高考考试网
当前位置: 首页 高考资讯

燃气轮机介绍(工业机械中的巨兽)

时间:2023-05-26 作者: 小编 阅读量: 5 栏目名: 高考资讯

按照燃烧室温度目前分为E级,F级和目前最先进的H级。为了保证整个装置的正常运行,除了主机三大部件外,还应根据不同情况配置控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。通过采用隔热瓷片,燃烧室内外壁的冷却任务已经完成,接下来的任务却更有挑战。柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点,导致军舰容易被敌方声纳探测。

点击添加图片描述(最多60个字)

燃气轮机被称为制造业的王冠,作为一个体形庞大的工业机械巨兽,它既要追求高效性能,又需考虑经济效益,这是一种让制造业纠结于鱼和熊掌的痛苦。

文/ 中国先进制造技术论坛

目前,航空发动机和燃气轮机“两机”科技重大专项已经顺利成为国家第20个重大技术专项,与空天飞机和高超音速飞行器专项一起成为国家航空航天领域的重要突破。

今天这篇文章就来跟大家聊聊被誉为工业皇冠上明珠的燃气轮机!

燃气轮机原理

燃气轮机(GasTurbine)是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械,包括压气机、加热工质的设备(如燃烧室)、透平、控制系统和辅助设备等。

按照燃烧室温度目前分为E级,F级和目前最先进的H级。其中,E级重型燃气轮机透平进口约1200℃,F级透平进口温度约为1400℃,目前最先进的H级透平进口温度达到1430℃-1600℃。温度越高,技术等级越高。

现代燃气轮机发动机主要由压气机(蓝色)、燃烧室(红色)、透平(黄色)。

点击添加图片描述(最多60个字)

当它正常工作时,工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。压气机从外界大气环境吸入空气、并逐级压缩(空气的温度与压力也将逐级升高);压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气;然后再进入透平膨胀做功;最后是工质放热过程,透平排气可直接排到大气、自然放热给外界环境,也可通过各种换热设备放热以回收利用部分余热。在连续重复完成上述的循环过程的同时,发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。

点击添加图片描述(最多60个字)

燃气轮机属热机,空气是工作介质,空气中的氧气是助燃剂,燃料燃烧使空气膨胀做功,也就是燃料的化学能转变成机械能。下图是一台燃气轮机原理模型剖面,通过它来了解燃气轮机的工作原理。从外观看燃气轮机模型:整个外壳是个大气缸,在前端是空气进入口;在中部有燃料入口,在后端是排气口(燃气出口)。

点击添加图片描述(最多60个字)

燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成,左边部分是压气机,有进气口,左边四排叶片构成压气机的四个叶轮,把进入的空气压缩为高压空气;中间部分是燃烧器段(燃烧室),内有燃烧器,把燃料与空气混合进行燃烧;右边是涡轮(透平),是空气膨胀做功的部件;右侧是燃气排出口。

燃气轮机动力装置是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力(例如:电能、机械能或热能)所必需的基本设备。为了保证整个装置的正常运行,除了主机三大部件外,还应根据不同情况配置控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。

在下图中表示了燃气轮机的简单工作过程为:空气从空气入口进入燃气轮机,高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气,其流向见浅蓝色箭头线;燃料在燃烧室燃烧,产生高温高压空气;高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功;做功后的气体从排气口排出,其流向见红色箭头线。

点击添加图片描述(最多60个字)

在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转,压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子,燃烧室产生的高温膨胀气体是同时作用到涡轮叶片与压气机叶片上,如何保证涡轮带动压气机正向旋转呢?

点击添加图片描述(最多60个字)

简单说涡轮叶片工作直径大于压气机出口处的叶片工作直径,涡轮叶片的面积也大于压气机出口处的叶片面积,这就初步保证在同一压力下涡轮的输出力矩大于压气机所需的力矩,当然更重要的是压气机叶片与涡轮叶片的良好空气动力学设计才能保证两者高效运行。燃气轮机在设计时就要保证涡轮机输出的功率要大于压气机所需的功率,才能使燃气轮机在带动压气机的同时还能向外输出功率。

燃烧室的那些事

燃气轮机的燃烧室可以说融合了整个燃机的大部分高精尖技术,比如H级燃机运转时,燃烧室内部的温度可以达到近1600度的高温!比火山岩浆还要热,绝大部分的金属在这个温度下都会熔化。所以,咱们也就重点说说燃烧室里发生的那些事儿。

一台燃气轮机的燃烧室中配有大概500块这样的隔热瓷片,在隔热瓷片受热一面的温度将近1600摄氏度,而另一侧的温度仅有600多摄氏度,这些大约4厘米厚的陶瓷隔开了近1000度的高温!

点击添加图片描述(最多60个字)

西门子SGT-4000F型燃气轮机的燃烧室

燃烧室中的气体还会以堪比龙卷风的速度(每秒100米)不断冲击着燃烧室。所以这些瓷片还必须能抗住强大的冲击力——甚至要比应用于航天飞机上的隔热瓷片还结实。这是因为航天飞机上的隔热陶瓷在每次降落后和起飞前都会经过严格的检查并替换受损瓷片,而燃气轮机中的隔热瓷片需要在运行数千小时候后才会进行检修。

通过采用隔热瓷片,燃烧室内外壁的冷却任务已经完成,接下来的任务却更有挑战。在之前介绍燃机原理中我们说到,燃烧后的高温气体会推动透平区的叶片转动。

透平区的第一级叶片在燃机运转时,不仅要耐得住将近1600度的高温,还要以音速旋转,承受相当于自身重量一万倍的离心力。

燃气轮机是军舰动力方案的选择之一

目前世界主要海军强国在军舰动力方案选择上,燃气轮机的主要竞争对手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机,但是由于燃气轮机先天优势与军舰动力系统性能要求更为吻合,燃气轮机成为了各国军舰动力系统发展的唯一选择。

点击添加图片描述(最多60个字)

燃气轮机的优势

  • 功率密度极大

一般情况下,同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一,是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。

  • 启动速度快

虽然燃机的转速是三种动力系统中最高的,但是由于整个转子十分轻巧,在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而启动速度,对于军舰的战时出动和反潜作战时加减速性能有着直接的影响。

  • 噪声低频分量很低

由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中,产生的噪声更多是高频啸声。柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点,导致军舰容易被敌方声纳探测。

由于多方面的原因,我国燃气轮机同国际先进水平相比仍存在很大差距,尚未形成真正的产业。我国在舰载燃气轮机方面一直没能突破技术瓶颈的主要原因有很多,既有航空动力方面的问题也有舰用燃机工业本身的体制问题。

据了解,被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”的燃气轮机国内市场始终被美国通用电气公司、德国西门子公司、日本三菱重工等国外企业占据,虽然,国内主机厂商在自主研发上有所进展,例如AE94.3A燃机透平叶片启动国产化生产,5万千瓦重型燃机1-17级压气机试验成功,但这些企业主要具备的是装配制造能力,实际的核心技术和品牌还属于国外企业,仍未有国产品牌的燃气轮机进入市场。

点击添加图片描述(最多60个字)

“

燃气轮机涵盖多个方面,包括设计能力、金属制造能力、装配能力、加工工艺、试验能力等,需要不同专业之间的相互配合,形成从设备制造、材料制造到系统集成的整套产业链。

END

声明:本公众号所发稿件、图片、视频均用于学习交流,文章来源网络,版权归原作者所有,如涉及作品内容、版权和其他问题,请及时与我们联系删除!

    推荐阅读
  • 最受欢迎fps射击游戏(盘点小众但值得入手的FPS游戏)

    但除了那些热门大作之外还有哪些FPS游戏值得入手?本次将为大家带来一些小众但又十分好玩的FPS游戏,它们都因某种原因没有成为主流,虽然小众但值得购入,且价格相对低廉,感兴趣的小伙伴可以亲自上手尝试一番。与以往的FPS射击游戏不同,这款游戏中,子弹是稀缺资源,这意味着你不能尽情突突突,而且枪声也会吸引更多的怪物前来,稍有不慎,如潮水般的怪物就会淹没你和你的小队,因为一步错导致满盘皆输的情况也十分常见。

  • 企业最需要管理制度(企业如何健全管理制度)

    3、制度建设要以法律法规为准条领导者在制定管理制度时,制度内容,要以“人”为中心,考虑员工福祉,不能做出侵害员工利益的事情,也不能侵占员工应有的利益,好的管理制度应该为企业、为员工谋幸福、谋发展的,员工也是简单的服务对象,满足其需求,就可以使员工的激情上升,也能为企业创造出更大的价值,为企业以后发展打好基础。

  • 2023海口天空之山可以看烟花吗 海口天空之山驿站在哪里

    海口天空之山烟花开幕式当天,有焰火,大家想要看烟花的,可以前往!燃放时间:3月25日19:00-19:10参与方式:现场直接观看盛大的焰火在天空之山上升起,照亮了宁静的海湾,声响,光亮,与夜空交织。整个建筑由延绵起伏的圆环屋顶构成,在城市与海之间创造出一片“天空之山”。“天空之山”将布局图书馆、咖啡馆、展览区域三个空间,融合艺术书店、咖啡轻餐及零售快闪等业态,形成体量小但内容丰富的体验空间。

  • 2022北京公园年票中山公园办理地点在哪里?

    2022年北京市公园游览年票发售了,中山公园办理地点在公园西门,可以乘坐5路公交车至中山公园西门站下车。

  • 南明皇帝列表及简介(南明皇帝介绍)

    崇祯十七年五月初三日称监国于南京,十五日即皇帝位,改明年为弘光元年。隆武二年十月十四日称监国于肇庆,十一月十八日即皇帝位,以明年为永历元年。永历十五年七月十九日桂王左右的臣子共四十二人被杀。十二月初三日,桂王被缅甸王送至清军营内,永历十六年四月十五日被吴三桂绞杀于云南昆明。监国:潞王朱常淓:1645年:建都浙江杭州。弘光元年六月初八日称监国于杭州,十四日降清城失。翌年四月初九日与弘光等俱被杀。

  • 枞菌可以人工种植吗?(枞菌能够人工种植吗?)

    下面希望有你要的答案,我们一起来看看吧!枞菌人工种植,栽培基地以能采摘到野生枞菌的位置为宜,清理干净林地中所有的杂草和灌木,树蔸人工挖出后粉碎、暴晒,并按2.5米×2.5米的行株距挖坑,然后将菌种均匀摆放在坑中,栽后回填表土,在表层覆盖一层松土,最后喷水保湿。

  • 建筑猪舍有哪些基本要求 理想的猪舍建筑应满足哪些要求

    修建方式按墙面构造与窗户等可分为开放式、半开放式和密闭式。①开放式猪舍三面设墙,一面无墙,通风采光好,构造简略,造价低,但受外界影响大,较难处理冬天防寒。寒冷区域,猪舍南窗要大,北窗要小,以利于保温。为处理夏日有效通风,夏日酷热的区域,还可在两纵墙上设地窗,或在屋顶设风管、通风屋脊等。有窗式猪舍保温隔热功能较好,依据不同时节启闭窗扇,调理通风和保温隔热。

  • 职场领导的七大底线(当职场遇到可怕)

    研究生毕业后,W兄一直在一家挺大的私营企业里做采购工作。W兄还没完全适应过来,经理又开始研究提出完全不切实际的工作计划。对此,W兄感到很难过甚至很愤怒,但也无能为力。W兄后来也理解了,新经理之所以要整出那么多事儿来,就是为了打破部门里原来的铁板一块。这是W兄离开部门后,和我反复交流复盘的出来的结论。是的,W兄也最终也犯了一个错。W兄也在其中,去的部门大部分都是一些鸟不生蛋的边缘部门。

  • 番茄侧枝扦插栽培要点,番茄好养吗,怎么养殖

    番茄横切栽培技术取得了理想的效果。枝条过长,果实已到初花期。侧枝最低叶的腋部露出地面为宜,剪后浇足底水。在促根缓苗期间,要保持土壤湿润。两周后,应进行正常管理。因此,在苗期推迟后,要及时搭设花架和修剪。生长期应及时防治病虫害。

  • 顶楼第一部讲的什么(顶楼第一部主要剧情)

    接下来我们就一起去研究一下吧!顶楼第一部讲的什么剧情简介:任何人类的欲望都得不到满足,人类为了拥有更多的东西,会不停地往上爬。想要往上的理由是什么,梦寐以求的最顶层会有什么,爬到顶层的他们真的幸福吗,是不是隐藏着各自隐秘的秘密。这三个女人的生活里,责任和正义,良心被放在一边,只望着上层努力往上爬,这就是人类无尽的欲望。