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燃气轮机及其热力循环-.ppt
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1、 燃气轮机与发动机涡轮增压燃气轮机与发动机涡轮增压与配合技术与配合技术主讲:王兆文 成晓北1课程教学大纲 一、课程编号二、学时和学分32学时,2.0学分三、先修课程工程热力学、流体力学、动力机械基础、内燃机原理等四、课程教学目标本课程属于热能与动力工程专业动力机械专业方向的专业选修课程。本门课程的教学目标,旨在使学生获得燃气轮机与涡轮增压器工作原理、涡轮增压系统及增压系统设计应用技术方面的必备知识,培养学生综合所学知识进行发动机性能设计与研究的能力。五、课程内容 课内讲授:课内讲授:32学时学时2第一章 燃气轮机及其热力循环(4学时)第二章 涡轮增压技术及涡轮增压器基本结构(3学时)第三章 离
2、心式压气机(3学时)第四章 轴流式压气机(3学时)第五章涡轮机(2学时)第六章排气能量的利用(2学时)第七章 现代涡轮增压系统(4学时)第八章 柴油机与涡轮增压器的匹配(3学时)第九章 涡轮增压柴油机数值模拟计算(4学时)第十章 涡轮增压系统设计(2学时)3六、参考教材(1)涡轮增压器原理及应用朱大鑫编著,机械工业出版社,1995年第1版;(2)内燃机增压,朱梅林主编,华中科技大学出版社,2002年;(3)柴油机涡轮增压技术,陆家祥主编,机械工业出版社,2004年第1版;(4)燃气轮机与废气涡轮增压技术,林建生,谭旭光主编,天津大学出版社,2005年第1版;4第一章 燃气轮机及其热力循环一 概
3、况燃气轮机是靠内部燃料燃烧释放出的热量直接加热空气,并通过行成的燃气将热能转换成机械功的一种热力机械,同样是内燃机。主要由叶轮式空气压缩机、燃气发生器(燃烧室)和燃气涡轮三个基本部分组成,还有燃料、润滑、冷却、启动、调节和安全等辅助系统5燃气轮机理论循环燃气轮机理论循环燃气轮机:等压燃烧压气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;高温燃气流入燃气轮机中膨胀做功,推动燃气轮机叶轮带动压气机叶轮一起旋转,并对外做功。6各种内燃机的理论工作循环(a)活塞式内燃机的等容循环(b)活塞式内燃机的混合循环(c)燃气轮机循环燃气轮机与活塞式内燃机理
4、论循环的比较燃气轮机与活塞式内燃机理论循环的比较燃气轮机:等压燃烧7陆用双轴燃气轮机1-进气道2-离心式压气机3-燃油喷嘴4-燃烧室5-第一级涡轮6-拖动涡轮7-排气管8-减速箱二、结构与类型:二、结构与类型:1.结构结构离心式压气机,轴流式涡轮8某一舰用燃气轮机示意图轴流式压气机,轴流式涡轮9航空燃气轮机1-进气道2-压气机3-燃烧室4-涡轮5-加力燃烧室6-排气道喷嘴102.分类:分类:a.绝大部分热能转变为机械能:涡桨:亚音速飞机,速度900km/h的中低速飞机。巡逻机,教练机,反潜机等。涡轴:速度400km/h的直升机,军舰,汽车,发电机组等。b.绝大部分热能转变为尾气动能:涡喷:现代
5、航空用发动机的主流机型。涡扇:推力较大的一种涡喷燃气轮机,适合飞行速度400至1,000km/h。涡扇比涡喷工质流量大、喷射速度低、推进效率高、耗油率低、推力大。11涡桨:亚音速飞机,速度900km/h的中低速飞机,巡逻机,教练机,反潜机等。12涡桨:亚音速飞机,速度900km/h的中低速飞机,巡逻机,教练机,反潜机等。13涡轴:速度400km/h的直升机,汽车,发电机组等。14涡轴:速度400km/h的直升机,汽车,发电机组等。欧洲NH-90直升机15涡轴发动机自升飞机内部结构16发电机组用燃气轮机-涡轴发动机17涡喷:现代航空用发动机的主流机型。18涡喷:现代航空用发动机的主流机型。19涡
6、扇:推力较大的一种涡喷燃气轮机,常用做大型客机动力。2021活塞式内燃机与燃气轮机结构对比示意图活塞式内燃机与燃气轮机结构对比示意图与活塞式内燃机结构形式的比较22三、两种内燃机优缺点比较及它们的复合形式三、两种内燃机优缺点比较及它们的复合形式1.功率大、重量轻、体积小是燃气轮机的优势燃气轮机气体流通率高,单位时间内可以燃烧更多的燃料,发出更大的功率。2.燃气轮机与活塞式内燃机热效率的比较相对而言,燃气轮机的热效率较低,主要原因:(1)压缩方式不同:叶轮式压气机效率较低;压缩比低。(2)能量转换方式不同:燃气轮机,热能动能机械能活塞式:热能机械能最高压力低能量转换复杂23(3)最高燃气温度不同
7、:燃烧温度低,燃气轮机燃烧区最高温度2000,活塞式2500。为了可靠性,燃气轮机要用冷空气掺混,做功工质平均温度较低。12001350受制于叶片材料的耐热能力。(4)定压燃烧过程热效率低:定压加热循环与定容加热循环的比较等容度低最高温度低24多级轴流式压气机特性曲线压气机相对转速压气机设计状态的转速3.燃气轮机的变工况性能差无论是压气机,还是涡轮机,其叶轮结构只有在设计工况下,流动损失最小,热效率最高。在实际运行中,性能变化,而结构参数不变,使得各种流动损失增加。当燃气轮机工作工况偏离设计工况时,燃气轮机性能显著变差。254.两种内燃机复合形式的典型废气涡轮增压内燃机把活塞式内燃机与燃气轮机
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