燃气轮机燃烧室课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,燃气轮机燃烧室,*,PPT,文档演模板,Office,PPT,燃气轮机燃烧室,2024/10/2,燃气轮机燃烧室,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。,燃气轮机燃烧室,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,。,燃气轮机燃烧室,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：,长期高温下工作，必须进行冷却,火焰管,燃气轮机燃烧室,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%,燃气轮机燃烧室,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。,燃气轮机燃烧室,燃气轮机燃烧室,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。,燃气轮机燃烧室,燃烧效率特性,燃烧效率,-衡量燃烧的完善程度,Q,i,燃烧室的各项热损失：,（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、H,2,、CH,4,等,燃气轮机燃烧室,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,（,f,min,f,max,）,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,燃气轮机燃烧室,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:,Q,V,=30200 W/(m.N),移动式:,Q,V,=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%。,燃气轮机燃烧室,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50,C；,存在多个燃烧室时,平均温差不超过1520,C。,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,燃气轮机燃烧室,上述各项要求往往又存在矛盾，很难同时满足。,一般基本要求,：,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。,燃气轮机燃烧室,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：,燃气轮机燃烧室,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,。,燃气轮机燃烧室,圆筒型,燃气轮机燃烧室,2、分管型,一台燃气轮机中设置若干分开的小燃烧室，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,燃气轮机燃烧室,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,燃气轮机燃烧室,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。,燃气轮机燃烧室,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。,燃气轮机燃烧室,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)。,燃气轮机燃烧室,火焰稳定器,（旋流器）,改善气流的流动结构，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 P,120-122,（,自学,）。,高速气流中的低速区,燃气轮机燃烧室,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,。,燃气轮机燃烧室,燃气轮机燃烧室,第六章 燃气轮机的变工况,单轴燃气轮机的变工况特性,环境条件对燃气轮机性能的影响,燃气轮机燃烧室,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,燃气轮机燃烧室,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）,燃气轮机燃烧室,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。,燃气轮机燃烧室,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。,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,。,燃气轮机燃烧室,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,燃气轮机燃烧室,燃气轮机燃烧室,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,燃气轮机燃烧室,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,n,3,（,c,为比例系数）,变速负荷,n,Ne,例子：,固定螺距螺旋桨(轮船),叶轮机械（泵、风机等）,Ne=,c,n,3,燃气轮机燃烧室,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,燃气轮机燃烧室,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=Me,max,当转速升高时，扭矩减小；,当,n=n,max,，Me=Me,min,。,负荷功率：,Ne,Me,n,Ne随n增加而增大。,n,Ne,燃气轮机燃烧室,燃气轮机燃烧室,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,燃气轮机燃烧室,2双轴方案,2.1,分轴方案,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。,燃气轮机燃烧室,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。,燃气轮机燃烧室,以低压轴带动负荷LC-,LT-L,，,宜用于变速负荷。,燃气轮机燃烧室,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,燃气轮机燃烧室,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）；,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,燃气轮机燃烧室,燃气轮机燃烧室,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,燃气轮机燃烧室,1、转速平衡,每根轴上的转子转速相同。,单轴机组：n,C,=n,T,=n,分轴机组：n,C,=n,HT,n,LT,=n,2、压比平衡,T,*,=,C,*,压气机压比,涡轮膨胀比,总压保持系数,=,C,B,T,平行双轴机组,燃气轮机燃烧室,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：,N,T,=N,C,+N,m,+N,e,或 N,T,=N,C,/,m,+N,e,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,N,LT,=N,LC,/,m1,+N,e,N,HT,=N,HC,/,m2,平行双轴机组,N,HT,=N,C,/,m1,N,LT,=N,e,/,m2,燃气轮机燃烧室,4、流量平衡,G,T,=G,C,+G,f,-G,变工况时，可近似认为：,G/G,C,const,粗算时，可取,G,T,G,C,冷却用和泄露的空气量,燃气流量,燃料消耗量,进气量,燃气轮机燃烧室,燃气轮机燃烧室,演讲完毕，谢谢听讲,!,再见，see you again,3rew,2024/10/2,燃气轮机燃烧室,