燃气轮机培训课件

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燃氣輪機

燃氣輪機的構造

  燃氣輪機又稱為燃汽渦輪引擎(Gas Turbine Engine)簡稱渦輪引擎，其原理係以空氣壓縮機將外界的空氣吸入引擎內部予以加壓，再將燃料噴入其內混合形成混合氣，然後利用點火器將其燃燒，產生高溫高壓的膨脹氣體排放於大氣。在此氣體排出引擎外部之前推動輪機，由此造成迴轉運動作功。

  燃氣輪機的構造主要分成生氣部份及動力部份，重要機件包含：空氣壓縮機、燃燒器、輪機以及改善熱效率用的熱交換器等。

一、空氣壓縮機

  空氣壓縮機係由輪機所驅動，可分成離心式與軸流式兩種。其作用係由進氣口將外界空氣吸入，並將其壓入燃燒器中。空氣壓縮機出口的空氣壓力和入口的壓力比值對於引擎的性能影響甚鉅，一般稱為壓力比，其值約為3~6：1。

二、燃燒器

  燃燒器係將空氣和燃油混合而燃燒的裝置，有多孔供空氣流入，以及裝有燃料噴射閥（噴油嘴）可將燃料（汽油、柴油、煤油、重油等）連續噴入，再利用點火裝置將其點火燃燒。引擎一但起動後，燃燒器內的高溫即可引燃後續噴入的燃油，因此點火裝置在引擎起動後即不再點火。

  圖示的筒形燃燒器係由內筒和外筒合併組成，內筒頭部有噴油嘴，將燃料泵送來的燃油噴入筒內。同時從空氣壓縮機送來的空氣大部份由內筒頭部的空氣取入口衝入筒內，並以1：15~18的混合比進行燃燒，小部份的空氣則流進內、外筒之間的環狀間隙進行冷卻，同時從內筒周圍的孔洞流入內筒混合燃燒氣，使燃燒更完全。
三、輪機

  在燃燒器內燃燒後的膨脹氣體從固於外売的噴嘴葉片高速噴出，吹向緊鄰於後方的輪機葉片，帶動輪機旋轉，其轉速可高達30,000rpm。這些葉片因暴露於700~900。C的高溫氣體中，必須使用特殊耐熱的合金材料。

四、熱交換器

  熱交換器通常安裝於空氣壓縮機和燃燒器之間，由許多小管組成。空氣流經小管內側，燃燒後的廢氣則流經小管外側，同時將熱傳至管內的空氣中，其目的係用來提高進氣溫度，以提高熱效率。

6-2 燃氣輪機的性能

  燃氣輪機的性能主要取決於空氣流量、壓力比、輪機入口的氣體溫度三者。其性能曲線如右圖所示。

熱效率
η ＝(Q1-Q2)/Q1＝１-Q2/Q1

(註)  η：熱效率   Q1：供應熱量    Q2：放出熱量

壓力比
γ ＝P2/ P1
(註) P2 ：壓縮機出口的壓力    P1 ：壓縮機入口的壓力
6-3 燃氣輪機的種類

一、開放循環式燃氣輪機

  此型燃氣輪機係於燃燒氣轉動輪機產生動力後直接排放於大氣中，其種類尚可分為單軸式、雙軸式以及三軸式三種。

１、單軸式
２、雙軸式
３、三軸式

二、密閉循環式燃氣輪機

  氣體係在密閉的引擎內部循環，旋轉輪機的氣體是空氣，而燃燒器只用於空氣的加熱。此型式的優點是熱效率高、壓縮機、輪機等可小型化；缺點則為空氣加熱器的體積大、製造困難。

6-4 燃氣輪機的優缺點

一、優點：

運動部份幾乎全為旋轉運動，無往復式內燃機的振動。
機構簡單、零件少。
單位馬力的重量小。
可用劣質燃料。
摩擦部份少，潤滑油消耗量少。
不需冷卻水及冷卻裝置。
起動容易，可在短時間內全力運轉。
在最大出力附近的燃料消耗率最低。
變速機構構造簡單。
保養、維護、運轉操作簡單。

二、缺點：

熱效率低，燃料消耗大；於輕負載、低轉速時性能差。
燃燒器、輪機、噴嘴等機件長時間暴露於高溫中，需要有高級耐熱材料。
因高速旋轉，需要有高級軸承、高精度減速齒輪。
需要大量空氣，配管以及高溫排氣的處理困難。
運轉時吸氣、排氣噪音大。
加速性不良。

6-5 燃氣輪機的用途
1.發電用
2.船舶用
3.火車機車用
4.汽車用

5.航空用

6.軍事用
6-5 應用燃氣輪機的內燃機(複合引擎)

  此種引擎係將燃氣輪機與其它往復式內燃機結合在一起，稱為複合引擎，其目的在於改善燃氣輪機熱效率不高的缺點。依其組合方式可分為：齒輪複合引擎以及自由活塞式燃氣輪機兩類。

一、齒輪複合引擎
二、自由活塞式燃氣輪機
史上最快的汽車與複合引擎
(太空汽車 第5單元 3’42“~10‘’00”)
第六章 習題
1.燃氣輪機的作用原理為何？
2.燃氣輪機的主要構造包括那幾項？
3.熱交換器有何功能？
4.何謂燃氣輪機的壓力比？
5.燃氣輪機的複合引擎有那幾種？


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2014-10-15 02:53 上传

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