jìn)，完善。燃?xì)廨啓C(jī)很易超溫，超速，喘振，所以這些現(xiàn)象都是瞬時發(fā)生，如不及時處理，都有可能造成重大事故，引起嚴(yán)重破壞后果，因此對運(yùn)行工作人員素質(zhì)提出更高的要求，這也是高技術(shù)的特點(diǎn)。2、運(yùn)行工況窄43

五、燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展趨勢

燃?xì)廨啓C(jī)的未來發(fā)展趨勢是提高效率、采用高溫陶瓷材料、利用核能和發(fā)展燃煤技術(shù)。提高效率的關(guān)鍵是提高燃?xì)獬鯗?，即改進(jìn)渦輪葉片的冷卻技術(shù)，研制能耐更高溫度的高溫材料。其次是提高壓縮比，研制級數(shù)更少而壓縮比更高的壓氣機(jī)。再次是提高各個部件的效率。高溫陶瓷材料能在1360℃以上的高溫下工作，用它來做渦輪葉片和燃燒室的火焰筒等高溫零件時，就能在不用空氣冷卻的情況下大大提高燃?xì)獬鯗?，從而較大地提高燃?xì)廨啓C(jī)效率。適于燃?xì)廨啓C(jī)的高溫陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。五、燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展趨勢44六燃?xì)廨啓C(jī)的油系統(tǒng)

燃?xì)廨啓C(jī)潤滑油系統(tǒng)是任何一臺燃?xì)廨啓C(jī)必備的一個重要的輔助系統(tǒng)。它的作用是在機(jī)組啟動、正常運(yùn)行以及停機(jī)過程中，向正在運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的各個軸承、傳動裝置及其附屬設(shè)備，供應(yīng)數(shù)量充足的、溫度和壓力合適的、干凈的潤滑油，以確保機(jī)組安全可靠地運(yùn)行，防止發(fā)生軸承燒毀、轉(zhuǎn)子軸頸過熱彎曲、高速齒輪法蘭變形等事故。此外，部份潤滑油可能從