中国战略性新兴产业研究与发展·燃气轮机
目录
CONTENTS
序言
前言
编写说明
第1章.绪论.1
1.1.燃气轮机的特点、组成及基本工作原理.2
1.1.1.燃气轮机的特点.2
1.1.2.燃气轮机的组成及基本工作原理.3
1.2.燃气轮机的类型.5
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序言
前言
编写说明
第1章.绪论.1
1.1.燃气轮机的特点、组成及基本工作原理.2
1.1.1.燃气轮机的特点.2
1.1.2.燃气轮机的组成及基本工作原理.3
1.2.燃气轮机的类型.5
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方宇 教授级高级工程师，东方汽轮机有限公司副总经理，中央企业创新团队负责人，四川省科技工作者，四川省有突出贡献专家，享受国务院政府特殊津贴。长期扎根基层从事汽轮机和燃气轮机研制工作，拥有深厚的技术沉淀，先后荣获国家科技进步奖二等奖1项，省部级科技奖项7项，发表学术论文、专著10余篇，已授权发明专利27项。承担了包括 “973”课题在内的多项、省级重大科研项目：主持研发的世界首台超超临界1000MW空冷汽轮机、国内首台二次再热汽轮机机组，性能指标达到世界先进水平；主持CAP1400半速饱和蒸汽汽轮发电机组轴系特性研究及轴承设计，为华龙一号的产出奠定了坚实基础；主持研制国内首台完全自主知识产权的F级50MW重型燃气轮机。这些关键核心产品和“卡脖子”技术的突破，为我国清洁能源事业发展做出了重要贡献。
本书主要对燃气功轮机的产业发展现状、产业应用现况、国内外情况对比、产品发展趋势等进行全面、系统的分析研究，提出产品应用与细分领域各自目标，进而提出实现整体目标的措施与方案，进而形成产业的发展路线图，对于行业的未来发展具有一定的指导意义。
目录
CONTENTS
序言
前言
编写说明
第1章.绪论.1
1.1.燃气轮机的特点、组成及基本工作原理.2
1.1.1.燃气轮机的特点.2
1.1.2.燃气轮机的组成及基本工作原理.3
1.2.燃气轮机的类型.5
1.2.1.按热力循环分类.5
1.2.2.按设计体系分类.6
1.2.3.按燃烧温度等级分类.7
1.3.燃气轮机的发展历史.7
1.3.1.国际燃气轮机的发展历史.7
1.3.2.我国燃气轮机的发展历史10
1.4.燃气轮机的应用13
1.5.燃气轮机技术现状及发展趋势14
1.5.1.世界技术现状14
1.5.2.我国技术现状14
1.5.3.燃气轮机技术发展趋势16
第2章.燃气轮机总体19
2.1.燃气轮机的循环20
2.1.1.燃气轮机的简单循环20
2.1.2.燃气轮机的复杂循环21
2.2.燃气轮机性能分析24
2.2.1.燃气轮机的性能指标24
2.2.2.理想简单循环性能分析26
2.2.3.部件损失等参数对循环性能的影响29
2.3.燃气轮机总体结构及特点36
2.3.1.燃气轮机总体结构36
2.3.2.燃气轮机模块特点38
2.4.燃气轮机总体设计40
2.4.1.热力计算具体方法40
2.4.2.燃气轮机总体设计实例44
2.5.燃气轮机联合循环56
2.5.1.燃气-蒸汽联合循环56
2.5.2.整体煤气化联合循环57
第3章.压气机59
3.1.压气机的主要功能60
3.2.压气机气动设计概述61
3.2.1.压气机气动设计的基本流程61
3.2.2.影响级压比的主要因素61
3.2.3.基元叶型63
3.3.压气机特性65
3.3.1.特性的产生65
3.3.2.特性上的关键状态68
3.4.压气机气动设计示例71
3.4.1.压气机一维设计71
3.4.2.压气机二维设计73
3.4.3.压气机叶型设计75
3.4.4.压气机三维CFD分析75
3.4.5.压气机的喘振特性77
3.5.压气机叶片强度振动设计概述78
3.5.1.压气机静叶片和动叶片结构78
3.5.2.叶片强度分析79
3.5.3.叶片振动分析83
3.5.4.叶片颤振分析86
第4章.燃烧室89
4.1.燃烧室的基本工作原理与结构90
4.1.1.燃烧室的基本工作原理90
4.1.2.燃烧室的结构91
4.1.3.燃烧室的类型96
4.2.燃烧室设计概述.100
4.2.1.燃烧室概念设计.101
4.2.2.燃烧室关键部件气动设计.102
4.2.3.燃烧室冷却设计.106
4.3.高效低污染燃烧技术.106
4.3.1.贫预混燃烧.107
4.3.2.催化燃烧.108
4.3.3.RQL燃烧108
4.3.4.变几何燃烧室.109
4.3.5.分级燃烧.110
4.3.6.柔和燃烧.111
4.3.7.驻涡燃烧.111
4.3.8.增压燃烧.112
4.3.9. 高效低污染燃烧技术的应用112
第5章.透平.115
5.1.透平的基本原理及功能.116
5.1.1.燃气轮机透平的基本概念.116
5.1.2.用于描述透平气动热力过程的基本方程.117
5.1.3.透平级的速度三角形.118
5.1.4.损失及效率的定义.120
5.2.透平气动设计概述.122
5.2.1.透平气动设计流程.122
5.2.2.初始方案设计.123
5.2.3.通流方案设计.125
5.2.4.叶型设计.125
5.3.透平气动设计示例.127
5.3.1.透平一维设计.127
5.3.2.透平二维设计.129
5.3.3.透平叶型设计.130
5.3.4.透平三维CFD分析.130
5.4.透平叶片冷却.131
5.4.1.内部冷却.131
5.4.2.气膜冷却.133
5.4.3.典型叶片冷却结构.134
5.5.透平叶片强度振动设计概述.135
5.5.1.叶片和轮盘的结构.135
5.5.2.叶片强度分析.136
5.5.3.叶片振动分析.145
5.5.4.叶片蠕变分析.147
5.5.5.叶片低周疲劳寿命分析.149
第6章.转子.153
6.1.燃气轮机转子类型及结构.154
6.1.1.中心拉杆组合式转子（西门子V94.3A和
SGT5-8000H）.154
6.1.2.周向拉杆组合式转子（东汽G50）155
6.1.3.周向拉杆组合式转子（三菱M701F）157
6.2.燃气轮机转子结构强度设计概述.159
6.2.1.等厚度轮盘应力分析.159
6.2.2.燃气轮机转子轮盘应力二维有限元分析和校核.160
6.2.3.燃气轮机转子轮盘应力三维有限元分析和校核.162
6.2.4.燃气轮机转子强度校核方法.163
6.3.转子动力学设计概述.165
6.3.1.拉杆组合式转子动力学模型.168
6.3.2.燃气轮机气缸动刚度计算.171
6.3.3.转子叶片断裂突加不平衡的瞬态响应分析.172
6.3.4.燃气轮机轴系扭振特性分析.174
6.4.二次空气系统.177
6.4.1.二次空气系统概述.177
6.4.2.二次空气系统的主要功能.178
第7章.辅助系统.179
7.1.燃料供应系统.180
7.1.1.气体燃料供应系统.180
7.1.2. 液体燃料供应系统184
7.2.进、排气系统.185
7.2.1.进气系统.186
7.2.2.进气冷却技术.187
7.2.3.排气系统.189
7.3.润滑油系统.190
7.3.1.润滑油系统的组成及流程.190
7.3.2.润滑油系统的主要部件.192
7.4.起动与盘车系统.199
7.4.1.起动机.199
7.4.2.盘车系统.200
第8章.控制与保护系统.203
8.1.单轴燃气轮机控制系统.204
8.1.1.单轴燃气轮机控制原理概述.204
8.1.2.起动升速控制.206
8.1.3.转速/功率控制.207
8.1.4.排气温度控制.210
8.1.5.压比限制控制.211
8.1.6.功率限制控制.211
8.1.7.IGV控制212
8.2.单轴燃气轮机程序顺控系统.213
8.3.单轴燃气轮机保护系统.214
8.3.1.单轴燃气轮机保护系统概述.214
8.3.2.超速保护.214
8.3.3.超温保护.215
8.3.4.燃烧监测保护.215
8.3.5.热通道温度保护.216
8.3.6.喘振保护.216
8.3.7.振动保护.216
8.3.8.热悬挂监测.216
8.4.单轴燃气轮机停机控制.216
8.4.1.正常停机.216
8.4.2.紧急停机.218
8.5.单轴燃气轮机控制与保护系统示例.220
8.5.1.燃气轮机控制系统示例.220
8.5.2.燃气轮机保护系统示例.225
8.6.分轴燃气轮机控制系统.228
8.6.1.分轴燃气轮机结构带来的控制新问题.228
8.6.2.分轴燃气轮机控制系统的形成.231
8.6.3.动力透平喷嘴可调的分轴燃气轮机控制.233
8.7.多轴燃气轮机控制系统.233
第9章.试验验证技术.237
9.1.燃气轮机测量技术.238
9.1.1.燃气轮机稳态参数测量.238
9.1.2.燃气轮机动态参数测量.241
9.1.3.燃气轮机特种测量技术.243
9.2.压气机试验.247
9.2.1.压气机试验台.247
9.2.2.压气机试验方案.248
9.2.3.压气机试验典型结果.249
9.3.燃烧室试验.252
9.3.1.燃烧室试验台.252
9.3.2.常压试验.254
9.3.3.中、高压试验.255
9.4.透平试验.256
9.4.1.叶栅气动试验.257
9.4.2.透平叶片冷却试验.260
9.4.3.二次空气系统试验.263
9.5.整机试验和验收试验.264
9.5.1.整机试验.264
9.5.2.验收试验.265
第10章.燃气轮机材料、制造与运维技术267
10.1.叶片制造工艺268
10.1.1.叶片结构与材料268
10.1.2.叶片制造技术271
10.2.转子制造工艺277
10.2.1.转子结构与材料277
10.2.2. 转子制造技术.279
10.3.燃烧室制造工艺283
10.3.1.燃烧室结构与材料283
10.3.2.燃烧室制造技术284
10.4.气缸类部件制造工艺286
10.4.1.气缸类部件结构与材料286
10.4.2.气缸类部件制造技术287
10.5.涂层制备与喷涂288
10.5.1.涂层类别288
10.5.2.涂层材料及制备工艺290
10.6.运维技术290
10.6.1.燃气轮机运维概述290
10.6.2.燃气轮机检修内容291
10.6.3.热部件寿命管理294
参考文献.296
^ 收 起
CONTENTS
序言
前言
编写说明
第1章.绪论.1
1.1.燃气轮机的特点、组成及基本工作原理.2
1.1.1.燃气轮机的特点.2
1.1.2.燃气轮机的组成及基本工作原理.3
1.2.燃气轮机的类型.5
1.2.1.按热力循环分类.5
1.2.2.按设计体系分类.6
1.2.3.按燃烧温度等级分类.7
1.3.燃气轮机的发展历史.7
1.3.1.国际燃气轮机的发展历史.7
1.3.2.我国燃气轮机的发展历史10
1.4.燃气轮机的应用13
1.5.燃气轮机技术现状及发展趋势14
1.5.1.世界技术现状14
1.5.2.我国技术现状14
1.5.3.燃气轮机技术发展趋势16
第2章.燃气轮机总体19
2.1.燃气轮机的循环20
2.1.1.燃气轮机的简单循环20
2.1.2.燃气轮机的复杂循环21
2.2.燃气轮机性能分析24
2.2.1.燃气轮机的性能指标24
2.2.2.理想简单循环性能分析26
2.2.3.部件损失等参数对循环性能的影响29
2.3.燃气轮机总体结构及特点36
2.3.1.燃气轮机总体结构36
2.3.2.燃气轮机模块特点38
2.4.燃气轮机总体设计40
2.4.1.热力计算具体方法40
2.4.2.燃气轮机总体设计实例44
2.5.燃气轮机联合循环56
2.5.1.燃气-蒸汽联合循环56
2.5.2.整体煤气化联合循环57
第3章.压气机59
3.1.压气机的主要功能60
3.2.压气机气动设计概述61
3.2.1.压气机气动设计的基本流程61
3.2.2.影响级压比的主要因素61
3.2.3.基元叶型63
3.3.压气机特性65
3.3.1.特性的产生65
3.3.2.特性上的关键状态68
3.4.压气机气动设计示例71
3.4.1.压气机一维设计71
3.4.2.压气机二维设计73
3.4.3.压气机叶型设计75
3.4.4.压气机三维CFD分析75
3.4.5.压气机的喘振特性77
3.5.压气机叶片强度振动设计概述78
3.5.1.压气机静叶片和动叶片结构78
3.5.2.叶片强度分析79
3.5.3.叶片振动分析83
3.5.4.叶片颤振分析86
第4章.燃烧室89
4.1.燃烧室的基本工作原理与结构90
4.1.1.燃烧室的基本工作原理90
4.1.2.燃烧室的结构91
4.1.3.燃烧室的类型96
4.2.燃烧室设计概述.100
4.2.1.燃烧室概念设计.101
4.2.2.燃烧室关键部件气动设计.102
4.2.3.燃烧室冷却设计.106
4.3.高效低污染燃烧技术.106
4.3.1.贫预混燃烧.107
4.3.2.催化燃烧.108
4.3.3.RQL燃烧108
4.3.4.变几何燃烧室.109
4.3.5.分级燃烧.110
4.3.6.柔和燃烧.111
4.3.7.驻涡燃烧.111
4.3.8.增压燃烧.112
4.3.9. 高效低污染燃烧技术的应用112
第5章.透平.115
5.1.透平的基本原理及功能.116
5.1.1.燃气轮机透平的基本概念.116
5.1.2.用于描述透平气动热力过程的基本方程.117
5.1.3.透平级的速度三角形.118
5.1.4.损失及效率的定义.120
5.2.透平气动设计概述.122
5.2.1.透平气动设计流程.122
5.2.2.初始方案设计.123
5.2.3.通流方案设计.125
5.2.4.叶型设计.125
5.3.透平气动设计示例.127
5.3.1.透平一维设计.127
5.3.2.透平二维设计.129
5.3.3.透平叶型设计.130
5.3.4.透平三维CFD分析.130
5.4.透平叶片冷却.131
5.4.1.内部冷却.131
5.4.2.气膜冷却.133
5.4.3.典型叶片冷却结构.134
5.5.透平叶片强度振动设计概述.135
5.5.1.叶片和轮盘的结构.135
5.5.2.叶片强度分析.136
5.5.3.叶片振动分析.145
5.5.4.叶片蠕变分析.147
5.5.5.叶片低周疲劳寿命分析.149
第6章.转子.153
6.1.燃气轮机转子类型及结构.154
6.1.1.中心拉杆组合式转子（西门子V94.3A和
SGT5-8000H）.154
6.1.2.周向拉杆组合式转子（东汽G50）155
6.1.3.周向拉杆组合式转子（三菱M701F）157
6.2.燃气轮机转子结构强度设计概述.159
6.2.1.等厚度轮盘应力分析.159
6.2.2.燃气轮机转子轮盘应力二维有限元分析和校核.160
6.2.3.燃气轮机转子轮盘应力三维有限元分析和校核.162
6.2.4.燃气轮机转子强度校核方法.163
6.3.转子动力学设计概述.165
6.3.1.拉杆组合式转子动力学模型.168
6.3.2.燃气轮机气缸动刚度计算.171
6.3.3.转子叶片断裂突加不平衡的瞬态响应分析.172
6.3.4.燃气轮机轴系扭振特性分析.174
6.4.二次空气系统.177
6.4.1.二次空气系统概述.177
6.4.2.二次空气系统的主要功能.178
第7章.辅助系统.179
7.1.燃料供应系统.180
7.1.1.气体燃料供应系统.180
7.1.2. 液体燃料供应系统184
7.2.进、排气系统.185
7.2.1.进气系统.186
7.2.2.进气冷却技术.187
7.2.3.排气系统.189
7.3.润滑油系统.190
7.3.1.润滑油系统的组成及流程.190
7.3.2.润滑油系统的主要部件.192
7.4.起动与盘车系统.199
7.4.1.起动机.199
7.4.2.盘车系统.200
第8章.控制与保护系统.203
8.1.单轴燃气轮机控制系统.204
8.1.1.单轴燃气轮机控制原理概述.204
8.1.2.起动升速控制.206
8.1.3.转速/功率控制.207
8.1.4.排气温度控制.210
8.1.5.压比限制控制.211
8.1.6.功率限制控制.211
8.1.7.IGV控制212
8.2.单轴燃气轮机程序顺控系统.213
8.3.单轴燃气轮机保护系统.214
8.3.1.单轴燃气轮机保护系统概述.214
8.3.2.超速保护.214
8.3.3.超温保护.215
8.3.4.燃烧监测保护.215
8.3.5.热通道温度保护.216
8.3.6.喘振保护.216
8.3.7.振动保护.216
8.3.8.热悬挂监测.216
8.4.单轴燃气轮机停机控制.216
8.4.1.正常停机.216
8.4.2.紧急停机.218
8.5.单轴燃气轮机控制与保护系统示例.220
8.5.1.燃气轮机控制系统示例.220
8.5.2.燃气轮机保护系统示例.225
8.6.分轴燃气轮机控制系统.228
8.6.1.分轴燃气轮机结构带来的控制新问题.228
8.6.2.分轴燃气轮机控制系统的形成.231
8.6.3.动力透平喷嘴可调的分轴燃气轮机控制.233
8.7.多轴燃气轮机控制系统.233
第9章.试验验证技术.237
9.1.燃气轮机测量技术.238
9.1.1.燃气轮机稳态参数测量.238
9.1.2.燃气轮机动态参数测量.241
9.1.3.燃气轮机特种测量技术.243
9.2.压气机试验.247
9.2.1.压气机试验台.247
9.2.2.压气机试验方案.248
9.2.3.压气机试验典型结果.249
9.3.燃烧室试验.252
9.3.1.燃烧室试验台.252
9.3.2.常压试验.254
9.3.3.中、高压试验.255
9.4.透平试验.256
9.4.1.叶栅气动试验.257
9.4.2.透平叶片冷却试验.260
9.4.3.二次空气系统试验.263
9.5.整机试验和验收试验.264
9.5.1.整机试验.264
9.5.2.验收试验.265
第10章.燃气轮机材料、制造与运维技术267
10.1.叶片制造工艺268
10.1.1.叶片结构与材料268
10.1.2.叶片制造技术271
10.2.转子制造工艺277
10.2.1.转子结构与材料277
10.2.2. 转子制造技术.279
10.3.燃烧室制造工艺283
10.3.1.燃烧室结构与材料283
10.3.2.燃烧室制造技术284
10.4.气缸类部件制造工艺286
10.4.1.气缸类部件结构与材料286
10.4.2.气缸类部件制造技术287
10.5.涂层制备与喷涂288
10.5.1.涂层类别288
10.5.2.涂层材料及制备工艺290
10.6.运维技术290
10.6.1.燃气轮机运维概述290
10.6.2.燃气轮机检修内容291
10.6.3.热部件寿命管理294
参考文献.296
^ 收 起
方宇 教授级高级工程师，东方汽轮机有限公司副总经理，中央企业创新团队负责人，四川省科技工作者，四川省有突出贡献专家，享受国务院政府特殊津贴。长期扎根基层从事汽轮机和燃气轮机研制工作，拥有深厚的技术沉淀，先后荣获国家科技进步奖二等奖1项，省部级科技奖项7项，发表学术论文、专著10余篇，已授权发明专利27项。承担了包括 “973”课题在内的多项、省级重大科研项目：主持研发的世界首台超超临界1000MW空冷汽轮机、国内首台二次再热汽轮机机组，性能指标达到世界先进水平；主持CAP1400半速饱和蒸汽汽轮发电机组轴系特性研究及轴承设计，为华龙一号的产出奠定了坚实基础；主持研制国内首台完全自主知识产权的F级50MW重型燃气轮机。这些关键核心产品和“卡脖子”技术的突破，为我国清洁能源事业发展做出了重要贡献。
本书主要对燃气功轮机的产业发展现状、产业应用现况、国内外情况对比、产品发展趋势等进行全面、系统的分析研究，提出产品应用与细分领域各自目标，进而提出实现整体目标的措施与方案，进而形成产业的发展路线图，对于行业的未来发展具有一定的指导意义。
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