燃气轮机13储运.ppt

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1、第五章 燃烧室,燃烧室的作用,把压气机送来的高压空气同燃料很好地混合和燃烧，产生高温高压的燃气，并送入透平涡轮中作功。,5-1 燃烧室的工作简图及其要求,主要由五部分组成： 外壳1、火焰管2、旋流器3、喷油嘴4、混合器5。,简单工作原理,压缩空气和燃料分别输入燃烧室。 高压空气经导管引入燃烧室分成两股： 一股空气经旋流器3进入火焰管，这是燃料燃烧所必需的助燃空气，称为一次空气； 一股空气则进入火焰管2与燃烧室外壳1间的环形空间，这部分主要是冷却用的空气，称为二次空气。 燃油经喷油嘴4喷入火焰管内，形成雾状与一次空气混合。外源点火后近似等压燃烧，生成高温高压的燃烧产物。 最关键部分：,长期高温下

2、工作，必须进行冷却,火焰管,二次空气的作用,大部分用来冷却火焰管外壁和燃烧室外壳，一部分冷却火焰管内壁； 一部分经混合器5进入混合区与燃气混合掺冷，把温度降低到给定的燃气温度； 补燃作用。,85%70%,15%30%,结构不太复杂。 燃烧过程复杂： 气体流动三元紊流+化学反应； 传热、传质过程导热、对流换热、辐射换热； 化学反应碳氢燃料的燃烧机理。,对燃烧室的要求,判断燃烧室性能的好坏，主要是看它能否可靠地、经济地提供合格的高温燃气。 1燃烧要完全 要求绝大多数进入燃烧室的燃料，能够在燃烧室内燃烧掉，不发生严重的积炭和冒烟现象。,燃烧效率特性,燃烧效率-衡量燃烧的完善程度 Qi 燃烧室的各项热

3、损失： （1）化学不完全燃烧 （2）机械不完全燃烧 （3）散热损失,冒黑烟、积炭、结焦等,B,过量空气系数,4.0,CO、H2、CH4等,2燃烧稳定,要求燃烧室在燃气轮机的一切工况下均能稳定燃烧，不发生灭火现象以及强烈的火焰脉动现象。 保证（1）火焰不被高速气流吹灭(火焰稳定器)； （2）不发生熄火。 熄火极限指一定的油气比范围（fmin fmax） 其差值越大，稳定性越好。 一般 油气比 f = 1/40 1/330 过量空气系数 =2.7322.5,富油熄火,贫油熄火,3.整体尺寸要小、结构要紧凑,要求容积热强度越大越好。 固定式: QV = 30200 W/(m.N) 移动式: QV =

4、100300 W/(m.N) 4.压力损失要小 要求燃烧室内的粘性摩擦、涡流阻力以及热阻力等越小越好。 一般燃烧室总压保持系数：B=0.92 0.98,压力损失增加1%， 整机效率下降2%。,5燃烧室出口温度场要均匀,要求使燃气温度大小及分布均匀，避免叶片受热不均匀而变形、甚至被烧坏。 整个燃烧室不同部位温度相差不大于50C； 存在多个燃烧室时,平均温差不超过1520C。 6.起动、点火性能要好 7.排气污染少 8.寿命长,运输式燃机：300010000小时,航空：3001000小时 船用：400010000小时,固定式燃机：大于20000小时,上述各项要求往往又存在矛盾，很难同时满足。 一般

5、基本要求： 燃烧完全、燃烧过程稳定、足够的使用寿命以及外形尺寸小等。,5-2 燃烧室类型与基本结构,分类： 圆管型、分管型、环形和环管型 逆流式和顺流式 基本结构： 一次空气的配气结构、火焰管壁的冷却结构、 燃气混合机构、燃料供应机构、点火机构等。,按总体结构：,按气流流动：,1、圆筒型,具有圆筒形的外壳和火焰管； 多采用逆流式结构（紧凑）；可按1-2个； 可直立或横卧于燃机上方，或直立于燃机侧面。 优点：结构简单、便于维修、使用寿命 缺点：空间利用率差、容积热强度较低； 调试时所需风源较大。 应用：广泛应用于小功率燃机及部分中等功率燃机。,圆筒型,2、分管型,一台燃气轮机中设置若干分开的小燃

6、烧室，通常8-12个，围绕燃机轴线均匀布置，各燃烧室之间由联焰管联接。 每个燃烧室有单独的外壳、火焰管、喷油嘴，但仅有2个点火器，其它则靠联焰管点燃。,1,2,3,4,5,分管型,优点：尺寸较小，易组织燃烧；易调试、易拆卸。 缺点：构造复杂，较笨重；需冷却的火焰管表面较多；启动点火较慢；周向温度不均匀度大；压力损失大。 应用：大功率工业型燃气轮机；已较少应用。,5 4,9,混合区,混合器,14,3、环形燃烧室,在燃烧室内壳、外壳体所形成的环形空腔内，安装一个由内、外环构成的火焰管。在环形火焰管头部沿周向均匀布置若干喷嘴和旋流器（1220个）。 优点： 空间利用率高，尺寸小、结构紧凑； 需冷却保

7、护的火焰管面积较少，比容积热强度高； 可获最佳的流路配合，压力损失小； 启动点火性能好。,环形燃烧室,缺点： 调试时耗气量大； 油气匹配难、组织燃烧难； 出口温度场的稳定性差； 高温下火焰管易变形；难拆卸。 应用： 广泛应用于航空燃机中。,4、环管型,在燃烧室内、外壳体所形成的环形腔内，沿周向均匀布置若干管形火焰管（8-12个），以点火传焰用的联焰管连接。 结构特点均介于分管型与环形两燃烧室之间。 优点：尺寸较小；易组织燃烧；易调试。 缺点：气体流动比较复杂，扩压器设计困难； 存在传焰问题，启动点火性能较差。 应用：航空型燃机(顺流式)；工业型燃机(逆流式)。,火焰稳定器 （旋流器）,改善气流

8、的流动结构，稳定高速气流中的火焰，使燃烧工况得到改善的装置。 主要作用： 在火焰管的前部造成一个特殊形态的速度场，以便强化燃料和空气的混合作用，并为燃烧火焰的稳定提供条件。 工作过程： 具体见教材 P120-122（自学）。,高速气流中的低速区,5-3 燃烧室的工作过程,特点： 一、进入燃烧室的空气量比理论空气量多得多。 总=3.7 12 二、气流速度高，燃料停留时间很短。 一般2640 m/s，航空70m/s以上 主要过程： （1）燃料的雾化；（2）燃料与空气的混合； （3）着火、稳焰与燃烧； （4）高温燃气与二次空气的混合掺冷。,第六章 燃气轮机的变工况,单轴燃气轮机的变工况特性 环境条件

9、对燃气轮机性能的影响,6-1 概述,燃气轮机的变工况 研究目的 基本要求及性能指标 不同的轴系方案,一、燃气轮机的变工况,整台机组偏离设计状态下工作的各种工况 (1)稳定的非设计工况 如部分负荷或环境条件改变时引起的变工况； (2)不稳定的过渡工况 如启动、加速等引起的变工况。 非常复杂（三大件+负荷）,二、研究目的,分析燃气轮机机组各部分相互联系、相互制约的变化规律，从而掌握燃气轮机的变工况过程及其特性。 （1）为设计新机组提供选择方案的依据 （2）为用户提供变工况性能曲线。,三、基本要求及性能指标,基本要求: 保证在各种负荷下机组能够经济地、可靠地运行，同时有较强的适应外界负荷变化的能力。

10、 性能指标: 1经济性 机组的效率或耗油率不因功率下降而极度恶化； 机组的负荷特性曲线变化得平坦些。,2稳定性 在各种负荷下，压气机不喘振、涡轮不超温、燃烧室不熄火；机组能稳定可靠地运行。 3加载性 机组功率能及时适应外界负荷变化的需要。,满负荷、部分负荷、低速、启动等,四、负荷特性,负荷功率Ne随负荷转速n变化的关系 Ne = f (n) 1、恒速负荷特性 负荷功率Ne变化与负荷转速n无关 即 n=const Ne = f (n)是一条垂直线,n,Ne,例子：恒频交流电机,2、螺旋桨型负荷特性,负荷功率Ne与其转速n的三次方呈正比 即 Ne = c n3 （c为比例系数） 变速负荷,n,Ne

11、,例子： 固定螺距螺旋桨(轮船) 叶轮机械（泵、风机等）,Ne = c n3,3、调速负荷特性,负荷功率Ne与转速n在一定范围内任意配合，用来带动变速负荷。 变频调速负荷,n,Ne,例子： 变螺距螺旋桨负荷或机车燃气轮机,4、机械牵引负荷特性,用机械方式（如联轴器、齿轮等）传动各种车辆。 在启动时有最大扭矩，即 n=0， Me=Memax 当转速升高时，扭矩减小； 当n=nmax， Me=Memin。 负荷功率：NeMen Ne随n增加而增大。,n,Ne,五、燃气轮机的轴系方案,1单轴方案（C-T-L） 压气机、涡轮及负荷共用一根轴。 宜用于恒速负荷。,具体的组合方式,2双轴方案,2.1 分轴

12、方案 压气机与高压涡轮共轴(C-HT)和燃烧室一起组成燃气发生器； 低压涡轮与负荷共轴(LT-L)。 宜用于变速负荷。,2.2 平行双轴方案,高压压气机由高压涡轮带动（HC-HT）； 低压压气机由低压涡轮带动（LC-LT）。 负荷的带动有两种形式：HT-L或LT-L,以高压轴带动负荷HC-HT-L 宜用于恒速负荷。,以低压轴带动负荷LC-LT-L，宜用于变速负荷。,3三轴方案,3.1 低压涡轮带动负荷 高压压气机由高压涡轮带动（HC-HT）； 低压压气机由中压涡轮带动（LC-MT）。 可用于变速负荷。,LT-L,3.2 中压涡轮带动负荷 （MT-L） 高压压气机由高压涡轮带动（HC-HT）；

13、低压压气机由低压涡轮带动（LC-LT）。 宜用于常在部分负荷下工作的高效机组。,MT-L,6-2 单轴燃气轮机变工况特性,一、燃机平衡运行条件 机组在不同负荷下稳定运行时，各部件的参数（流量、转速、压比、功率）应满足的相互配合的条件。 分析讨论燃气轮机变工况的基础： 各部件的特性和平衡运行条件,1、转速平衡,每根轴上的转子转速相同。 单轴机组：nC=nT=n 分轴机组：nC=nHT nLT=n 2、压比平衡 T*= C*,压气机压比,涡轮膨胀比,总压保持系数 =CBT,平行双轴机组,3、功率平衡,机械联系的各部件的驱动力矩，应等于总的阻力矩（包括压气机耗功），即每根轴上的功率应平衡。 单轴机组： NT=NC+Nm+Ne 或 NT=NC/m+Ne,压气机内功率,机组附件消耗和机械损失功率,涡轮内功率,分轴机组：,机械效率,NLT=NLC/m1+Ne,NHT=NHC/m2,平行双轴机组,NHT=NC/m1,NLT=Ne/m2,4、流量平衡,GT= GC+Gf - G 变工况时，可近似认为： G/GCconst 粗算时，可取 GT GC,冷却用和泄露的空气量,燃气流量,燃料消耗量,进气量,