燃氣輪機工作原理?

【專家解說】：最簡單的燃氣輪機裝置包括三個主要部件：壓氣機、燃氣輪機和燃燒室?？諝夂腿剂戏謩e經(jīng)壓氣機與泵增壓后送入燃燒室，在其中燃料與空氣混合并燃燒，釋放出熱能。燃燒所產(chǎn)生的燃氣吸熱后溫度升高，然后流入燃氣輪機邊膨脹邊作功，作功后的氣體排向大氣并向大氣放熱。重復上述升壓、吸熱、膨脹與放熱過程，連續(xù)不斷地將燃料的化學能轉(zhuǎn)換成熱能，進而轉(zhuǎn)換成機械能。 這是最簡單的，要詳細的再給你復制。 以下是詳細的： 燃氣輪機是以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動力機械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機。 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，德國人施托爾策設計了一臺燃氣輪機，并于1900～1904年進行了試驗，但因始終未能脫開起動機獨立運行而失敗；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，燃氣輪機的應用領域不斷擴大。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用。 在燃氣輪機獲得廣泛應用的同時，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；50～60年代，出現(xiàn)了以自由活塞發(fā)氣機與燃氣輪機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。 燃氣輪機的工作過程是，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。 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℃。 燃氣輪機由壓氣機、燃燒室和燃氣透平等組成。壓氣機有軸流式和離心式兩種，軸流式壓氣機效率較高，適用于大流量的場合。在小流量時，軸流式壓氣機因后面幾級葉片很短，效率低于離心式。功率為數(shù)兆瓦的燃氣輪機中，有些壓氣機采用軸流式加一個離心式作末級，因而在達到較高效率的同時又縮短了軸向長度。 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。 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。 燃氣輪機有重型和輕型兩類。重型的零件較為厚重，大修周期長，壽命可達10萬小時以上。輕型的結(jié)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。 與活塞式內(nèi)燃機和蒸汽動力裝置相比較，燃氣輪機的主要優(yōu)點是小而輕。單位功率的質(zhì)量，重型燃氣輪機一般為2～5千克/千瓦，而航機一般低于0.2千克/千瓦。燃氣輪機占地面積小，當用于車、船等運輸機械時，既可節(jié)省空間，也可裝備功率更大的燃氣輪機以提高車、船速度。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。 不同的應用部門，對燃氣輪機的要求和使用狀況也不相同。功率在10兆瓦以上的燃氣輪機多數(shù)用于發(fā)電，而30～40兆瓦以上的幾乎全部用于發(fā)電。 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，應用也很廣泛。此外，還有不少利用燃氣輪機的便攜電源，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。提高效率的關鍵是提高燃氣初溫，即改進透平葉片的冷卻技術，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，它用高溫氣冷反應堆作為加熱器，反應堆的冷卻劑(氦或氮等)同時作為壓氣機和透平的工質(zhì)。