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燃气轮机原理、结构及运行维护
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课程目标
1 复述燃气轮机的基本原理和相关结论 2 陈述燃气轮机的基本结构和技术难点
3 说出燃气轮机的运行和检修的特点
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目录
1. 燃气轮机的基本原理 2. 燃气轮机的基本结构 3. 燃气轮机的运行与维护 4. 燃气轮机技术的最新发展
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目录
第一章 燃气轮机的基本原理
2，一定的温比条件下，存在 一个最佳压比，此时实际简 单循环的比功达到最大。
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1.1 基本原理-实例
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1.1 基本原理-措施
提高燃气轮机效率和比功的措施：
减少损失
最佳压比
提高效率
提高比功
提高温比、透 平效率、压气 机效率和燃烧 室效率，或是 减少机组各部 分的流阻损失， 都可以提高燃 气轮机热效率 和比功。
实际简单循环压容图和温熵图
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1.1 基本原理-实际简单循环
实际循环中比功率lcs/cpTa 与τ和ε*的变化关系
实际循环中循环热效率 ηgt与τ和ε*的变化关系
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1.1 基本原理-对比
理想简单循环
1，理想简单循环的比功与压 比和温比都有关系
2，理想简单循环的效率只与 压比有关。
实际简单循环
1，随着温比的增加，实际 简单循环比功和效率均有所 增加
18 312 39.3 470 59.5 1427* 597 730
SGT5-4000F(4) 环形 DLN 17.2 287 39.5 423 58.66 1343 590 672.5
9FB（03） DLN2.6+
18 295 38.6 455 59.3 1370 633.6 648.6
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2.1 整体结构-引言
目前最先进的燃气轮机
型号 压气机压比（级数）
三菱 M701J
23（15级）
GE 9FB（05）
19.7（14级）
西门子 SGT5-8000H
19.2（13级）
透平入口温度（℃）
1600（静叶入口）
简单循环出力（MW）
460
330
375
单轴联合循环出力（MW）
670
510
578
联合循环效率（%）
61
60
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1.2 叶轮机械原理-参数变化
气体流经压气机级的参数变化
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1.2 叶轮机械原理-速度三角形
基元级速度三角形
C =w+u
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1.2 叶轮机械原理-扭曲叶片
压气机基元级沿叶高的变化：
基元级叶栅形状和气流流入角沿叶高 不同，因此轴流压气机的工作轮叶片和导 流器叶片呈扭曲状。
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1.2 叶轮机械原理-喘振
第二章 燃气轮机的基本结构
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2.1 整体结构-引言
燃气轮机
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2.1 整体结构-引言
国内目前引进最先进的燃气轮机
燃机型号 燃烧室形式
压比 燃机简单循环出力，MW
燃机简单循环效率，% 单轴联合循环出力，MW
单轴联合循环效率，% 透平进气温度，℃ 燃机排气温度，℃ 空气流量，kg/s
M701F4 环管形DLN
为了使机组的 热效率和比功 达到最大值， 还必须合理选 择最佳压比。
提高燃气轮机 机组热效率的 措施还有采用 回热循环和燃 气-蒸汽联合循 环的方案。
提高燃气轮机 机组比功的种 措施还有采用 间冷循环和再 热循环。
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1.1 基本原理-影响因素
环境温度的影响
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1.2 叶轮机械原理-引言
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1.2 叶轮机械原理-对比介绍
绝热膨胀过程3→4s ：面积34sp1*p2*3就是透平膨胀做功
lts
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
cp (T3*
T4*)
c
pT3*
(1
1
m
)
等压放热过程 4s → 1：面积4s1s1s34s则是燃气排气耗能 q2 cp (T4* T1*)
面积34s12s3=面积34s p1*p2*3-面积12sp2*p1*1=lts-lys=lcslcs
c
pT1*
1
1
m
m
1
循环效率：c
lts lys q1
q1 q2 q1
1 q2 q1
1 1
m
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1.1 基本原理-实际简单循环
由于：1）压气机的叶型损失、环端面损失及二次流损失；2）燃烧过程 中的滞止压力降低 ； 3）燃气透平中的型阻损失、端部损失、轮盘摩擦 损失、余速损失等 ； 4）透平的排气总压p4*要比大气压压力略高等。 透平的膨胀功lt减少了，而压气机的压缩功lys增大 ，对外界输出的实际循 环净功lcs=lts-lys 减少了，实际循环的循环效率减少。
透平与压气机的对比
能量转换： 叶栅通道： 流动过程： 级的构成： 叶型： 轮缘功： 工作环境： 级数： 多级流程： 效率：
透平
焓＝》机械能 收敛式 膨胀加速 静叶＋动叶 厚、弯度大 大 高温 少 扩展 单级：0.88-0.91 多级：0.91-0.94
压气机
机械能＝》压力势能＋热能 扩散式 扩压减速 动叶＋静叶 薄、弯度小 小 低温 多 缩小 单级：0.88-0.90 多级：0.83-0.87
理想简单循环压容图和温熵图
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1.1 基本原理-理想简单循环
系数：m k -1
空气：k
k 1.4
压比： p2*
p1*
温比：
T3* T1*
绝热压缩过程1→2s：面积12sp2*p1*1就是绝热压缩耗功 lys cp (T2* T1*) cpT1*( m 1)
等压燃烧过程2s → 3：面积2s3s3s12s就是空气从外界吸入的热能 q1 cp (T3* T2*)
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1.1 基本原理-引言
燃气轮机循环
• 理想循环：布雷顿 循环（Brayton） • 利用高温高压燃气在燃气轮机中膨胀做功，带动发电机
转动的动力循环装置。
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1.1 基本原理-理想简单循环
燃料
2
压气机 1
透平
负载
3
4
理想简单循环四过程：
①绝热压缩过程 ②等压燃烧过程 ③绝热膨胀过程 ④等压放热过程
60.75
NOx排放（mg/Nm3） 启动时间（点火到FSNL）
25ppm 10-15min
30-50（ 25ppm）
6min
带负荷时间
从230MW到460MW仅 热态启动满负荷小 标准25分到375MW
需11.5min
于30min
快速 10分钟到375MW
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2.1 整体结构-总体结构
压气机
燃烧室
气流进入叶片示意图
攻角：压气机在工作时，气流进入叶片的流入角β1一般情况下与叶片的几 何进口角β1k不相一致，它们的差值，称为攻角。
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本章小结
➢ 基本理论的两点结论？ ➢ 大气温度的影响？ ➢ 叶片为何是扭曲的？ ➢ 喘振发生的机理？
对一个燃机联合循环电厂来说，采用进气冷却是否有用？
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目录
透平