燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)工作原理

燃?xì)廨啓C(jī)的工作過(guò)程是，壓氣機(jī)(即壓縮機(jī))連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，隨即流入燃?xì)馔钙街信蛎涀鞴Γ苿?dòng)透平葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃?xì)獾淖鞴δ芰︼@著提高，因而燃?xì)馔钙皆趲?dòng)壓氣機(jī)的同時(shí)，尚有余功作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出機(jī)械功。燃?xì)廨啓C(jī)由靜止起動(dòng)時(shí)，需用起動(dòng)機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨(dú)立運(yùn)行后，起動(dòng)機(jī)才脫開(kāi)。

燃?xì)廨啓C(jī)的工作過(guò)程是最簡(jiǎn)單的，稱為簡(jiǎn)單循環(huán)；此外，還有回?zé)嵫h(huán)和復(fù)雜循環(huán)。燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)來(lái)自大氣，最后又排至大氣，是開(kāi)式循環(huán)；此外，還有工質(zhì)被封閉循環(huán)使用的閉式循環(huán)。燃?xì)廨啓C(jī)與其他熱機(jī)相結(jié)合的稱為復(fù)合循環(huán)裝置。

燃?xì)獬鯗睾蛪簹鈾C(jī)的壓縮比，是影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的兩個(gè)主要因素。提高燃?xì)獬鯗兀⑾鄳?yīng)提高壓縮比，可使燃?xì)廨啓C(jī)效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達(dá)到31；工業(yè)和船用燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗刈罡哌_(dá)1200℃左右，航空燃?xì)廨啓C(jī)的超過(guò)1350℃。

中國(guó)在公元十二世紀(jì)的南宋高宗年間就已有走馬燈的記載，它是渦輪機(jī)(透平)的雛形。15世紀(jì)末，意大利人列奧納多·達(dá)芬奇設(shè)計(jì)出煙氣轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其原理與走馬燈相同。至17世紀(jì)中葉，透平原理在歐洲得到了較多應(yīng)用。

1791年，英國(guó)人巴伯首次描述了燃?xì)廨啓C(jī)的工作過(guò)程；1872年，德國(guó)人施托爾策設(shè)計(jì)了一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，并于1900～1904年進(jìn)行了試驗(yàn)，但因始終未能脫開(kāi)起動(dòng)機(jī)獨(dú)立運(yùn)行而失?。?905年，法國(guó)人勒梅爾和阿芒戈制成第一臺(tái)能輸出功的燃?xì)廨啓C(jī)，但效率太低，因而未獲得實(shí)用。

1920年，德國(guó)人霍爾茨瓦特制成第一臺(tái)實(shí)用的燃?xì)廨啓C(jī)，其效率為13%、功率為370千瓦，按等容加熱循環(huán)工作，但因等容加熱循環(huán)以斷續(xù)爆燃的方式加熱，存在許多重大缺點(diǎn)而被人們放棄。

隨著空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，人們掌握了壓氣機(jī)葉片中氣體擴(kuò)壓流動(dòng)的特點(diǎn)，解決了設(shè)計(jì)高效率軸流式壓氣機(jī)的問(wèn)題，因而在30年代中期出現(xiàn)了效率達(dá)85%的軸流式壓氣機(jī)。與此同時(shí)，透平效率也有了提高。在高溫材料方面，出現(xiàn)了能承受600℃以上高溫的鉻鎳合金鋼等耐熱鋼，因而能采用較高的燃?xì)獬鯗?，于是等壓加熱循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)終于得到成功的應(yīng)用。

1939年，在瑞士制成了四兆瓦發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)，效率達(dá)18%。同年，在德國(guó)制造的噴氣式飛機(jī)試飛成功，從此燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段，并開(kāi)始迅速發(fā)展。

隨著高溫材料的不斷進(jìn)展，以及透平采用冷卻葉片并不斷提高冷卻效果，燃?xì)獬鯗刂鸩教岣?，使燃?xì)廨啓C(jī)效率不斷提高。單機(jī)功率也不斷增大，在70年代中期出現(xiàn)了數(shù)種100兆瓦級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)，最高能達(dá)到130兆瓦。

與此同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。1941年瑞士制造的第一輛燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)車通過(guò)了試驗(yàn)；1947年，英國(guó)制造的第一艘裝備燃?xì)廨啓C(jī)的艦艇下水，它以1.86兆瓦的燃?xì)廨啓C(jī)作加力動(dòng)力；1950年，英國(guó)制成第一輛燃?xì)廨啓C(jī)汽車。此后，燃?xì)廨啓C(jī)在更多的部門中獲得應(yīng)用。

在燃?xì)廨啓C(jī)獲得廣泛應(yīng)用的同時(shí)，還出現(xiàn)了燃?xì)廨啓C(jī)與其他熱機(jī)相結(jié)合的復(fù)合裝置。最早出現(xiàn)的是與活塞式內(nèi)燃機(jī)相結(jié)合的裝置；50～60年代，出現(xiàn)了以自由活塞發(fā)氣機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)組成的自由活塞燃?xì)廨啓C(jī)裝置，但由于笨重和系統(tǒng)較復(fù)雜，到70年代就停止了生產(chǎn)。此外，還發(fā)展了柴油機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)復(fù)合裝置；另有一類利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣熱量供熱(或蒸汽)的全能量系統(tǒng)，可有效地節(jié)約能源，已用于多種工業(yè)生產(chǎn)中。

目前，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)已普及我國(guó)各大熱電廠。但是，燃?xì)廨啓C(jī)在使用過(guò)程中必須面對(duì)的維護(hù)問(wèn)題并不樂(lè)觀。由于天然氣的潔凈程度未必得到有效控制，天然氣中的雜質(zhì)很容易在壓氣室積聚，甚至腐蝕基體金屬。很多時(shí)候使用廠家在引入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒前必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾工序。盡管經(jīng)過(guò)過(guò)濾，壓氣室依然存在雜質(zhì)積聚和基體金屬腐蝕的現(xiàn)象。因此，燃?xì)廨啓C(jī)必須定期清洗。否則，燃?xì)廨啓C(jī)的效率會(huì)逐漸降低，同時(shí)影響使用壽命。然而，傳統(tǒng)的高壓氣體和高壓水沖洗效果并不顯著。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，這種情況是無(wú)可奈何的。然而，最近世界化學(xué)品供應(yīng)商巨頭CHEMETALL研發(fā)出針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)清洗劑可以在不腐蝕基體金屬不拆卸的前提下進(jìn)行有效清洗。據(jù)說(shuō)，國(guó)外的電廠有部分已經(jīng)使用，而且效果顯著。

燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí) ：可以滿足幾乎一切包括辦公大樓、醫(yī)院、學(xué)校、商店的建筑物的用電需求。 渦輪發(fā)電機(jī)出來(lái)的廢氣是吸收式制冷機(jī)的理想熱源，被用來(lái)制冷、采暖和提供衛(wèi)生熱水。因?yàn)橥济弘姀S的廢氣相比，其廢氣的雜質(zhì)、含硫量均很低，其次最為顯著的是其含氧量較高，可達(dá)15%以上，可以作為直燃機(jī)的助燃空氣，進(jìn)行第二次燃燒。 燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)通常被用作在夏季電力尖峰時(shí)的調(diào)峰。然而，由于夏季氣溫很高，導(dǎo)致了燃?xì)廨啓C(jī)的出力嚴(yán)重不足，效率降低。因此，溴化鋰制冷機(jī)通過(guò)利用渦輪發(fā)電機(jī)的排氣制冷來(lái)冷卻渦輪發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣，則可以大大提高渦輪發(fā)電機(jī)的出力和效率。目前已被證明是非常有效的節(jié)能方式。 渦輪發(fā)電機(jī)通常由透平、變速箱、發(fā)電機(jī)、進(jìn)氣增壓器、排氣系統(tǒng)組成。 渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)按其流程的不同，分為：聯(lián)合循環(huán)、簡(jiǎn)單循環(huán)和前置循環(huán)。聯(lián)合循環(huán)通常由余熱鍋爐回收燃?xì)廨啓C(jī)的排氣產(chǎn)生蒸汽，再驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，或直接提供蒸汽，是新建電廠的常見(jiàn)流程。 溴化鋰吸收式制冷機(jī)可以通過(guò)回收燃?xì)廨啓C(jī)或余熱鍋爐的排氣余熱或余熱鍋爐的中、低壓蒸汽進(jìn)行制冷，實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)合循環(huán)。

《鐵道科學(xué)技術(shù)名詞》第一版。 2100433B 解讀詞條背后的知識(shí)

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    2021-06-300
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    2021-04-090

1903年，GE公司成功開(kāi)發(fā)了當(dāng)時(shí)世界上功率最大的5000千瓦蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)安裝在位于芝加哥愛(ài)迪生大道的發(fā)電站，用于取代活塞式往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置。GE公司開(kāi)發(fā)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)與原先的活塞式往復(fù)發(fā)電裝置相比，體積僅是其1/10，重量是其1/8，發(fā)電成本是其1/3，GE公司在馬薩諸塞州東北部的林恩工廠設(shè)立了蒸汽渦輪研究部， 開(kāi)始了蒸汽渦輪技術(shù)和產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)與工程應(yīng)用業(yè)務(wù)。從此，GE公司的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)占領(lǐng)了全美國(guó)的發(fā)電市場(chǎng)。

整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件（渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、循環(huán)泵是同軸的），無(wú)金屬摩擦，無(wú)需潤(rùn)滑；發(fā)電機(jī)無(wú)電刷，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組；燃燒器是防風(fēng)的，風(fēng)速為180Km/h也能正常工作。

這種發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，平均無(wú)故障間隔時(shí)間（MTBF）為20000小時(shí)；維護(hù)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)（20年）；其缺點(diǎn)是耗油量大，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)（約為20-30min）。

燃料可選用汽油、柴油、酒精或天然氣。