人教版高中物理选修（2-2）《蒸汽轮机 燃气轮机》课件-.pptx

;;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。

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。;;下图是燃气—蒸汽联合循环发电系统设备与生产流程图，显示了天然气发电的主要流程;在经过加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入的高压空气混合燃烧，产生高温高压气流推动燃气轮机旋转做功。

从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏600度，仍然具备很高的能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去推动蒸汽轮机，带动发电机发电。;1、燃气轮机的工作原理

燃气轮机的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机

是靠燃烧产生的高温高压气体推动燃气叶轮旋转如下图：;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。

燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。

燃气轮机是利用气体作为工质在燃烧室里燃烧，将燃料的化学能转变为气体的内能。在喷嘴里，气体的内能转变为气体的动能，燃气高速喷出，冲击叶轮转动;2、燃气轮机的工作过程

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，需用启动设备，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。;3、燃气轮机工作过程的分类;;燃气轮机构造有三大部分：空气压缩机，燃烧室，燃气透平系统。

1、燃气轮机之空气压缩机。

压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃烧室。为了生成高压空气，压气机装有多级叶轮，若干叶轮固定在压气机的转轴上构成压气机转子,转子上的叶片称为动叶。如下图所示：;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。;燃气轮机一般有十几个燃烧室，安装在燃机外围。如下图所示：;下面是一个燃烧室的剖面模型。燃烧室由外壳与火焰筒组成，在外壳端部有天然气入口，在火焰

筒尾部联接过渡段，在燃烧室内装有燃料喷嘴。 ;燃烧室内做功示意图;燃气透平也称为燃气轮，从燃烧室喷出的高压燃气推动透平叶轮旋转，把燃气的内能转化为透平的机械能

燃气推动旋转的叶轮上的叶片称为动叶，在每级动叶的前方还安装一组静止的叶片

（静叶），静叶起着喷嘴的作用，使气流以最佳方向喷向动叶。一组静叶加一组动叶为透平的一级。为了充分利用燃气的热能，透平一般为3级或4级。如下图所示：;透平叶轮安装在透平转轴上构成透平转子。（如下图所示）压气机转子与透平转子是安装在同一根转轴上，称为燃气轮机转子，透平旋转时也就带动压气机旋转工作。透平转子带动发电机发电，额定转速是每分钟3000转。;下面是一个燃气轮机整体剖面图;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