郭明志燃氣輪機講義

1、第一章第一節(jié)燃氣輪機的起源和發(fā)展燃氣輪機是一種新興的旋轉(zhuǎn)熱力發(fā)動機。據(jù)說起源中國在公元十二世紀的南宋高宗年間就已有走馬燈的記載，它是渦輪機(透平)的雛形。15世紀末，意大利人列奧納多·達芬奇設(shè)計出煙氣轉(zhuǎn)動裝置，其原理與走馬燈相同。至17世紀中葉，透平原理在歐洲得到了較多應(yīng)用。 1791年，英國人巴伯首次描述了燃氣輪機的工作過程；1872年，德國人施托爾策設(shè)計了一臺燃氣輪機，并于19001904年進行了試驗，但因始終未能脫開起動機獨立運行而失??；1905年，法國人勒梅爾和阿芒戈制成第一臺能輸出功的燃氣輪機，但效率太低，因而未獲得實用。 1920年，德國人霍爾茨瓦特制成第一臺實用的燃氣輪

2、機，其效率為13、功率為370千瓦，按等容加熱循環(huán)工作，但因等容加熱循環(huán)以斷續(xù)爆燃的方式加熱，存在許多重大缺點而被人們放棄。 隨著空氣動力學的發(fā)展，人們掌握了壓氣機葉片中氣體擴壓流動的特點，解決了設(shè)計高效率軸流式壓氣機的問題，因而在30年代中期出現(xiàn)了效率達85的軸流式壓氣機。與此同時，透平效率也有了提高。在高溫材料方面，出現(xiàn)了能承受600以上高溫的鉻鎳合金鋼等耐熱鋼，因而能采用較高的燃氣初溫，于是等壓加熱循環(huán)的燃氣輪機終于得到成功的應(yīng)用。 1939年，在瑞士制成了四兆瓦發(fā)電用燃氣輪機，效率達18%。同年，在德國制造的噴氣式飛機試飛成功，從此燃氣輪機進入了實用階段，并開始迅速發(fā)展。隨著高溫材料的

3、不斷進展，以及透平采用冷卻葉片并不斷提高冷卻效果，燃氣初溫逐步提高，使燃氣輪機效率不斷提高。單機功率也不斷增大，在70年代中期出現(xiàn)了數(shù)種100兆瓦級的燃氣輪機，最高能達到130兆瓦。與此同時，燃氣輪機的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。1941年瑞士制造的第一輛燃氣輪機機車通過了試驗；1947年，英國制造的第一艘裝備燃氣輪機的艦艇下水，它以1.86兆瓦的燃氣輪機作加力動力；1950年，英國制成第一輛燃氣輪機汽車。此后，燃氣輪機在更多的部門中獲得應(yīng)用。 在燃氣輪機獲得廣泛應(yīng)用的同時，還出現(xiàn)了燃氣輪機與其他熱機相結(jié)合的復合裝置。最早出現(xiàn)的是與活塞式內(nèi)燃機相結(jié)合的裝置；5060年代，出現(xiàn)了以自由活塞發(fā)氣機與燃氣輪機

4、組成的自由活塞燃氣輪機裝置，但由于笨重和系統(tǒng)較復雜，到70年代就停止了生產(chǎn)。此外，還發(fā)展了柴油機燃氣輪機復合裝置；另有一類利用燃氣輪機排氣熱量供熱(或蒸汽)的全能量系統(tǒng)，可有效地節(jié)約能源，已用于多種工業(yè)生產(chǎn)中。 思考題：1、歷史上透平它的雛形是哪國？2、燃氣輪機只用于工業(yè)生產(chǎn)？第二節(jié)對燃氣輪機的認識Turbine透平燃氣輪機由壓氣機、燃燒室和燃氣透平等組成。燃氣輪機有重型和輕型兩類：燃氣輪機又分為重型（三氣）、和輕型（四氣）重型的零件較為厚重，大修周期長，壽命可達10萬小時以上。重型燃氣輪機為工業(yè)型燃機，其優(yōu)勢為運行可靠、排煙溫度高、聯(lián)合循環(huán)組合效率高，主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)。輕型的結(jié)

5、構(gòu)緊湊而輕，所用材料一般較好，其中以航機的結(jié)構(gòu)為最緊湊、最輕，但壽命較短。輕型燃氣輪機為航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)型，其優(yōu)勢在于裝機快、體積小、啟動快、簡單循環(huán)效率高，主要用于電力調(diào)峰、船舶動力。燃氣輪機的工作過程：壓氣機(即壓縮機)連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃氣，隨即流入燃氣透平中膨脹作功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃氣的作功能力顯著提高，因而燃氣透平在帶動壓氣機的同時，尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功。燃氣輪機由靜止起動時，需用起動機帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。 燃氣輪機的工作過程是最簡單的，稱為簡

6、單循環(huán)；此外，還有回熱循環(huán)和復雜循環(huán)。燃氣輪機的工質(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)。燃氣輪機與其他熱機相結(jié)合的稱為復合循環(huán)裝置。 對于一臺燃氣輪機來說，除了主要部件外還必須有完善的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，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、進氣和排氣消聲器等。 燃氣輪機發(fā)電機組能在無外界電源的情況下迅速起動，機動性好，在電網(wǎng)中用它帶動尖峰負荷和作為緊急備用，能較好地保障電網(wǎng)的安全運行，所以應(yīng)用廣泛。在汽車(或拖車)電站和列車電站等移動電站中，燃氣輪機因其輕小，應(yīng)用也很廣泛。此外，還有不少利用燃氣輪機的便攜電源，

7、功率最小的在10千瓦以下。 燃氣輪機的未來發(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)鍵是提高燃氣初溫，即改進透平葉片的冷卻技術(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。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，用它來做透平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氣初溫，從而較大地提高燃氣輪機效率。適于燃氣輪機的高溫陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。 按閉式循環(huán)工作的裝置能利用核能，它用高溫氣冷反應(yīng)堆作為加熱器，反應(yīng)堆的冷卻劑(氦或氮等)同時作為壓氣機和透平的工質(zhì)。思考題：

8、1、燃氣輪機的特點？1、燃氣輪機靠自己能否啟動？2、簡述燃氣輪機有重型和輕型優(yōu)缺點？第三節(jié)燃氣輪機和其它發(fā)動機的比較燃氣輪機是內(nèi)燃式的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，它綜合內(nèi)燃機（其中也包括柴油機）和蒸汽輪機雙方的優(yōu)點且避免雙方的缺點，所以他是一種新型的動力機械。內(nèi)燃機和柴油機是內(nèi)燃式的動力機械，但它是往復式的，所以運行時振動很大。盡管內(nèi)燃機和柴油機的熱效率較高，但單機功率小，且極難實現(xiàn)大型化。運行時價格昂貴的潤滑油的消耗量較大，維修費用又較高且維修后的出力總比新機低，單位功率的金屬消耗也較大，所以只能應(yīng)用于對功率要求較小的汽車及中小型船舶等運輸工具上。蒸汽輪機是外燃的旋轉(zhuǎn)式動力機械。運行平穩(wěn)且振動較小，也可以容易

9、地大型化。但由于是外燃式的，運行時必須配備體積龐大的冷卻器、鍋爐本體及煤處理設(shè)備等附屬設(shè)備，所以占地面積很大且排煙造成的污染很嚴重，運行時鍋爐給水和冷卻水的消耗量很大，單位功率金屬的消耗量也很大。燃氣輪機是內(nèi)燃的旋轉(zhuǎn)式動力機械，運行平穩(wěn)且振動較小，也不需要體積龐大的冷凝器，鍋爐本體及煤處理等附屬設(shè)備，占地較小，水的消耗量也較小，并且排氣造成的污染也輕，也能容易實現(xiàn)大型化，單位功率的金屬消耗量是三種動力設(shè)備中最小的。所以發(fā)展極其迅速，應(yīng)用的場合也越來越廣。燃氣輪機的主要缺點是效率不夠高，在部分負荷下效率下降快，空載時的燃料消耗量高。燃氣輪機的主要優(yōu)缺點燃氣輪機與其它動力機械，如內(nèi)燃機、汽輪機相比

10、，有一系列的主要優(yōu)點：1、 結(jié)構(gòu)簡單2、 重量輕、體積小3、 單機功率大4、 水、滑油和廠用電量少5、 維護簡單6、 燃料適應(yīng)性強、公害少7、 啟動快、自動化程度高燃氣輪機也存在一些缺點，主要有：1、 熱效率低2、 運行工況窄3、 制造成本高4、 運行維護水平要求高思考題：1、燃氣輪機的主要優(yōu)缺點？第二章第一節(jié)燃氣輪機的基本概念一、基本概念：燃氣輪機是種新興動力機械，它是以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)的內(nèi)燃式旋轉(zhuǎn)熱力機械。它是由壓氣機、燃燒室和透平三大部分；以及相應(yīng)的輔助等組成的整套動力裝置。二、燃氣輪機的特點歸納內(nèi)容如下：1、以燃氣為工質(zhì)燃氣輪機的作功介質(zhì)為燃氣，即燃料與空氣中的氧相化合、燃燒后的燃

11、燒產(chǎn)物。燃氣輪機的標準燃料為碳氫化合物C8H16，與空氣中的氧化物進行燃燒，燃燒的化學反應(yīng)如下：C8H16+12O28CO2+8H2O尚有多余的空氣共同構(gòu)成燃氣，進行作功。從本質(zhì)上講，燃氣輪機是燃料的化學能轉(zhuǎn)化為機械功的回轉(zhuǎn)式動力機械。2、具有三大分部燃氣輪機具有壓氣機、燃燒室和透平三大部分組成的動力裝置，稱為燃氣輪機裝置。三大部分各有自己的功用，缺一不可。壓氣機是由透平驅(qū)動的氣體壓縮機，將透平輸給它的機械功轉(zhuǎn)化氣體的勢能與動能。一般開式循環(huán)由大氣吸入空氣，經(jīng)壓氣機壓縮后壓力升高，勢能提高，給工質(zhì)在透平中膨脹作功提供有利條件。氣體在壓氣機中的流動過程，與化工壓縮機一樣，壓縮后氣體壓力與焓值均有

12、所增加。燃燒室為燃料與空氣化合并進行燃燒的設(shè)備，類似鍋爐。氣體在燃燒室內(nèi)為燃燒過程，燃料的化學能轉(zhuǎn)換為熱能，溫度提高，熱焓上升，為氣體在透平中膨脹作功提供熱能條件。燃燒室內(nèi)燃燒過程為等壓燃燒，壓力基本保持不變。透平為動力機械，燃氣在透平中膨脹作功，將工質(zhì)的熱能、勢能及動能轉(zhuǎn)化為機械功，由透平軸輸出帶動負荷和驅(qū)動壓氣機。氣體在透平中的過程為膨脹過程。壓力、溫度（焓值）降低，與汽輪機內(nèi)流動過程相似。一般循環(huán)的燃氣輪機作功后的氣體排向大氣。3、續(xù)流回轉(zhuǎn)式機械氣體工質(zhì)在燃氣輪機內(nèi)連續(xù)流動，連續(xù)作功。這點與一般內(nèi)燃機不同，內(nèi)燃機有兩沖程、四沖程等，每次循環(huán)只有一個沖程作功。而燃氣輪機為續(xù)流式，不間斷的連

13、續(xù)作功，因此功率輸出連續(xù)、均勻，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。燃氣輪機為回轉(zhuǎn)是動力機械，與往復式的內(nèi)燃機和蒸汽機不同，沒有往復式機構(gòu)，因此部件簡單，對驅(qū)動回轉(zhuǎn)式機械如:發(fā)電機、風機和透平式壓縮機等非常方便。4、內(nèi)燃式動力機械從廣義上講燃氣輪機也是內(nèi)燃機機械，因為燃料的燃燒是在燃氣輪機裝置的內(nèi)部（燃燒室）進行，這與汽輪機動力裝置不同，因為它的燃燒是在汽輪機的外部（鍋爐）進行，它屬于外燃機。當然燃氣輪機屬于內(nèi)燃機，與柴油機等內(nèi)燃機不同。內(nèi)燃機也屬內(nèi)燃式，但為往復式動力機械。三、燃氣輪機的熱力循環(huán)過程燃氣輪機與其它熱力機械一樣，為完成工質(zhì)作功必須經(jīng)過熱力循環(huán)。汽輪機的熱力循環(huán)稱為“朗肯循環(huán)”；柴油機為“狄賽爾循環(huán)”；而

14、燃氣輪機的熱力循環(huán)稱為“焦耳循環(huán)”。燃氣輪機的理想循環(huán)過程由下述四個過程：等熵壓縮（壓氣機）；等壓燃燒（燃燒室）；等熵膨脹（透平）；等壓放熱（排向大氣）。燃氣輪機的理想循環(huán)可用PV(壓力比容)圖和TS（溫度熵）圖表示。12：壓氣機內(nèi)等熵壓縮。氣體壓力增加，比容減小，溫度增加；壓氣機吸收壓縮功W轉(zhuǎn)化為氣體的勢能。一般人口壓氣機T1為環(huán)境溫度，為大氣壓；壓氣機出口壓力5-18左右，取決于升壓比P/P1。出口溫度取決于升壓比，一般燃氣輪機120-300范圍內(nèi)。2-3：燃燒室內(nèi)等壓燃燒。燃料的化學能轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的熱能，溫度升高，比容加大；燃燒中燃料對工質(zhì)的加熱量為B。燃料經(jīng)噴油嘴噴射、霧化與壓氣機的空氣

15、混合，經(jīng)點燃后進行連續(xù)燃燒，產(chǎn)生的燃氣送入透平膨脹作功。溫度T3為燃燒室出口溫度，即透平入口溫度，為循環(huán)的最高溫。燃燒室內(nèi)的燃燒過程為等壓過程，即。3-4：透平內(nèi)等熵膨脹。氣體熱焓降低；壓力、溫度降低；速度增加；氣體熱能，勢能轉(zhuǎn)化為機械功，即透平功WT輸出，用于驅(qū)動壓氣機和負荷機。透平發(fā)出功率的2/3左右用于驅(qū)動壓氣機，消耗于空氣的壓縮功，剩余的功率通過輸出軸驅(qū)動外負荷。透平出口氣體壓力降為大氣壓。4-1：為等壓放熱過程，氣體從透平出口排放向大氣。在大氣壓下氣體溫度由T4降為大氣溫度T1，排氣放熱量為。排氣放熱過程為等壓放熱。第二節(jié)燃氣輪機工程熱力學基礎(chǔ)知識燃氣輪機和任何一種熱力機械一樣，依靠

16、工質(zhì)經(jīng)過一系列熱力過程，形成一個循環(huán)，才能連續(xù)對外作功。燃氣輪機的熱力循環(huán)由壓縮、燃燒、膨脹和放熱四個過程組成。根據(jù)燃氣輪機的熱力循環(huán)不同的特點，可分類如下。1、 根據(jù)熱力過程復雜程度分類： 簡單循環(huán)。工質(zhì)在循環(huán)過程中只有一次壓縮、燃燒、膨脹和放熱四個過程。 復雜循環(huán)。工質(zhì)在循環(huán)過程中不只有一次壓縮、燃燒、膨脹和放熱過程的熱力循環(huán)叫復雜循環(huán)。覺的復雜循環(huán)如下。1） 回熱循環(huán)。將燃氣輪機的排氣熱量回收，加熱燃燒室前的空氣，以節(jié)省燃料，提高熱效率。2） 間冷循環(huán)。壓縮過程分多次進行，各壓縮過程中間對氣體進行冷卻，以減少壓縮功。3） 再熱循環(huán)。多次加熱、膨脹，以達到增加膨脹功的目的。4） 再熱、間冷

17、、回熱循環(huán)。再熱、間冷和回熱循環(huán)三者之間相互結(jié)合，組成各種熱力循環(huán)，以達到提高輸出功率和熱效率的目的。2、 根據(jù)工質(zhì)循環(huán)過程分類： 理想循環(huán)。在燃氣輪機的壓縮、燃燒、膨脹和放熱四大過程中，不考慮各種損失，均當作理想過程。 實際循環(huán)。在理想循環(huán)的基礎(chǔ)上，考慮各過程中的損失，得出更符合實際情況的結(jié)果。（二）、燃氣輪機的熱動基礎(chǔ)理論因我廠裝置所用燃氣輪機的熱力過程為實際簡單循環(huán)，在此就僅對實際簡單循環(huán)作討論。1、 壓氣機實際耗功Wc Wc= kJ/kg式中 cp空氣的比定壓熱容，J/(kg·K)； T1壓氣機進口絕對溫度，K； T2壓氣機出口絕對溫度，K； K空氣的絕熱指數(shù)； 壓氣機升壓比

18、； c壓氣機效率。2、 燃燒室實際加熱量qBqB= kJ/kg式中 cpB燃氣比定壓熱容，J/(kg·K)； T3透平進口燃氣絕對溫度，K； B燃燒室效率。3、 透平膨脹功WTWT= kJ/kg式中 f燃料空氣比； K燃氣絕熱指數(shù)； T透平降壓比 -相對漏氣量； T透平效率4、 裝置輸出功WnWn= kJ/kg式中 m機械效率； cpB燃氣的比定壓熱容，J/(kg·K)；由上式可以看出各實際循環(huán)參數(shù)對裝置輸出功的影響如下。 升壓比對輸出功Wn的影響在燃氣輪機實際循環(huán)中，在一定的溫度下，存在一個最大輸出功壓比W。當?shù)扔赪時，輸出功最大；在小于W時，隨著壓比的增加，輸出功也增加

19、；當大于W時，隨著壓比增加，輸出功反而減小。這主要是因為當升壓比增大時，透平功WT和壓氣機耗功Wc都有所增加；在小于W時，透平功比壓氣機耗功增加得多，所以隨著升壓比的增加，輸出功也增加；在大于W時，壓氣機耗功比透平功增加得多，所以隨著升壓比的增加，輸出功減小。 壓氣機進口溫度T1、透平入口燃氣溫度T3對裝置輸出功Wn的影響在其他條件一定時，壓氣機進口溫度T1減小，則裝置輸出功增大。因此，在冬季運行的燃氣輪機比在夏季時輸出功大。在其他條件一定時，透平入口溫度T3增大，則裝置輸出功也增大，所以，在燃氣輪機的設(shè)計制造中，最重要的發(fā)展方向就是提高透平入口溫度，但它又受到葉片材料的限制，現(xiàn)在世界各國都在

20、研制新的葉片材料和盡可能提高葉片冷卻技術(shù)，使透平葉片可以隨更高溫度。 壓氣機效率c、透平效率T和機械效率m對裝置輸出功Wn的影響壓氣機效率c和透平效率T代表壓氣機和透平的完善程度，機械效率m代表整個燃氣輪機的機械損失，很明顯，壓氣機和透平越完善，整個燃氣輪機的機械損失越小，即c、T和m越大，則裝置輸出功就越大。 5、 裝置總輸出功率PP= kW6、 實際循環(huán)效率實際循環(huán)效率即裝置輸出功Wn和燃燒室實際加熱量qB的比值。假定，又因進行簡化后式中 透平入口溫度T3和壓氣機進口溫度T1的比值。 由上式可以看出各循環(huán)參數(shù)對實際循環(huán)效率的影響。 升壓比對實際循環(huán)效率的影響在一定的溫比下，存在一個最佳效率

21、升壓比，當升壓比等于最佳壓比時，循環(huán)效率最大，當升壓比小于最佳效率壓比時，隨著升壓比的增加，循環(huán)效率反而減小。應(yīng)當指出，實際循環(huán)中的最佳效率壓比和最大輸出功壓比W在數(shù)值上是不一樣的，最佳效率壓比比最大輸出功壓比大，這對實際的燃氣輪機設(shè)計和運行有很大意義，如指導思想追求的是經(jīng)濟性，壓比的選擇應(yīng)接近最佳效率壓比；如指導思想追求的是最大輸出功，則壓比的選擇應(yīng)接近最大輸出功壓比。 壓氣機入口溫度T1和管平入口溫度T3對實際循環(huán)效率的影響當其他條件一定時，壓氣機入口溫度下降或透平入口溫度增加循環(huán)效率也增加。壓氣機入口溫度主要取決于環(huán)境大氣條件，所以在冬天燃氣輪機效率較高，并且在透平溫度一定時，壓氣機入口

22、溫度對循環(huán)效率的影響隨壓比的增大而增大。應(yīng)當指出，壓氣機入口溫度比透平入口溫度對循環(huán)效率的影響更大，壓氣機入口溫度下降3與透平入口溫度提高24對循環(huán)效率的影響量相當。第三章第一節(jié)介紹燃氣輪機三大基本參數(shù)：壓力、溫度、和比容這三個是描述工質(zhì)狀態(tài)的物理量通稱為工質(zhì)狀態(tài)。比容單位質(zhì)量物質(zhì)所占的容積。機組工藝系統(tǒng)包括機器結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、工藝氣系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)等組成。燃氣輪機的工作原理：空氣通過軸流壓氣機增壓，提高空氣壓力后排入燃燒室與燃料氣在燃燒室混合燃燒，由燃燒化學能轉(zhuǎn)化為熱能，提高燃燒所產(chǎn)生燃氣的溫度形成“高溫高壓”的燃氣，后進入透平，高溫、高壓的燃氣在透平里膨脹，將燃氣地熱能和壓力能先轉(zhuǎn)變?nèi)細飧?/p>

23、速運動的動能，隨后再進一步轉(zhuǎn)變成機械功（吹動一、二段工作渦輪旋轉(zhuǎn)）的設(shè)備。 大約2/3的機械功用來拖動壓氣機，以提高空氣的壓力，維持燃氣輪機的運行，另外所剩的約1/3的機械功對外輸出，以驅(qū)動其他的機械或驅(qū)動發(fā)電機。為提高燃機的效率，在煙道排放中加裝交換器，把燃機的余熱回收。燃氣輪機功能：把流動燃氣中的熱能轉(zhuǎn)換成機械能。燃氣輪機組成：燃氣輪機主要由壓氣機、燃燒室和透平三部分組成。進氣室（空氣過濾器、補氣活門、消音器、防冰分配器）、軸流壓氣機、燃燒室、噴咀（一、二段(固定噴嘴/可調(diào)噴嘴)）、一、二段工作蝸輪(高壓渦輪/低壓渦輪)、排氣室（導向器、軟連接器、消音器）、啟動電機、油泵等組成。方框圖噴嘴

24、壓縮機加熱器空 氣動力透平燃燒室低壓透平壓氣機噴嘴燃氣初溫和壓氣機的壓縮比，是影響燃氣輪機效率的兩個主要因素：提高燃氣初溫，并相應(yīng)提高壓縮比，可使燃氣輪機效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達到31；工業(yè)和船用燃氣輪機的燃氣初溫最高達1200左右，航空燃氣輪機的超過1350。 燃燒室和透平不僅工作溫度高，而且還承受燃氣輪機在起動和停機時，因溫度劇烈變化引起的熱沖擊，工作條件惡劣，故它們是決定燃氣輪機壽命的關(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。概念：P1*/T1* -進氣壓力溫度P*2/T

25、*2 壓氣機出口壓力溫度 P*3/T*3 燃燒室出口一段噴嘴入口前的壓力溫度 P*4/T*4燃氣輪機動力透平后排氣壓力溫度主要燃氣輪機的結(jié)構(gòu)：燃氣輪機的主機部分是由壓氣機、燃燒室和透平三大部件構(gòu)成，現(xiàn)分別介紹如下壓氣機系統(tǒng)的構(gòu)成：進氣室：（空氣過濾器、補氣活門、消音器、防冰分配器、壓氣機及各類指示和控制儀表組）空氣經(jīng)進氣過濾器室（三種方式：重力旋轉(zhuǎn)式、石棉網(wǎng)、正方形精過濾器）濾去空氣中的灰塵等固體顆粒進入進氣道，現(xiàn)在有兩種：一種是粗過濾128個圓柱形過濾器組成、另一種是正方形精過濾器組成。經(jīng)進氣消音器（噪音源）降低進氣噪聲后，進口收斂器。補氣活門是一種防護措施防冰分配器用于冬季、或溫差較大的情

26、況下，確保機組正常運行。指示和控制儀表組確保機組正常運行。一壓氣機:是燃氣輪機的主要組成部件之一，它是由固定在基礎(chǔ)上不動的氣缸和在氣缸內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部件組成，起作用是為燃氣輪機的運行提供高壓的空氣，可見它是一個耗功的部件。由透平為壓氣機提供對空氣進行壓縮增壓所需的能量。離心式和軸流式之分。離心式的氣流是徑向流動的，特點：單級壓比較大，在總壓比一定的條件下，所需壓氣機的級數(shù)較小;另外流量較小且效率低，僅能用在小型的燃氣輪機上。軸流式壓氣機是葉片機械，氣流在其中軸向流動，特點：單級壓比小，在總壓比一定的條件下，所需壓氣機的級數(shù)較多，另外，流量比相同直徑的離心式的大，效率也高，并且可以大型化、所以

27、大型燃氣輪機無一例外地采用軸流式壓氣機?？諝饨?jīng)進口收斂器加速和進氣導向葉片改變進氣方向，進入壓氣機的第一級，通過安裝在轉(zhuǎn)子上的動葉片輸入能量使氣流加速，隨后進入安裝在氣缸上的擴壓式通道的靜葉片，氣流在靜葉片里降低速度而提高壓力，氣流再依次通過后面的諸級，重復第一級里的過程，由最后一級排出的氣流再經(jīng)過出口導向葉片改變方向后，進入排氣擴壓器進一步降速增壓，最后進入燃燒室。空氣增壓主要是在靜葉片里實現(xiàn)的，動葉片主要是向氣流提供能量，增加氣流的速度，在某些壓氣機里，氣流在動葉片里加速的同時壓力也略有增加。為提高壓氣機的排氣壓力，由若干個級組成的多級壓氣機：MS1002D由15級組成。為提高壓氣機運行的

28、安全性，壓氣機第一級之前或二、三級的靜止葉片，進口導向葉片設(shè)計成可以轉(zhuǎn)動的，稱進口可轉(zhuǎn)導葉（四氣）。通過改變其安裝角來確保壓氣機運行的安全可靠性和部分負荷下較高的效率，（熱效率）為保證機組在啟動和停機時的安全性，防止壓氣機喘振通常采取如下措施：在多級壓氣機里除設(shè)計有進口可轉(zhuǎn)導葉之外；壓氣機的某中間級后設(shè)有防喘放氣閥；燃燒室放氣。三氣MS1002D采用10級放氣，機組在啟動和停機時防喘放氣閥打開，在正常運行時處于關(guān)閉狀態(tài)。軸流式壓氣機的耗功量是很大，所以降低耗功有以下幾種方法：1、 降低進氣的溫度，特別是夏季高溫中運行機組。2、 采用中間冷卻循環(huán)。3、 采用雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。4、 采用噴水冷卻

29、技術(shù)，在較高的空氣溫度下水汽化降溫。5、 保持空氣過濾器的完好，及時清洗壓氣機確保其清潔。壓氣機進口可轉(zhuǎn)導葉（IGV）系統(tǒng)：在機組啟動和停機過程中，通過改變進口導葉安裝角的開度，從而防止壓氣機的喘振；此外還可以在聯(lián)合循環(huán)運行中，通過調(diào)節(jié)進口導葉開度來調(diào)節(jié)燃氣輪機排氣溫度，以滿足其他熱力設(shè)備的溫度要求和總體熱效率。IGV的控制方式：在啟動和停機中，IGV處于340的最小開度位置，以防壓氣機喘振；當機組轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的95時IGV從340打開到570的開度，直到（空載）機組達到額定轉(zhuǎn)速的100，IGV一直維持在570的開度上。當負荷達到額定負載的33左右時（排氣溫度約為371），在排氣溫度保持不

30、變的情況下，IGV由570打開到最大開度840，直到達到額定負荷二、燃燒室它的作用是通過加入燃料進行燃燒，將燃料的化學能轉(zhuǎn)變成熱能，此熱能把進入燃燒室的高壓空氣加熱成高溫高壓的燃氣。在燃燒室中，燃料與空氣混合后燃燒把儲存在燃料中的化學能以熱能的形式釋放出來，使空氣的能量水平提高過程終了，空氣與燃料經(jīng)燃燒反應(yīng)成為燃氣，燃氣溫度升高，比容增加，但壓力基本保持不變（實際上由于存在流動阻力損失，壓力會略有下降）。以燃氣為工質(zhì)燃燒室位于壓氣機和渦輪之間, ，與來自壓氣機的高壓空氣混合，形成可燃混氣并進行充分有效的燃燒。燃燒后的燃氣溫度很高，使燃氣的總焓大大增加，從而提高了燃氣作功的能力。具有高溫、高壓的

31、燃氣推動渦輪后，并進一步在尾噴管中膨脹加速，產(chǎn)生推力。有些發(fā)動機在加力燃燒室中補充供入燃油，利用渦輪后燃氣中剩余的氧氣再一次進行燃燒提高渦輪后燃氣的總焓，以增大燃氣從尾噴管流出的速度，從而進一步增大推力。它的作用是通過加入燃料進行燃燒，將燃料的化學能轉(zhuǎn)變成熱能，此熱能把進入燃燒室的高壓空氣加熱成高溫高壓的燃氣。燃燒原理基礎(chǔ) 化學動力學是化學的一個組成部分，它定量地研究化學反應(yīng)進行的速率及其影響因素，并用反應(yīng)機理來解釋由實驗得出（經(jīng)驗性）的動力學定律。其內(nèi)容包括對反應(yīng)速率進行實驗研究及發(fā)展一些新理論兩個方面，并用理論解釋實驗結(jié)果和預示進一步實驗有可能得到的結(jié)果。 根據(jù)反應(yīng)物的物理狀態(tài)，化學反應(yīng)可

32、分為四類： (1)  氣相反應(yīng)，(2) 液相反應(yīng)， (3)  固相反應(yīng)， (4)  非均相反應(yīng)(它發(fā)生在物態(tài)不同的兩種物質(zhì)的界面上，如氣固界面上)。過去主要研究了頭兩種類型的化學反應(yīng)。氣固界面上的化學反應(yīng)也引起了一定的注意，但對固相反應(yīng)的研究比較少。 根據(jù)化學反應(yīng)的速率，化學反應(yīng)可以分為爆炸反應(yīng)和非爆炸反應(yīng)兩類。研究爆炸化學反應(yīng)不僅要確定在什么條件下化學反應(yīng)的速率可以非?？?，同時分析它的化學反應(yīng)機理。 a.     化學熱力學研究一個化學反應(yīng)體系的初始狀態(tài)和終了狀態(tài)。 b.  

33、;   化學動力學研究體系從一個狀態(tài)變到另一個狀態(tài)所經(jīng)歷的過程和該過程所需要的時間，或反應(yīng)速率。 c.     阿累尼烏斯定律是預言反應(yīng)速率的理論，即溫度與反應(yīng)速率常數(shù)關(guān)系的定律。 d.     反應(yīng)歷程是根據(jù)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度、溫度和其它因素之間的關(guān)系提出來的一種理論模式，用以解釋實驗事實。 燃燒是一種劇烈的化學反應(yīng)，為了從本質(zhì)上解釋清楚燃燒現(xiàn)象，弄清影響燃燒速率的因素，必須掌握化學動力學的基本原理。燃燒室的作用：把壓氣機增壓后的空氣，經(jīng)過噴油燃燒提高溫度，然后流向渦輪膨脹作功。（主燃燒室燒

34、完總進氣量的大約1/31/4）燃燒室功用： 把燃油的化學能釋放出來轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁箽怏w的總焓增大，從而提高了燃氣作功的能力，具有高溫、高壓的燃氣在噴嘴、渦輪中膨脹作功的能力。（燒油釋放能量做功） 能量：一部分用于推動透平帶動壓氣機對進口氣流進行壓縮。燃氣輪機用多級渦輪充分吸收能量，然后以軸功率輸出，帶動其它機件(如發(fā)電機)作功。（動量守恒，作用力與反作用力）還有一部分能量跟隨燃氣以熱能的形式排放到大氣。（散失） 燃燒室是一個能量轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換鏈（較為清晰的表示了燃燒室內(nèi)的能量流動過程及功用）如下： 可見，燃燒室是動力機械的能量發(fā)源地，是發(fā)動機中的主要部件之一。在燃燒室中，燃料與空氣混合后燃燒把儲存

35、在燃料中的化學能以熱能的形式釋放出來，使空氣的能量水平提高過程終了，空氣與燃料經(jīng)燃燒反應(yīng)成為燃氣，燃氣溫度升高，比容增加，但壓力基本保持不變（實際上由于存在流動阻力損失，壓力會略有下降）。燃燒室的組成：進氣噴嘴、點火器、火焰檢測器、火焰內(nèi)膽、轉(zhuǎn)向器（收集器）、蝸殼等組成。燃燒室就是一個加熱器為高壓空氣的加熱提供熱能。布置：有與壓氣機同緯同心。噴油嘴：用來供油，使燃油噴射霧化，一般設(shè)在火焰頭部的中心部位。 直射式，離心式，蒸發(fā)管，甩油盤、氣動霧化（當前應(yīng)用的一些類型）旋流器：(或稱擾流器、渦流器) 裝在火焰筒頭部中間，用多個以一定角度安裝的葉片組成，使進氣旋轉(zhuǎn)，形成回流區(qū)，保證火焰穩(wěn)定。 渦流器

36、裝在火焰筒的前端，其功用有二： (一)使高溫燃氣在火焰筒頭部產(chǎn)生低速的回流區(qū)以穩(wěn)定火焰， 使空氣與燃油很好摻合，以提高燃燒效率。點火器：供啟動點火用，有的直接用電嘴（英美），有的用一個小型的預燃室。（俄）（一次點火（高能），小型的預燃室結(jié)構(gòu)復雜，重量重）其中：三氣裝有一個可伸縮的電火花塞；聯(lián)焰管將有點火 器的火焰筒先點燃，再經(jīng)聯(lián)焰管點著其它火焰筒。（管徑，淬熄距離檢測器：配置一個紫外線火焰探測器 數(shù)量：1個火焰筒：燃燒在其內(nèi)部進行，在殼體上開有多排大小不同形狀各異的孔，用以通過不同用途的空氣，保證燃燒充分、摻混均勻并使壁面得到冷卻。（發(fā)展趨勢：單聯(lián)環(huán)短環(huán)）擴壓器： 由燃燒室內(nèi)外殼和火焰筒頭部構(gòu)

37、成的一個擴壓通道。用它來降低速度，提高壓力，保證燃燒的順利進行和減少壓力損失。轉(zhuǎn)向器：經(jīng)過渡段引入到透平并膨脹作功，將其所含的熱能和壓力能轉(zhuǎn)變成機械功。這些機械功一部分用來帶動壓氣機對空氣進行壓縮，以提供維持機組所需的高壓空氣；另一部分則對外輸出，用來帶動發(fā)電機或直接驅(qū)動其他動力機械。燃燒室結(jié)構(gòu)形式： （液體燃料） 燃燒室的結(jié)構(gòu)和型式 從布置形式有:單管、雙管、多管、環(huán)管、環(huán)形從氣流通過燃燒室的流程有：直流、回流、角流、旋流式燃燒過程（霧化蒸發(fā)擴散混合燃燒摻冷）霧 化 噴嘴預旋轉(zhuǎn) 霧化空氣沖擊高壓燃料絮流擾動強度噴出很細很細的油霧 霧化細度：燃有性質(zhì)（粘度） 表面張力（細）噴射壓力 壓 差（細

38、）空氣壓力 壓 差（細） 蒸 發(fā)液體燃料的燃燒是燃油蒸氣和空氣的混合燃燒或邊蒸發(fā)邊擴散燃燒。蒸發(fā)過程的快慢：油溫、進口氣流溫度、燃燒區(qū)氣溫、氣流絮流程度、油氣相對流速、油霧細度和均勻度等因素有關(guān)。 擴散混合 擴散油氣空氣一定濃度（1：51：25）方能燃燒。 燃 燒 燃料和空氣適當?shù)臄U散混合并達到發(fā)火點時，開始點火。 由于氣流流速很高達2530M/S（相當于12級大風），采用穩(wěn)流器。 摻 冷 燃燒產(chǎn)物溫度很高（火焰溫度達18002000），且不均勻，采用二次空氣進行摻冷。 直接參與燃燒，一次空氣，保證完全燃燒壓氣機出口進入燃燒室的空氣只起摻和高溫燃氣，二次空氣，使火焰筒壁溫降至800以下，出口溫

39、度降至1075逆流分管式、立式圓筒形（三氣廠）、臥式圓筒形、環(huán)形燃燒室（四氣）和二次燃燒的燃燒室。冷卻：鱗片狀 燃燒：上部孔 補燃：大孔燃燒室工作條件及組織燃燒特點 1. 進口氣流速度很大 2. 燃燒室容積很小。（容熱強度大） 3. 工作溫度高（2500K） 4. 出口氣流溫度T*3受到渦輪葉片的熱強度的限制，不能過高 1、進口氣流速度很大 這樣的高速氣體在燃燒室內(nèi)流動還會造成很大的總壓損失。因此必須采取措施降速，即使降速后的速度也還相當高不采取措施仍不能保證火焰穩(wěn)定。 危害：（1）點火困難、燃燒難以穩(wěn)定 （2）燃油停留時間短，對燃燒不利 （3）總壓損失，高速氣流會造成很大的總壓損失 措施：擴

40、壓器、火焰穩(wěn)定裝置（旋流器） 2、燃燒室容積很?。ㄈ轃釓姸却螅┮诙虝r間內(nèi)發(fā)出大量的熱能，要燃燒相當多的燃料，而且要求燃燒完全。這就要求組織好迅速而熾烈的燃燒，從目前發(fā)展來看，燃燒室長度還在縮短；體積也在減??；而且燒盡程度接近100，這就更增加了因難。 如何組織好迅速而熾烈的燃燒：燃燒室結(jié)構(gòu)，有火焰筒（二股氣流）3、工作溫度高（2500K）溫度過高會使葉片失穩(wěn)變形以至熔化或斷裂造成事故。(燃燒室常常有掉塊、斑紋、皺曲等缺陷）。這種缺陷可能由于火焰筒的局部過熱而引起，造成這種局部過熱的原因可能是由于噴咀加工不良，噴咀與火焰筒不同心，或者由于噴咀表面積碳等引起噴霧畸變。如果發(fā)動機經(jīng)過相當長時間的工

41、作后，火焰筒出現(xiàn)裂紋、掉塊，這是一種正常的現(xiàn)象。這種裂紋常常首先出現(xiàn)在幾何上不連續(xù)處，例如冷卻壞帶、進氣孔邊緣?，F(xiàn)在已清楚，這種裂紋是由于火焰筒在工作溫度下出現(xiàn)低周次疲勞引起的。而皺曲則是由于在較高的溫度以及較高的溫度梯度聯(lián)合作用下形成的。為了保證火焰筒有較長的壽命，必須使火焰筒壁溫及壁溫梯度降至某個允許值以下。   對現(xiàn)在常用的鎳基合金，要使火焰筒的壁溫大體在850900。這樣必須采取措施來使熱量從火焰筒壁散走，或者隔絕(減少)熱投向火焰筒壁的傳遞。這兩種途徑都是燃燒室冷卻的有效措施。教通常的方法有： (1)沿火焰筒內(nèi)表面形成一道冷卻空氣膜； (2)在火焰筒內(nèi)表面涂隔熱涂層； (3

42、)在火焰筒外表面加強散熱。 大量燃油在容積較小的燃燒室內(nèi)劇烈燃燒，工作溫度很高,必須采取冷卻措施： （1）降低高溫燃氣對壁面的傳熱（采用氣膜冷卻，比較流行有效）火焰筒有散熱片 （2）加強二股氣流散熱： a.增大火焰筒壁的散熱面積（散熱片，高溫下通常采用高溫耐熱合金，引起熱應(yīng)力，容易掉塊） b. 增加二股氣流流速（7080米/秒）燃燒室的冷卻傳熱基本過程可作如下描述：火焰筒內(nèi)有熱氣通過，火焰筒與燃燒室機匣之間有空氣流過。在熱氣這一邊，由輻射換熱和對流換熱使熱量在熱氣和火焰筒壁面之間交換?；鹧嫱才c環(huán)形通道中的空氣之間存在對流換熱，由火焰筒外表面向燃燒室機匣的輻射換熱。在穩(wěn)態(tài)情況下，可以寫出如下基本

43、方程:   氣膜冷卻原理：總壓、靜壓 氣膜冷卻形式：縮腰小孔氣膜冷卻 波形板氣膜冷卻 冷卻環(huán)氣膜冷卻 縫隙氣膜冷卻出口氣流溫度受到渦輪葉片的熱強度的限制，不能過高。出口溫度為什么受限制：后面是渦輪葉片 怎樣降低出口溫度：供氣量的分配，燃燒室結(jié)構(gòu) 提高供油也即提高渦輪前溫度，溫度高能提高做功能力 T*3 排氣速度 推力 葉片失穩(wěn)變形，熔斷 T*3： 1200K1400K左右，(無冷卻) 1600K(葉片有冷卻) 目前可達2000K 1kg航空煤油 14.7kg空氣（實際4466kg空氣） 由于渦輪葉片耐溫的限制，燃燒室內(nèi)供油也必然受到限制。所允許供的油僅能燒去空氣中氧的l4。

44、但是在這樣貧油的均勻混氣請況下，火焰又不能傳播，燃燒不能進行。于是出現(xiàn)了一個矛盾，即若達到燒著的程度，渦輪葉片受不了。若限制在渦輪葉片受得了的程度而減少供油，又燒不著。這是早期研究組織火焰筒燃燒時所面臨的準題。 矛盾是這樣解決的，即先在火焰筒頭部按接近恰當?shù)挠涂諝獗壤?油和空氣中的氧基本上都用光)，進行充分的燃燒，這時頭部氣流溫度接近2500K，很快用其余的空氣將這團高溫氣流摻合，把溫度降下來，以達到渦輪葉片接受得了的程度。這樣用先燃燒后降溫的辦法巧妙地解決了這個問題。后來人們習慣地稱頭部用于燃燒的氣流為一股氣流(約占2535)，后面用于摻混降溫的氣流為二股氣流。 （5）進口參數(shù)變化大。由于發(fā)

45、動機的工況隨環(huán)境、負載的變化而變化，必然給燃燒室?guī)碜兓瘜拸V的工作范圍，從而使按某一個狀態(tài)設(shè)計的燃燒室，在其它狀態(tài)下工作困難發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化：發(fā)動機因工作需要，轉(zhuǎn)速也在一定的范圍內(nèi)變化。這會直接影響燃燒室進氣量等參數(shù)，也會使燃燒室過貧或過富，這將會對組織燃燒帶來困難 因此一個好的燃燒室必須在這些參數(shù)變化范圍寬廣的狀況下保持正常工作，至少不能熄火，以便保證發(fā)動機能發(fā)出推力燃燒室工作過程簡述燃燒室的類型主燃燒室的共同特點燃燒室工作過程簡述在發(fā)動機最大工作狀態(tài)時壓氣機出口處的流度，亦即燃燒室進口流速約為133米秒（一般為100160米秒），氣流經(jīng)擴壓器到火焰筒進口處，流速降為43米秒左右，這時，一部

46、分氣流約占總氣量的7%左右(一般為5%12%)經(jīng)過火焰筒頭部的擾流器進入火焰筒。其余部分的氣流則自火焰筒壁外經(jīng)小孔，縫或大孔進入火焰筒。這部分氣流又可區(qū)分為二股氣流，自火焰筒前都的孔進入的為第二股流、約占總氣量的35%左右(一般為2535%)。自火焰筒后部的孔進入的為第三股流。 氣流經(jīng)葉片式擾流器進入火焰筒后，在火焰筒頭部作高速旋轉(zhuǎn)，它與經(jīng)過火焰筒壁上的孔進入的第二股流相攪混，在中心處形成倒流，這倒流的部分稱為回流區(qū)，如圖，回流區(qū)的作用是穩(wěn)定火焰，所以帶有擾流器的火焰筒頭部分又稱為火焰穩(wěn)定裝置。 燃油自噴油嘴噴出后形成一個錐面，在氣流中碎裂成油霧，它與第一股流和第二股流摻合，燃燒、其最高溫度可

47、達2000以上，燒后的高溫燃氣再與第三股流摻合。這時，由于在火焰筒的前部燃油已基本燒完。所以到后部就把高溫燃氣的溫度降低到渦輪前需要的溫度，在出口處燃氣的平均溫度在最大工作狀態(tài)時為 1140K。 火焰筒前部的區(qū)域稱為“主燃區(qū)”，其后部區(qū)域稱為“摻混區(qū)”。 為了使火焰筒壁面溫度降低，在火焰筒壁上做成許多段冷卻氣膜縫、在第二股流與第三股流中有一部分空氣通過冷卻氣膜縫進入火焰筒，貼著筒壁流動，起著隔開高溫燃氣、冷卻筒壁的作用。（火焰筒分段焊接，總壓進氣，靜壓進氣）燃燒室主要分為三大類：單管燃燒室聯(lián)管燃燒室環(huán)管燃燒室 單管燃燒室（又叫分管燃燒室）分管燃燒室的結(jié)構(gòu)特點： （1）每一個管式火焰筒的外圍都包

48、有一個單獨的外殼，構(gòu)成一個分管（單獨的燃燒室），沿發(fā)動機四周均勻地安裝有616個這樣的分管，從壓氣機出口把氣流分成均量的若干份進入各燃燒室， （2）各分管之間用傳焰管聯(lián)通，傳播火焰和均衡壓力，已燃燒完的高溫燃氣通過燃氣導管組成環(huán)形通道與渦輪導向器聯(lián)接。 分管燃燒室的主要優(yōu)點： (1)調(diào)試用氣量少，裝拆維護方便（試驗和修正比較容易，不需要龐大的試驗設(shè)備，維護、檢查和更換也比較方便，不需要分解整臺發(fā)動機；） (2)單個噴嘴容易與氣流配合達到要求。 (3)單獨的小燃燒室本身強度和剛性好。 分管燃燒室的缺點： （1）環(huán)形截面積的利用率低(僅70一80)（因而燃燒室內(nèi)氣流平均速度大，這對于穩(wěn)定燃燒是不利

49、的） （2）總壓損失也較大（氣流分離，摩擦損失大） （3）起動性能差（在高空依靠傳焰管傳遞起動火焰） （4）火焰筒表面積與燃燒室容積之比大，因而火焰筒壁面氣膜冷卻所需空氣量較多；（壓氣機壓縮的空氣中，用于冷卻的空氣相對較多，用于燃燒的空氣相對較少） （5）燃燒室出口溫度場分布不均勻； （6）燃燒室較重。 這些缺點使得分管燃燒室已不再使用。但是，后來所使用的其他型式的燃燒室、特別是環(huán)管燃燒室，就是在分管燃燒室大量實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 聯(lián)管燃燒室環(huán)管燃燒室的結(jié)構(gòu)特點：將若干個(6一14個)管式火焰筒，沿圓周均勻安裝在內(nèi)、外殼體間的同一個環(huán)腔內(nèi)（既它的火焰筒是獨立的，第二股氣流在進入火焰筒前

50、是相通的），相鄰火焰筒燃燒區(qū)之間用傳焰管聯(lián)通。 環(huán)管燃燒室的優(yōu)點： (1)迎風面積較小。（結(jié)構(gòu)較為緊湊，致使發(fā)動機直徑較?。?(2)用含有13個火焰筒的試件就可以作試驗，無需很大的氣源。 (3)供油與供氣匹配較好。 (4)外殼是承力件，有利于提高發(fā)動機的強度和剛性。（改善發(fā)動機整體剛性） (1)氣動布局較差，擴壓器設(shè)計較困難。（整體燃燒室外殼，單獨火焰筒頭部） (2)有聯(lián)火焰管，點火性能雖然較差，但比單管燃燒室好些。環(huán)管燃燒室環(huán)形燃燒室的結(jié)構(gòu)特點：在燃燒室內(nèi)、外殼體之間的環(huán)腔內(nèi)，安裝了一個由共同的火焰筒內(nèi)、外壁構(gòu)成的環(huán)形燃燒區(qū)和摻混區(qū)，既由四個同心圓筒組成，最內(nèi)和最外的兩個圓筒為燃燒室的內(nèi)外殼

51、體，中間兩個筒即構(gòu)成為火焰筒。環(huán)型燃燒室不僅第二股氣流是相通的，第一股氣流及火焰筒的氣流也是相通的。其結(jié)構(gòu)甚為緊湊，燃燒室迎風面積最小，容積利用率最高。近年來在新型發(fā)動機上得到廣泛的采用。 環(huán)形燃燒室的優(yōu)點： (1)能夠與壓氣機配合獲得最佳的氣動設(shè)計，壓力損失最小。 (2)空間利用率最高，迎風面積最小。 (3)可能得到均勻的出口周向溫度場。 (4)無需聯(lián)焰管，點火時容易傳焰。 環(huán)形燃燒室的缺點： (1)調(diào)試時需要大型氣溫。 (2)由于采用單個的燃油噴嘴，燃油空氣配合不夠好。（和結(jié)構(gòu)不匹配） (3)火餡筒剛性差。（燃油在一個大環(huán)形火焰筒中燃燒，溫度很高，剛性差） (4)裝拆維修因難。（是環(huán)形整體

52、） a帶單獨頭部的環(huán)形燃燒室 為了便于在火焰筒頭部組織燃燒，把環(huán)形火焰筒頭部作成若干個類似環(huán)管燃燒室火焰筒的頭部結(jié)構(gòu)，在這些單獨的頭部后面再轉(zhuǎn)接成環(huán)形的摻混區(qū)。這種形式的燃燒室又稱為混合式燃燒室。 b. 全環(huán)形燃燒室 全環(huán)形燃燒室的火焰筒由內(nèi)、外壁和環(huán)形頭部構(gòu)成。 c. 折流式環(huán)形燃燒室 折流式環(huán)形燃燒室的火焰筒由內(nèi)、外壁組成。 對小型燃氣渦輪發(fā)動機因其流量小，轉(zhuǎn)速高，可以采用離心式壓氣機和燃油從發(fā)動機軸內(nèi)腔經(jīng)甩油盤離心甩出的供油方式。為了充分利用空間尺寸，縮短轉(zhuǎn)子支點的距離，所以常采用折流式環(huán)形燃燒室。 d. 回流式環(huán)形燃燒室 回流式環(huán)形燃燒室的火焰筒由內(nèi)、外壁和環(huán)形圓頂組成。 這種燃燒室也

53、用在帶有離心式壓氣機的燃氣渦輪發(fā)動機中。從壓氣機出來的氣體，在組織燃燒和與燃氣摻合的過程中要經(jīng)過兩次折轉(zhuǎn)再流入渦輪部件。燃燒室的燃油是由在環(huán)形圓頂部的吸明提供。主燃燒室的共同特點（1）燃燒室內(nèi)通道面積比其他部件如壓氣機的及渦輪的要大得多，它的外徑也是最大的，這表示在燃燒室內(nèi)必須降低流速。一般燃燒室內(nèi)的平均流速為2536米秒。 （2）有火焰筒，其作用是只使一部分氣流參加燃燒，而迫使其余氣流在它燒完之后才與之摻合，即分成主燃區(qū)和摻混區(qū)。 （3）供油的方法雖然不同，大多數(shù)是噴嘴嘴的，也有用甩油盤的，以及蒸發(fā)式的。其結(jié)果都是使油形成油霧，便于迅速蒸發(fā)或直接使之蒸發(fā)。并且噴油與氣流相配合，盡量使它們摻和

54、。（供油裝置使燃油霧化、蒸發(fā)、摻混） （4）都有火焰穩(wěn)定裝置，有的是葉片擾流器(統(tǒng)稱渦流器)有的是象碗、罩等形狀的穩(wěn)定器，有的只是在火焰筒頭部開“搓板孔”等，其目的都是造成一定的氣流結(jié)構(gòu)以便火焰穩(wěn)定。使火焰縮短。 （5）在火焰筒內(nèi)壁有一層冷卻氣膜。早期的在筒壁上打小孔或指甲縫形成氣膜。后期的把火焰筒分成幾段每二段之間留一縫隙以形成氣膜。 對燃燒室的性能要求燃燒室作為發(fā)動機的一個部件，必須滿足發(fā)動機為達到預期目的而提出的要求這些要求是，點火可靠、燃燒穩(wěn)定、燃燒完全、出口溫度場符合要求、壓力損失小、尺寸重量小、排氣污染小、壽命長等八個方面。 1. 點火可靠 2. 燃燒穩(wěn)定 3. 燃燒完全 4. 出

55、口溫度場附和要求 5. 壓力損失小 6. 尺寸小重量輕 7. 排氣污染小 8. 壽命長 1、點火可靠（1點火特性線，影響點火的因素有多個，因此必須固定其他因素，看混氣濃度對點火的影響 在一定的進口氣流參數(shù)(壓力、溫度和流速)下，燃燒室能夠?qū)崿F(xiàn)可靠點火的富油極限及貧油極限的范圍大小來表示點火性能的好壞，在燃燒室中，用油氣比或余氣系數(shù)來表示燃油空氣混合氣貧油或富油的程度。顯然，這一范圍越寬，表示點火性能越好。燃燒室的點火性能一股用點火特性線來描述。點火特性線是在一定的進氣條件(p*2，T*2,c2)下，順利實現(xiàn)點火的混氣濃度(一般用余氣系數(shù) 或油氣比f表示)范圍所形成的點火包線。 （2如何使點火可靠：多個電嘴，高能電嘴，預燃室點火2、燃燒穩(wěn)定燃燒室的穩(wěn)定工作對發(fā)動機來說至關(guān)重要。 （1）要求燃燒室在點燃以后，必須在規(guī)定范圍內(nèi)都能穩(wěn)定燃燒，不被吹熄。（通常燃燒室工作時，進口氣流的壓力、溫度較高，一般是能夠穩(wěn)定燃燒的。） （2）何時出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定，有什么后果 （主燃燒室）在某些情況下，火焰有被吹熄的危險。例如： a