什麼是燃氣輪機|燃氣輪機是如何工作的?

一個燃氣輪機是最常見和最有名的嗎類型的渦輪機．燃氣輪機而且天然氣發動機在世界各地被廣泛用於不同的目的。如今，這些渦輪機是使用最廣泛的發電技術。這些類型的渦輪機主要用於以氣體為工質生產廉價的電力。在前麵的文章中，我們討論了這個問題蒸汽渦輪發電機，風力渦輪機而且水輪機．因此，在本文中，我們將主要考察燃氣輪機的不同方麵。

什麼是燃氣輪機?

一個燃氣輪機是一種I.C引擎這轉換了動能氣體成轉動能量(機械能)。這個機械能進一步運行氣體發生器把機械能轉化成什麼電．

它被稱為"燃氣輪機，因為它使用了氣體作為一種工作流體。從本質上講，這個渦輪可以被認為是一個能量轉換器，可以將氣體中儲存的能量轉化為旋轉動力。這種旋轉的能量驅動發電機發電。發電後，這些電力通過電纜輸送到不同的企業和家庭。

在1791,第一台燃氣輪機被發明的約翰·巴伯．他的設計包含了最新燃氣輪機的大部分部件。計劃是駕駛無馬汽車。

與蒸汽輪機相比，最新的燃氣輪機在更高的溫度下工作。燃氣輪機的最高效率可達60%。

燃氣輪機工作原理

的燃氣輪機在基礎上工作布雷頓循環．在這個循環中，空氣-燃料混合物被加壓，燃燒，通過燃氣輪機，排出。

在工作循環的燃氣輪機、空氣用作工作介質。燃氣輪機的工作分為以下幾個階段:

1. 抽吸過程
2. 壓縮過程
3. 燃燒過程
4. 渦輪節
5. 發電

1)吸過程

首先，渦輪將空氣從大氣中吸入壓縮室，進入渦輪，再將空氣送入壓縮機。

2)壓縮過程

當空氣進入壓縮機，它將空氣壓縮，將空氣動能轉化為壓力能。在此之後，它將空氣轉化為高壓空氣。

3)燃燒過程

壓縮過程結束後，壓縮空氣進入燃燒室。在燃燒室中，噴油器將燃料注入燃燒室，燃料與空氣混合。混合後，燃燒室點燃空氣-燃料混合物。由於點火過程，空氣-燃料混合物轉化為高壓高溫氣體。

4)渦輪節

當燃燒後的氣體進入渦輪段時，這些氣體的一部分能量轉化為機械能，一部分能量消耗殆盡。當燃燒氣體膨脹通過渦輪，它旋轉渦輪葉片。旋轉葉片有雙重功能:它們驅動壓縮機吸入更多的空氣，並驅動與渦輪機相連的氣體發生器。

5)發電過程

發電機與渦輪機的軸相連。發電機從渦輪機接收機械能，並把機械能轉換成電能。

無用的能量從廢氣中逸出。廢氣可以用於外部任務，如在渦噴發動機中直接產生推力或旋轉第二個獨立渦輪(稱為動力渦輪)，可以連接到發電機、螺旋槳或風扇。

讀也:汽輪機的工作

燃氣輪機循環

的燃氣輪機工作上的布雷頓(或焦耳)循環．下麵借助P-V圖對燃氣輪機的工作循環進行說明:

壓縮(A到B): -

當環境空氣進入壓縮機時，壓縮機對其進行壓縮並增加其壓力。壓縮後的空氣進入燃燒室(上圖中的B點)。

燃燒(B到C): -

當壓縮空氣進入燃燒室(管道B到C)時，噴油器噴射與空氣混合的燃料。點火器點燃這種空氣燃料混合物，並增加其壓力和溫度。

擴展(C ~ D): -

在通過燃燒過程後，空氣進入渦輪截麵(線C到D表示這個過程)，在那裏空氣膨脹。隨著空氣膨脹，渦輪葉片旋轉，渦輪葉片進一步旋轉渦輪軸和壓縮機。膨脹空氣的一部分動力用於驅動壓縮機，而剩餘的動力用於驅動耦合發電機。發電機把這種能量轉化成電能。

燃氣輪機類型

燃氣輪機有多種類型。最常見的燃氣輪機類型如下:

• 渦輪螺旋槳飛機規模
• 噴氣發動機
• 渦輪噴氣飛機
• 渦扇發動機
• 渦輪軸發動機
• Aeroderivative燃氣輪機
• 微型燃氣輪機

1)渦輪螺旋槳燃氣發動機

第一種燃氣發動機是渦輪螺旋槳發動機。一個渦輪螺旋槳發動機具有推進噴嘴、渦輪、燃燒室、壓縮機、進氣道和減速箱。

這台燃氣發動機使用減速箱為飛機的螺旋槳提供動力。渦輪螺旋槳發動機用於小型飛機，如巴西航空工業公司的EMB312巨嘴鳥軍事教練機和通用航空公司的塞斯納208商隊。渦輪螺旋槳發動機也用於大型飛機，如空中客車A400M運輸機。此外，它也用於龐巴迪Dash 8等中型通勤飛機。

廢氣驅動動力渦輪，動力渦輪通過軸連接，進一步驅動減速齒輪。渦輪螺旋槳發動機需要一個減速箱，因為最好的螺旋槳性能達到速度遠低於發動機的運行速度。

這些類型的燃氣輪機在250-400英裏/小時和18000 - 30000英尺的高度具有極高的效率。渦輪螺旋槳渦輪機的最低燃料消耗通常是在25,000英尺到對流層頂的高度範圍內。這個渦輪機使用大約80%到85%的產生的動力來運行螺旋槳。相比之下，剩餘的可用能源用作推力來清除廢氣。

渦輪螺旋槳發動機的優缺點:-

優勢	缺點
這些發動機尺寸小。	它們的巡航速度很低。
這些輕量級的。	這台發動機的螺旋槳在海拔越高就會失去效率。
渦輪螺旋槳發動機在短距離飛行中效率最高。	這些不適合長途旅行。
這些發動機每小時燃燒的燃料比噴氣式發動機少。	渦輪螺旋槳發動機產生的噪音比噴氣發動機高。

閱讀更多:渦輪螺旋槳發動機的工作

2)渦輪噴氣發動機

第二種類型是燃氣輪機噴氣發動機．這是一種優化的燃氣輪機。它會在排出氣體或管道風扇與渦輪相連。的引擎產生的能量來自直接脈衝的廢氣被稱為渦輪噴氣發動機．

渦噴發動機用於飛機。這些發動機最初是在英國而且德國之前第二次世界大戰是最簡單的引擎比其他噴氣引擎。

渦噴發動機具有噪聲大、耗電量大的缺點。這些類型的引擎有一個有限的範圍和耐用性。目前主要用於軍用航空。

渦噴發動機由以下四部分組成:

1. 壓縮機
2. 燃燒室
3. 渦輪
4. 排氣

的壓縮機部分吸入空氣，壓縮後將壓縮空氣高速輸送到燃燒室。燃燒室具有用於點燃空氣-燃料混合物的噴油器和點火器。膨脹的氣體使渦輪機運轉。這個渦輪通過軸連接到壓縮機和發動機，並保持發動機運轉。

渦噴發動機的優缺點:-

優勢	缺點
這些發動機的設計很簡單。	它們消耗大量的燃料。
這些可以高速運行。	它們長出高鼻梁。
渦噴發動機尺寸小。	這些在低速時性能很差。
它們的重量很輕。	這些汽油發動機不能用於長途旅行。

讀也:不同類型的噴氣發動機

3)渦扇發動機

的噴氣發動機通過使用管道風扇產生能量的裝置通常被稱為渦扇發動機．這個詞“渦扇”是"渦輪”和“風扇”:這個詞渦輪表示由燃燒室獲得機械動力的燃氣輪機，和風扇代表管道風扇，它從渦輪獲得機械動力，推動空氣向後。

這台發動機使用一個導管風扇和排氣裝置來傳遞脈動。渦扇發動機在飛機上的應用也最為廣泛。

的進化渦扇發動機是渦輪螺旋槳發動機和渦輪噴氣發動機的一些最佳特性的組合。這些燃氣發動機通過改變燃燒室周圍二次氣流的方向來產生額外的推力。

渦扇發動機燃氣發動機與其他噴氣發動機相比，噪音低，耗油少。它在發動機內部有兩個或多個軸。

渦扇的優缺點:-

優勢	缺點
這種渦輪比其他噴氣發動機耗油少。	這些發動機的尺寸比渦噴發動機大。
噪音低。	渦扇發動機無法控製負荷的突然波動。
它最適合長途旅行。	它需要一個管道風扇來發電。

4)大型噴氣發動機

規模噴射發動機是第五種。這些發動機也被稱為噴射．考慮到這一點，最新微射流的先驅Kurt Schrekling開發了世界上第一個微型渦輪機(FD3/67)。這些發動機可以產生22牛的力。而且，它可以由大多數專業人士在機械工程方麵有使用必要技術工具的經驗。

5）渦輪軸發動機

一個燃氣輪機經過優化以產生軸動力而不是噴氣推進的發動機被稱為渦軸發動機。渦軸發動機的工作原理與渦噴發動機非常相似，但有額外的渦輪增壓器，膨脹從廢氣中去除熱能，並將其轉化為軸的輸出功率。1949年，法國透博梅卡公司製造了第一台渦軸燃氣渦輪發動機。

發動機的主軸裝有壓氣機及其渦輪，兩者結合燃燒，稱為燃氣發生器。一個單獨的旋轉動力渦輪用來驅動直升機的旋翼。您可以通過以各自的速度旋轉動力渦輪和燃氣發生器來增加設計靈活性。

渦軸發動機和渦噴發動機之間的主要區別是，在渦軸發動機中，膨脹氣體產生的最大部分能量被用來驅動渦輪，而不是產生推力。

這些燃氣發動機最適合於需要重量輕、體積小、高可靠性和連續高性能的應用。大多數直升機采用渦軸發動機。渦軸燃氣渦輪發動機也用作大型飛機的輔助發動機。這些發動機也用於天然氣液化站。

渦軸發動機的優缺點:-

優勢	缺點
這些發動機具有很高的可靠性。	它們產生高噪音。
渦扇發動機具有持續的高性能。	這些燃氣發動機的製造成本很高。
這些都是小號的。	他們在初始啟動時需要高功率。

6)航空衍生燃氣輪機

首先，這些通常是在現有飛機的燃氣渦輪發動機上建造的。工業用燃氣輪機比航空衍生渦輪應用更為廣泛。

其次，這些都用於電力生產。由於這些渦輪機的關閉速度比工業發動機快，並且能夠對變化的負載做出快速反應，因此它們也被用於海事行業的減重。

(7)微型燃氣輪機

一個microturbine是一種小型的同時產生電和熱的燃氣輪機。該燃氣渦輪發動機是由活塞式發動機、小型噴氣發動機或飛機apu的渦輪增壓器發展而來的。它們的尺寸相當於一台25-500千瓦的冰箱。

在沒有熱交換器的情況下，微型渦輪機的效率約為15%。加上熱交換器，20%到30%。熱電聯產，熱電聯產效率可達85%

與其他小型發電技術相比，微型渦輪機有許多優點:能源成本低、排放低、重量輕、效率高、設計緊湊、可移動部件數量少、能夠利用廢燃料。廢熱回收也可以利用這些渦輪機達到80%以上的效率。

微型渦輪機由於其維護和運行成本低、資金成本低、體積小和自動電子控製，預計將占據分布式發電市場的很大一部分。此外，這些燃氣輪機為直接驅動市場(如壓縮機和空調)提供了高效和清潔的解決方案。

讀也:風力發電機的工作

燃氣輪機效率

燃氣輪機的工作溫度(點火溫度)影響其效率。溫度越高，渦輪效率也會越高。然而，渦輪的入口溫度是固定的，這取決於渦輪葉片所能承受的熱條件。

在最大情況下，渦輪進口氣體溫度範圍從1200°C-1400°C。盡管如此，一些設計師通過開發葉片覆蓋層和冷卻係統來防止冶金部件受到熱損傷，從而將進氣溫度提高到1600°C。

由於壓縮機運行所需要的功率，單循環燃氣輪機發電廠的能量轉換效率約為30%，即使是最高效的設計，效率也高達40%。

大量的熱量留在廢氣中，當廢氣離開渦輪時，溫度高達600°C。燃氣輪機動力裝置采用聯合循環的方式回收餘熱，創造更有價值的功，效率可達55% ~ 60%。

燃氣輪機類型	功率輸出(MW el)	效率,聯合循環(%)，LHV	效率,簡單循環(%)，LHV
大型重載	200 - 500	54-60	37-40
小型重型	70 - 200	53-55	35-37
Aeroderivative	30 - 60	51-54	39-43

燃氣輪機部件

燃氣輪機主要由以下部分組成:

1. 渦輪
2. 壓縮機
3. 軸
4. 燃燒室
5. 齒輪箱
6. 排氣

1)壓縮機:-

的壓縮機包括燃氣輪機的基本部件。首先，壓縮機將空氣吸入渦輪。在此之後，它對空氣加壓，並根據渦輪的要求增加該空氣的壓力。最後,壓縮機以每小時數百英裏的速度將空氣送入燃燒室。

讀也:不同類型的壓縮機

2)軸:-

旋轉軸允許壓縮機連續吸入空氣和加壓更多的空氣，以調節連續燃燒。它有多個渦輪葉片。的軸隨著渦輪葉片的旋轉而旋轉。軸上多餘的能量用來驅動發電機產生電能。

3)燃燒室:-

它由一係列的噴油器組成，將穩定的燃料流插入燃燒係統，並與燃燒室的空氣混合。混合物在高於此溫度下燃燒2000華氏度．

燃燒室還包括燃氣輪機的基本部件。它創造了一個高壓和高壓氣體流進入渦輪和部分膨脹。

4)渦輪節：-

它由一套複雜的固定和旋轉葉片組成。隨著熱煙氣通過渦輪，然後旋轉的葉片轉動。旋轉葉片有兩個功能。首先，它導致壓縮機吸入更多的壓縮空氣進入燃燒區。其次，它轉動發電機產生電能。

5)變速箱:-

渦輪的齒輪箱為被驅動設備提供扭矩。

6)排氣:-

這部分從渦輪部分排放低排放。

燃氣輪機的優缺點

燃氣輪機的優缺點如下:

燃氣輪機的優點

• 這些渦輪機易於運輸和快速啟動。
• 全球支持和服務。
• 成本低，潤滑油消耗量低。
• 可以使用不同的燃料。
• 由於空氣過量，使空氣完全燃燒，冷表麵的火焰不會“淬火這將導致非常低的有毒CO和HC排放。
• 具有高可用性。
• 偉大的可靠性。
• 運行成本低。
• 使用其他清潔、可再生燃料。
• 燃氣輪機的功率密度高。
• 它釋放低毒性氣體。
• 建築費用低。
• 綜合性能模塊塊。

燃氣輪機的缺點

• 要求高維護成本．
• 低功率:重量比。
• 使用特殊材料會增加核心發動機的成本。
• 燃氣輪機空轉時的效率比往複式發動機低。
• 起動時間比往複式發動機長。
• 有特色的投訴可能很難控製。

燃氣輪機的應用

• 這些渦輪機用來驅動飛機。
• 它被用在火車上。
• 這些渦輪機是用來驅動船隻的。
• 燃氣輪機也用於驅動發電機。
• 這些是用來供電的泵．
• 燃氣輪機應用於不同的應用場合氣體壓縮機．

FAQ部分

誰發明了燃氣輪機?

在1791,第一台燃氣輪機被發明的約翰·巴伯．

燃氣輪機在哪個循環工作?

一個燃氣輪機在底部工作布雷頓(或焦耳)循環。

燃氣輪機是用來幹什麼的?

燃氣輪機用來驅動:

• 火車
• 坦克
• 泵
• 工業機械
• 船隻
• 氣體壓縮機

燃氣輪機使用什麼燃料?

燃氣輪機使用汽化等燃料燃料石油氣體,low-Btu煤氣體、過程氣體天然氣。但全球90%的燃氣輪機都在使用液化天然氣或天然氣作為操作燃料。

燃氣輪機為什麼叫燃氣輪機?

這種渦輪機被稱為燃氣輪機，因為燃氣在這種渦輪機中工作。

在燃氣輪機裝置中使用哪種類型的壓縮機?

顆粒燃氣輪機裝置采用多級軸流壓氣機。

燃氣輪機啟動需要多長時間?

內燃機燃氣輪機可以在不到5分鍾內啟動以達到滿負荷，而聯合循環燃氣輪機則需要30分鍾或更長時間才能啟動。

燃氣輪機的成本與其他渦輪機相比非常低類型的渦輪機．因此，這些渦輪機是全世界最廣泛使用的。這些渦輪機具有較高的功率密度。這些渦輪機在我們的行業中太有用了。運行成本低，可靠性好。

我希望你能清楚地了解與這個主題相關的所有概念。如果你有什麼問題的話，可以毫不猶豫地告訴我。

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圖片來源:

www.aircraftsystemstech.com/