神马作文网燃气轮机的工作原理?.
来源：学生作业帮 编辑：神马作文网作业帮 分类：综合作业 时间：2024/11/19 04:54:39
燃气轮机的工作原理?
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图：http://imgsrc.baidu.com/baike/abpic/item/a583631e48062ae71bd57615.jpg
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机.
中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记载,它是涡轮机(透平)的雏形.15世纪末,意大利人列奥纳多·达芬奇设计出烟气转动装置,其原理与走马灯相同.至17世纪中叶,透平原理在欧洲得到了较多应用.
1791年,英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；1872年,德国人施托尔策设计了一台燃气轮机,并于1900～1904年进行了试验,但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；1905年,法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机,但效率太低,因而未获得实用.
1920年,德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机,其效率为13％、功率为370千瓦,按等容加热循环工作,但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热,存在许多重大缺点而被人们放弃.
随着空气动力学的发展,人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点,解决了设计高效率轴流式压气机的问题,因而在30年代中期出现了效率达85％的轴流式压气机.与此同时,透平效率也有了提高.在高温材料方面,出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢,因而能采用较高的燃气初温,于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用.
1939年,在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机,效率达18%.同年,在德国制造的喷气式飞机试飞成功,从此燃气轮机进入了实用阶段,并开始迅速发展.
随着高温材料的不断进展,以及透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果,燃气初温逐步提高,使燃气轮机效率不断提高.单机功率也不断增大,在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机,最高能达到130兆瓦.
与此同时,燃气轮机的应用领域不断扩大.1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验；1947年,英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水,它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力；1950年,英国制成第一辆燃气轮机汽车.此后,燃气轮机在更多的部门中获得应用.
在燃气轮机获得广泛应用的同时,还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置.最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置；50～60年代,出现了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置,但由于笨重和系统较复杂,到70年代就停止了生产.此外,还发展了柴油机燃气轮机复合装置；另有一类利用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的全能量系统,可有效地节约能源,已用于多种工业生产中.
燃气轮机的工作过程是,压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃料混合后燃烧,成为高温燃气,随即流入燃气透平中膨胀作功,推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高,因而燃气透平在带动压气机的同时,尚有余功作为燃气轮机的输出机械功.燃气轮机由静止起动时,需用起动机带着旋转,待加速到能独立运行后,起动机才脱开.
燃气轮机的工作过程是最简单的,称为简单循环；此外,还有回热循环和复杂循环.燃气轮机的工质来自大气,最后又排至大气,是开式循环；此外,还有工质被封闭循环使用的闭式循环.燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置.
燃气初温和压气机的压缩比,是影响燃气轮机效率的两个主要因素.提高燃气初温,并相应提高压缩比,可使燃气轮机效率显著提高.70年代末,压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右,航空燃气轮机的超过1350℃.
燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成.压气机有轴流式和离心式两种,轴流式压气机效率较高,适用于大流量的场合.在小流量时,轴流式压气机因后面几级叶片很短,效率低于离心式.功率为数兆瓦的燃气轮机中,有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级,因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度.
燃烧室和透平不仅工作温度高,而且还承受燃气轮机在起动和停机时,因温度剧烈变化引起的热冲击,工作条件恶劣,故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件.为确保有足够的寿命,这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等,须用镍基和钴基合金等高温材料制造,同时还须用空气冷却来降低工作温度.
对于一台燃气轮机来说,除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统,此外还需要配备良好的附属系统和设备,包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等.
燃气轮机有重型和轻型两类.重型的零件较为厚重,大修周期长,寿命可达10万小时以上.轻型的结构紧凑而轻,所用材料一般较好,其中以航机的结构为最紧凑、最轻,但寿命较短.
与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较,燃气轮机的主要优点是小而轻.单位功率的质量,重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦,而航机一般低于0.2千克/千瓦.燃气轮机占地面积小,当用于车、船等运输机械时,既可节省空间,也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度.燃气轮机的主要缺点是效率不够高,在部分负荷下效率下降快,空载时的燃料消耗量高.
不同的应用部门,对燃气轮机的要求和使用状况也不相同.功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电,而30～40兆瓦以上的几乎全部用于发电.
燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动,机动性好,在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用,能较好地保障电网的安全运行,所以应用广泛.在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中,燃气轮机因其轻小,应用也很广泛.此外,还有不少利用燃气轮机的便携电源,功率最小的在10千瓦以下.
燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术.提高效率的关键是提高燃气初温,即改进透平叶片的冷却技术,研制能耐更高温度的高温材料.其次是提高压缩比,研制级数更少而压缩比更高的压气机.再次是提高各个部件的效率.
高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作,用它来做透平叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时,就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温,从而较大地提高燃气轮机效率.适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等.
按闭式循环工作的装置能利用核能,它用高温气冷反应堆作为加热器,反应堆的冷却剂(氦或氮等)同时作为压气机和透平的工质.
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机.
中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记载,它是涡轮机(透平)的雏形.15世纪末,意大利人列奥纳多·达芬奇设计出烟气转动装置,其原理与走马灯相同.至17世纪中叶,透平原理在欧洲得到了较多应用.
1791年,英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；1872年,德国人施托尔策设计了一台燃气轮机,并于1900～1904年进行了试验,但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；1905年,法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机,但效率太低,因而未获得实用.
1920年,德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机,其效率为13％、功率为370千瓦,按等容加热循环工作,但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热,存在许多重大缺点而被人们放弃.
随着空气动力学的发展,人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点,解决了设计高效率轴流式压气机的问题,因而在30年代中期出现了效率达85％的轴流式压气机.与此同时,透平效率也有了提高.在高温材料方面,出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢,因而能采用较高的燃气初温,于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用.
1939年,在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机,效率达18%.同年,在德国制造的喷气式飞机试飞成功,从此燃气轮机进入了实用阶段,并开始迅速发展.
随着高温材料的不断进展,以及透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果,燃气初温逐步提高,使燃气轮机效率不断提高.单机功率也不断增大,在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机,最高能达到130兆瓦.
与此同时,燃气轮机的应用领域不断扩大.1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验；1947年,英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水,它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力；1950年,英国制成第一辆燃气轮机汽车.此后,燃气轮机在更多的部门中获得应用.
在燃气轮机获得广泛应用的同时,还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置.最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置；50～60年代,出现了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置,但由于笨重和系统较复杂,到70年代就停止了生产.此外,还发展了柴油机燃气轮机复合装置；另有一类利用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的全能量系统,可有效地节约能源,已用于多种工业生产中.
燃气轮机的工作过程是,压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃料混合后燃烧,成为高温燃气,随即流入燃气透平中膨胀作功,推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高,因而燃气透平在带动压气机的同时,尚有余功作为燃气轮机的输出机械功.燃气轮机由静止起动时,需用起动机带着旋转,待加速到能独立运行后,起动机才脱开.
燃气轮机的工作过程是最简单的,称为简单循环；此外,还有回热循环和复杂循环.燃气轮机的工质来自大气,最后又排至大气,是开式循环；此外,还有工质被封闭循环使用的闭式循环.燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置.
燃气初温和压气机的压缩比,是影响燃气轮机效率的两个主要因素.提高燃气初温,并相应提高压缩比,可使燃气轮机效率显著提高.70年代末,压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右,航空燃气轮机的超过1350℃.
燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成.压气机有轴流式和离心式两种,轴流式压气机效率较高,适用于大流量的场合.在小流量时,轴流式压气机因后面几级叶片很短,效率低于离心式.功率为数兆瓦的燃气轮机中,有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级,因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度.
燃烧室和透平不仅工作温度高,而且还承受燃气轮机在起动和停机时,因温度剧烈变化引起的热冲击,工作条件恶劣,故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件.为确保有足够的寿命,这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等,须用镍基和钴基合金等高温材料制造,同时还须用空气冷却来降低工作温度.
对于一台燃气轮机来说,除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统,此外还需要配备良好的附属系统和设备,包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等.
燃气轮机有重型和轻型两类.重型的零件较为厚重,大修周期长,寿命可达10万小时以上.轻型的结构紧凑而轻,所用材料一般较好,其中以航机的结构为最紧凑、最轻,但寿命较短.
与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较,燃气轮机的主要优点是小而轻.单位功率的质量,重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦,而航机一般低于0.2千克/千瓦.燃气轮机占地面积小,当用于车、船等运输机械时,既可节省空间,也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度.燃气轮机的主要缺点是效率不够高,在部分负荷下效率下降快,空载时的燃料消耗量高.
不同的应用部门,对燃气轮机的要求和使用状况也不相同.功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电,而30～40兆瓦以上的几乎全部用于发电.
燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动,机动性好,在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用,能较好地保障电网的安全运行,所以应用广泛.在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中,燃气轮机因其轻小,应用也很广泛.此外,还有不少利用燃气轮机的便携电源,功率最小的在10千瓦以下.
燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术.提高效率的关键是提高燃气初温,即改进透平叶片的冷却技术,研制能耐更高温度的高温材料.其次是提高压缩比,研制级数更少而压缩比更高的压气机.再次是提高各个部件的效率.
高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作,用它来做透平叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时,就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温,从而较大地提高燃气轮机效率.适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等.
按闭式循环工作的装置能利用核能,它用高温气冷反应堆作为加热器,反应堆的冷却剂(氦或氮等)同时作为压气机和透平的工质.