燃氣輪機結(jié)構(gòu)課件

2-1燃氣輪機壓氣機

按照空氣流動方向與軸關(guān)系劃分軸流式與離心式壓氣機

1ppt課件2-1燃氣輪機壓氣機1ppt課件1-進口收斂器；2-進口導(dǎo)流器；3-工作葉輪；4-擴壓時列；5-出口導(dǎo)流器；6-出口擴壓器；7-轉(zhuǎn)子；8-氣缸(或機匣)；9-端軸。軸流式壓氣機的一個級只有1.15～1.35左右,實現(xiàn)高壓比需多級2ppt課件1-進口收斂器；2-進口導(dǎo)流器；3-工作葉輪；4-擴壓時列離心式壓氣機1-進口導(dǎo)流器；2-工作葉輪；3-無葉擴壓器；4-有葉擴壓器；5-排氣管；6-連接軸

主要應(yīng)用在小型、微型燃氣輪機。

一級離心式壓氣機就可以達到4.5或更高的壓比

3ppt課件離心式壓氣機1-進口導(dǎo)流器；2-工作葉輪；3-無葉擴壓器；4ppt課件4ppt課件5ppt課件5ppt課件

在壓氣機特性線的左側(cè),有一條喘振邊界線。這表明，壓氣機在一定的轉(zhuǎn)速下運行時，如果空氣流量減小到一定程度，運行工況點進入了喘振邊界線左側(cè)的區(qū)域，那么整臺壓氣機就不能穩(wěn)定地工作。這時，空氣流量會忽大忽小，壓力會時高時低，甚至會出現(xiàn)氣流向壓氣機進口方向倒流的現(xiàn)象，同時還會發(fā)生巨大聲響，機組伴隨有強烈振動。這種現(xiàn)象通稱為喘振。6ppt課件在壓氣機特性線的左側(cè),有一條喘振邊界線。這表明，壓氣機

幾何入口角βlj與幾何出口角β2j—中弧線在葉型入口邊和出口邊的切線與前、后額線之間的夾角。

沖角i=1j-1

7ppt課件幾何入口角βlj與幾何出口角β2j—中弧線在葉型8ppt課件8ppt課件9ppt課件9ppt課件圖3-17壓氣機葉柵中旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象的發(fā)生沖角加大沖角減小10ppt課件圖3-17壓氣機葉柵中旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象的發(fā)生沖角加大沖角減小

如果某一個葉片上由于正攻角過大而發(fā)生了脫流，但相鄰葉片還沒有發(fā)生，則這一葉片處就會發(fā)生局部的氣流堵塞，迫使來流向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)。在該葉片前方（相對于葉片運動方向而言）來流攻角會變小而抑制了脫流的趨勢，但其后方的來流攻角會進一步加大而很快發(fā)生脫流。與此同時，原來發(fā)生脫流的葉片卻因其后方葉片的脫流而狀況改善，并退出脫流。這種情況就像脫流區(qū)沿著周向在傳遞一樣。11ppt課件如果某一個葉片上由于正攻角過大而發(fā)生了脫流，但相鄰葉片防喘振措施:在設(shè)計壓氣機時留有較大的“喘振裕度”，例如可以在設(shè)計工況時在前面各級預(yù)先取一定的負攻角，這樣在低轉(zhuǎn)速變工況時即使攻角增加也不容易達到旋轉(zhuǎn)脫離的程度。(2)在選用現(xiàn)成的壓氣機時，將燃氣輪機機組的設(shè)計運行點選在離壓氣機喘振邊界較遠處，從而留出一定的安全裕量。(3)在軸流式壓氣機的第一級，或者前面若干級中，裝設(shè)可調(diào)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，作為防喘措施。對于高壓比的壓氣機有時前面三級都裝有可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。(4)在壓氣機通流部分的某一個或若干個截面上，安裝防喘放氣閥。

(5)

把一臺高壓比的壓氣機，分解成為兩個壓比較低的串聯(lián)運行的高、低壓壓氣機，并分別用兩個轉(zhuǎn)速可以獨立變化的透平來驅(qū)動.

12ppt課件防喘振措施:12ppt課件13ppt課件13ppt課件14ppt課件14ppt課件2-2燃氣輪機透平軸流式大型燃氣輪機,流量大.徑流式：離心式和向心式用于微燃機,小功率燃機.15ppt課件2-2燃氣輪機透平軸流式15ppt課件16ppt課件16ppt課件17ppt課件17ppt課件18ppt課件18ppt課件19ppt課件19ppt課件透平葉片的冷卻

燃氣輪機的發(fā)展靠高溫材料和冷卻技術(shù)，兩者相輔相成。圖1燃氣初溫逐年提高情況20ppt課件透平葉片的冷卻燃氣輪機的發(fā)展靠高溫材料和冷卻技術(shù)，兩葉片冷卻形式1、對流冷卻

冷卻空氣流經(jīng)葉片內(nèi)部流道后，自葉片的—端或出氣邊排出至主燃氣流中，空氣靠與葉片內(nèi)部通道壁面的對流放熱來冷卻葉片，因而稱為對流冷卻。

圖2板料焊接的對流冷卻靜葉片21ppt課件葉片冷卻形式1、對流冷卻圖2板料焊接的對流冷卻靜葉片21

圖3板料焊接的對流冷卻動葉片22ppt課件圖3板料焊接的對流冷卻動葉片22ppt課件

圖4冷卻葉片自葉頂排出的動葉23ppt課件圖4冷卻葉片自葉頂排出的動葉23ppt課件2沖擊冷卻

在空心的葉片內(nèi)部加一導(dǎo)管，導(dǎo)管上開有許多小孔，冷卻空氣先流入導(dǎo)管，再從導(dǎo)管上的小孔流出去冷卻葉片。下圖為一有沖擊冷卻的靜葉導(dǎo)管上開的一排小孔正對著片進氣邊內(nèi)表面，冷卻空氣自小孔流出直接沖擊進氣邊內(nèi)表面進行冷卻，故稱沖擊冷卻。

圖5有沖擊冷卻的靜葉24ppt課件2沖擊冷卻圖5有沖擊冷卻的靜葉24ppt課件3、氣膜冷卻

冷卻空氣從空心葉片順著燃氣流動方向流出，在葉片表面形成一層膜，把葉片表面而與燃氣隔開而對葉片起到保護作用，同時冷卻葉片，為氣膜冷卻。25ppt課件3、氣膜冷卻25ppt課件26ppt課件26ppt課件4發(fā)散冷卻

當空心葉片用多孔的透氣材料做成時，葉片內(nèi)部的冷卻空氣就象“出汗”那樣自葉片表面流出，為發(fā)散冷卻。圖6發(fā)散冷卻葉片與表面溫度27ppt課件4發(fā)散冷卻圖6發(fā)散冷卻葉片與表面溫度27ppt課件28ppt課件28ppt課件圖7多排沖擊和氣膜冷卻的綜合冷卻靜葉29ppt課件圖7多排沖擊和氣膜冷卻的綜合冷卻靜葉29ppt課件圖8采用冷卻技術(shù)后，典型的靜葉出口溫度與葉片溫度30ppt課件圖8采用冷卻技術(shù)后，典型的靜葉出口溫度與葉片溫度30ppXgl：冷卻空氣系數(shù)

Xgl=GL/Ga這里GL為從壓氣機抽出用于冷卻燃氣透平葉片空氣量

Ga為進入燃氣輪機壓氣機的流量燃氣輪機初溫越高所需冷卻空氣流量越大，冷卻空氣系數(shù)越大31ppt課件Xgl：冷卻空氣系數(shù)燃氣輪機初溫越高31ppt課件圖9燃氣輪機初溫與冷卻空氣系數(shù)的關(guān)系32ppt課件圖9燃氣輪機初溫與冷卻空氣系數(shù)的關(guān)系32ppt課件未來冷卻技術(shù)的發(fā)展（1）采用綜合冷卻手段提高冷卻效果（2）提高工作可靠性（3）蒸汽冷卻圖10GE-H型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)33ppt課件未來冷卻技術(shù)的發(fā)展圖10GE-H型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)燃機透平特性34ppt課件燃機透平特性34ppt課件四個特征參數(shù)：折合流量，膨脹比，折合轉(zhuǎn)速，效率知道其中任意兩個可知其它參數(shù)。35ppt課件四個特征參數(shù)：知道其中任意兩個可知其它參數(shù)。35ppt課件圖燃機透平通用特性曲線的表示方法36ppt課件圖燃機透平通用特性曲線的表示方法36ppt課件37ppt課件37ppt課件聯(lián)合運行工況點確定：壓氣機與透平轉(zhuǎn)速相同，壓比與膨脹比之間存在聯(lián)系。38ppt課件聯(lián)合運行工況點確定：壓氣機與透平轉(zhuǎn)速相同，壓比與膨脹比之間存燃燒室燃燒的穩(wěn)定性；燃燒效率；火焰筒的有效冷卻；燃料噴嘴的合理布置；多種燃料的適應(yīng)性。39ppt課件燃燒室39ppt課件

燃燒室結(jié)構(gòu)分類1分管燃燒室40ppt課件燃燒室結(jié)構(gòu)分類1分管燃燒室40ppt課件2、環(huán)管型燃燒室41ppt課件2、環(huán)管型燃燒室41ppt課件3環(huán)行燃燒室42ppt課件3環(huán)行燃燒室42ppt課件4圓筒形燃燒室43ppt課件4圓筒形燃燒室43ppt課件低污染燃燒技術(shù)

1）干式低排放（DLN，或稱為“drylowNOx”—DLN）燃燒室

NOx生成溫度1650度干式低污染燃燒的基本措施就是“貧預(yù)混”，即以適當?shù)倪^量空氣系數(shù)將空氣與燃料預(yù)先混合均勻后再進入燃燒室燃燒，這就從根本上改變了傳統(tǒng)的以擴散燃燒為主的概念。預(yù)混燃燒的特點是反應(yīng)區(qū)內(nèi)的燃料濃度和反應(yīng)溫度都是均勻的，也是預(yù)先通過燃料和預(yù)混空氣的配比加以嚴格控制的。44ppt課件低污染燃燒技術(shù)NOx生成溫度1650度44ppt課件圖3-33DLN燃燒室的一個火焰筒示意圖

45ppt課件圖3-33DLN燃燒室的一個火焰筒示意圖45ppt課件

2）催化燃燒

其基本思想是在燃燒室的適當部位引入催化燃燒組件（模塊），催化燃燒的特性是具有“化學恒溫作用”。這種組件實際上是由金屬薄片襯底構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)，襯底上涂敷催化劑，可燃混合物通過時與催化劑有很大的接觸面積。催化劑組件由多個截面區(qū)域組成，每個區(qū)域具有專門的功能，以達到特定的燃燒溫度，因此不論可燃混合物濃度如何，即使燃料-空氣比很高，在催化劑組件中進行無焰燃燒時也可以控制在較低的反應(yīng)溫度，從而將NOx的產(chǎn)生控制在極低的水平。46ppt課件2）催化燃燒其基本思想是在燃燒室的適當部位引入圖3-34催化（Xonon）燃燒室示意圖

47ppt課件圖3-34催化（Xonon）燃燒室示意圖47ppt課件GE的DLN燃燒室48ppt課件GE的DLN燃燒室48ppt課件關(guān)于燃燒室初溫T3的定義49ppt課件關(guān)于燃燒室初溫T3的定義49ppt課件

由于燃氣輪機透平葉片需冷卻，因而在不同部位注入冷卻空氣，導(dǎo)致了有不同的溫度。（1）燃燒室出口溫度TA（2）燃氣輪機透平第一級噴嘴后的溫度TB（3）以進入燃氣輪機透平的所有空氣流量計算的燃氣平均溫度TC50ppt課件由于燃氣輪機透平葉片需冷卻，因而在不同部位注入

TB

為通常所說的T3

若要詳細確定各點的溫度，需要知道各級所注入的冷卻空氣流量，利用能量平衡方程去確定。例如：對于SiemensV94.3A型燃機

TA=1340度

TB=1290度

TC=1160度

51ppt課件TB為通常所說的T3若要詳細確定各點的溫度2-1燃氣輪機壓氣機

按照空氣流動方向與軸關(guān)系劃分軸流式與離心式壓氣機

52ppt課件2-1燃氣輪機壓氣機1ppt課件1-進口收斂器；2-進口導(dǎo)流器；3-工作葉輪；4-擴壓時列；5-出口導(dǎo)流器；6-出口擴壓器；7-轉(zhuǎn)子；8-氣缸(或機匣)；9-端軸。軸流式壓氣機的一個級只有1.15～1.35左右,實現(xiàn)高壓比需多級53ppt課件1-進口收斂器；2-進口導(dǎo)流器；3-工作葉輪；4-擴壓時列離心式壓氣機1-進口導(dǎo)流器；2-工作葉輪；3-無葉擴壓器；4-有葉擴壓器；5-排氣管；6-連接軸

主要應(yīng)用在小型、微型燃氣輪機。

一級離心式壓氣機就可以達到4.5或更高的壓比

54ppt課件離心式壓氣機1-進口導(dǎo)流器；2-工作葉輪；3-無葉擴壓器；55ppt課件4ppt課件56ppt課件5ppt課件

在壓氣機特性線的左側(cè),有一條喘振邊界線。這表明，壓氣機在一定的轉(zhuǎn)速下運行時，如果空氣流量減小到一定程度，運行工況點進入了喘振邊界線左側(cè)的區(qū)域，那么整臺壓氣機就不能穩(wěn)定地工作。這時，空氣流量會忽大忽小，壓力會時高時低，甚至會出現(xiàn)氣流向壓氣機進口方向倒流的現(xiàn)象，同時還會發(fā)生巨大聲響，機組伴隨有強烈振動。這種現(xiàn)象通稱為喘振。57ppt課件在壓氣機特性線的左側(cè),有一條喘振邊界線。這表明，壓氣機

幾何入口角βlj與幾何出口角β2j—中弧線在葉型入口邊和出口邊的切線與前、后額線之間的夾角。

沖角i=1j-1

58ppt課件幾何入口角βlj與幾何出口角β2j—中弧線在葉型59ppt課件8ppt課件60ppt課件9ppt課件圖3-17壓氣機葉柵中旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象的發(fā)生沖角加大沖角減小61ppt課件圖3-17壓氣機葉柵中旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象的發(fā)生沖角加大沖角減小

如果某一個葉片上由于正攻角過大而發(fā)生了脫流，但相鄰葉片還沒有發(fā)生，則這一葉片處就會發(fā)生局部的氣流堵塞，迫使來流向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)。在該葉片前方（相對于葉片運動方向而言）來流攻角會變小而抑制了脫流的趨勢，但其后方的來流攻角會進一步加大而很快發(fā)生脫流。與此同時，原來發(fā)生脫流的葉片卻因其后方葉片的脫流而狀況改善，并退出脫流。這種情況就像脫流區(qū)沿著周向在傳遞一樣。62ppt課件如果某一個葉片上由于正攻角過大而發(fā)生了脫流，但相鄰葉片防喘振措施:在設(shè)計壓氣機時留有較大的“喘振裕度”，例如可以在設(shè)計工況時在前面各級預(yù)先取一定的負攻角，這樣在低轉(zhuǎn)速變工況時即使攻角增加也不容易達到旋轉(zhuǎn)脫離的程度。(2)在選用現(xiàn)成的壓氣機時，將燃氣輪機機組的設(shè)計運行點選在離壓氣機喘振邊界較遠處，從而留出一定的安全裕量。(3)在軸流式壓氣機的第一級，或者前面若干級中，裝設(shè)可調(diào)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，作為防喘措施。對于高壓比的壓氣機有時前面三級都裝有可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。(4)在壓氣機通流部分的某一個或若干個截面上，安裝防喘放氣閥。

(5)

把一臺高壓比的壓氣機，分解成為兩個壓比較低的串聯(lián)運行的高、低壓壓氣機，并分別用兩個轉(zhuǎn)速可以獨立變化的透平來驅(qū)動.

63ppt課件防喘振措施:12ppt課件64ppt課件13ppt課件65ppt課件14ppt課件2-2燃氣輪機透平軸流式大型燃氣輪機,流量大.徑流式：離心式和向心式用于微燃機,小功率燃機.66ppt課件2-2燃氣輪機透平軸流式15ppt課件67ppt課件16ppt課件68ppt課件17ppt課件69ppt課件18ppt課件70ppt課件19ppt課件透平葉片的冷卻

燃氣輪機的發(fā)展靠高溫材料和冷卻技術(shù)，兩者相輔相成。圖1燃氣初溫逐年提高情況71ppt課件透平葉片的冷卻燃氣輪機的發(fā)展靠高溫材料和冷卻技術(shù)，兩葉片冷卻形式1、對流冷卻

冷卻空氣流經(jīng)葉片內(nèi)部流道后，自葉片的—端或出氣邊排出至主燃氣流中，空氣靠與葉片內(nèi)部通道壁面的對流放熱來冷卻葉片，因而稱為對流冷卻。

圖2板料焊接的對流冷卻靜葉片72ppt課件葉片冷卻形式1、對流冷卻圖2板料焊接的對流冷卻靜葉片21

圖3板料焊接的對流冷卻動葉片73ppt課件圖3板料焊接的對流冷卻動葉片22ppt課件

圖4冷卻葉片自葉頂排出的動葉74ppt課件圖4冷卻葉片自葉頂排出的動葉23ppt課件2沖擊冷卻

在空心的葉片內(nèi)部加一導(dǎo)管，導(dǎo)管上開有許多小孔，冷卻空氣先流入導(dǎo)管，再從導(dǎo)管上的小孔流出去冷卻葉片。下圖為一有沖擊冷卻的靜葉導(dǎo)管上開的一排小孔正對著片進氣邊內(nèi)表面，冷卻空氣自小孔流出直接沖擊進氣邊內(nèi)表面進行冷卻，故稱沖擊冷卻。

圖5有沖擊冷卻的靜葉75ppt課件2沖擊冷卻圖5有沖擊冷卻的靜葉24ppt課件3、氣膜冷卻

冷卻空氣從空心葉片順著燃氣流動方向流出，在葉片表面形成一層膜，把葉片表面而與燃氣隔開而對葉片起到保護作用，同時冷卻葉片，為氣膜冷卻。76ppt課件3、氣膜冷卻25ppt課件77ppt課件26ppt課件4發(fā)散冷卻

當空心葉片用多孔的透氣材料做成時，葉片內(nèi)部的冷卻空氣就象“出汗”那樣自葉片表面流出，為發(fā)散冷卻。圖6發(fā)散冷卻葉片與表面溫度78ppt課件4發(fā)散冷卻圖6發(fā)散冷卻葉片與表面溫度27ppt課件79ppt課件28ppt課件圖7多排沖擊和氣膜冷卻的綜合冷卻靜葉80ppt課件圖7多排沖擊和氣膜冷卻的綜合冷卻靜葉29ppt課件圖8采用冷卻技術(shù)后，典型的靜葉出口溫度與葉片溫度81ppt課件圖8采用冷卻技術(shù)后，典型的靜葉出口溫度與葉片溫度30ppXgl：冷卻空氣系數(shù)

Xgl=GL/Ga這里GL為從壓氣機抽出用于冷卻燃氣透平葉片空氣量

Ga為進入燃氣輪機壓氣機的流量燃氣輪機初溫越高所需冷卻空氣流量越大，冷卻空氣系數(shù)越大82ppt課件Xgl：冷卻空氣系數(shù)燃氣輪機初溫越高31ppt課件圖9燃氣輪機初溫與冷卻空氣系數(shù)的關(guān)系83ppt課件圖9燃氣輪機初溫與冷卻空氣系數(shù)的關(guān)系32ppt課件未來冷卻技術(shù)的發(fā)展（1）采用綜合冷卻手段提高冷卻效果（2）提高工作可靠性（3）蒸汽冷卻圖10GE-H型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)84ppt課件未來冷卻技術(shù)的發(fā)展圖10GE-H型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)燃機透平特性85ppt課件燃機透平特性34ppt課件四個特征參數(shù)：折合流量，膨脹比，折合轉(zhuǎn)速，效率知道其中任意兩個可知其它參數(shù)。86ppt課件四個特征參數(shù)：知道其中任意兩個可知其它參數(shù)。35ppt課件圖燃機透平通用特性曲線的表示方法87ppt課件圖燃機透平通用特性曲線的表示方法36ppt課件88ppt課件37ppt課件聯(lián)合運行工況點確定：壓氣機與透平轉(zhuǎn)速相同，壓比與膨脹比之間存在聯(lián)系。89ppt課件聯(lián)合運行工況點確定：壓氣機與透平轉(zhuǎn)速相同，壓比與膨脹比之間存燃燒室燃燒的穩(wěn)定性；燃燒效率；火焰筒的有效冷卻；燃料噴嘴的合理布置；多種燃料的適應(yīng)性。90ppt課件燃燒室39ppt課件

燃燒室結(jié)構(gòu)分類1分管燃燒室91ppt課件燃燒室結(jié)構(gòu)分類1分管燃燒室40ppt課件2、環(huán)管型燃燒室92ppt課件2、環(huán)管型燃燒室41ppt課件3環(huán)行燃燒室93ppt課件3環(huán)行燃燒室42ppt課件4圓筒形燃燒室94ppt課件4圓筒形燃燒室43ppt課件低污染燃燒技術(shù)

1）干式低排放（DLN，或稱為“drylowNOx”—DLN）燃燒室

NOx生成溫度1650度干式低污染燃燒的基本措施就是“貧預(yù)混”，即以適當?shù)倪^量空氣系數(shù)將空氣與燃料預(yù)先混合均勻后再進入燃燒室燃燒，這就從根本上改變了傳統(tǒng)的以擴散燃燒為主的概念。預(yù)混燃燒的特點是反應(yīng)區(qū)內(nèi)的燃料濃度和反應(yīng)溫度都是均勻的，也是預(yù)先通過燃料和預(yù)混空氣的配比加以嚴格控制的。9