燃氣輪機12-PPT課件

1、第三章 燃氣渦輪概述（功能、分類、基本結(jié)構等）；軸流式燃氣渦輪的工作原理；輪周功、輪周效率、速度比；多級渦輪；渦輪特性；燃氣渦輪的冷卻。多級渦輪一般為多級軸流式渦輪（25級）分為速度多級渦輪和壓力多級渦輪速度級渦輪（沖動式）整個渦輪的等熵焓降均在噴嘴中被轉(zhuǎn)換成氣體的動能，而在工作動葉柵中僅發(fā)生絕對速度降低、將動能轉(zhuǎn)化為機械功。噴嘴中：H1s=Hs雙級速度級渦輪簡圖多級速度級渦輪的最高效率比單級沖動式渦輪的要低得多。原因：氣流速度高且流動阻力增加。雙級速度級渦輪簡圖壓力級渦輪（反動式）由一系列反動式渦輪級串聯(lián)組成。每一級都有壓力降，渦輪中壓力逐級降低；氣流絕對速度在每一級噴嘴中得到提高，而在每一

2、級工作葉柵中得到利用。余速損失較少，效率比單級的高。應用較多。三級壓力級渦輪簡圖六、多級渦輪的基本參數(shù)（壓力級）多級壓力級渦輪的基本參數(shù)1、膨脹比T*2渦輪的軸功率 （1）內(nèi)功率NT渦輪內(nèi)功LT為各級軸功之和內(nèi)功率（軸功率）或者： 或 (2)有效功率 3渦輪的效率T* （絕熱膨脹效率）假設各級的級效率相等由于重熱，多級渦輪的效率比單級效率要高。渦輪重熱系數(shù) 注意:重熱效應回收的摩擦熱僅僅是流動阻力損失的一小部分，所以流動阻力增加總是導致渦輪效率降低的。七、多級軸流式渦輪的通流部分型式在軸流式渦輪中，隨著氣流壓力沿流程逐級下降，氣流密度也逐級減小。根據(jù)連續(xù)性方程G=Acx可知，這將導致氣流軸向分

3、速cx增加，或者通流面積A增加。一般同時采用逐級增加軸向分速和葉片高度的辦法。 多級軸流式渦輪的通流部分逐級漸擴。三種型式Dt=constDm=const等外徑等內(nèi)徑等平均直徑Dh=const1、等外徑的通流部分結(jié)構：外徑Dt相同 內(nèi)徑Dh和平均直徑Dm則沿流程逐級降低。優(yōu)點：渦輪的徑向尺寸較小，機殼的加工制造方便。缺點：內(nèi)徑較小，葉片較長，葉片扭曲較劇烈。特別是體積流量很大時，葉片更長，受材料強度限制。應用：用于航空和艦船燃氣輪機。 2、等內(nèi)徑的通流部分結(jié)構：內(nèi)徑Dh相同 外徑Dt和平均直徑Dm則沿流程逐級增加。優(yōu)點：葉片高度較小，則葉片扭曲不甚劇烈。 工作葉輪加工方便。缺點：渦輪的徑向尺寸

4、變化劇烈。特別是體積流量變化很大時，易引起氣流脫離，流阻增加。 因外徑Dt逐級增加，機殼加工較繁。應用：地面固定式燃氣輪機。3、等平均直徑的通流部分結(jié)構：平均直徑Dh相同 外徑Dt逐級增加，內(nèi)徑Dh逐級減小。優(yōu)缺點：介入以上二者之間 葉片扭曲不甚劇烈；渦輪的徑向尺寸變化不太劇烈。 應用：渦輪通流部分的擴張角不大，廣泛應用。3-3 渦輪特性設計工況：渦輪級的通流部分形狀和各級葉片的幾何參數(shù)，均與設計工況的氣流速度三角形一致能保證氣流繞流葉片時不致于產(chǎn)生撞擊和分離。變工況：在不同條件下的實際運行工況，往往會偏離設計工況，在變工況下工作。一、渦輪的變工況所謂渦輪工況的變化，通常指各工況參數(shù)的變化：(

5、1)轉(zhuǎn)速nT；(2)渦輪級前壓力和溫度（p3*、T3*）等進氣參數(shù)的變化；(3)渦輪級后背壓 （p4）等參數(shù)的變化。會導致各級間的焓降重新分配、速度三角形的變化以及在葉片進口出現(xiàn)沖角等；最終必將引起渦輪級的綜合參數(shù)的變化，如流量、軸功以及效率等性能參數(shù)。渦輪特性研究在非設計工況下，渦輪的性能參數(shù)依從于渦輪工況參數(shù)變化時的規(guī)律性。 流量、功率、效率等轉(zhuǎn)速、進氣參數(shù)、背壓等渦輪的變工況舉例渦輪變工況時，噴嘴出口氣流角1變化很小，但葉輪的氣流進氣角1變化可能很大，而動葉片幾何進氣角1c不變沖角i = 1c-1發(fā)生變化氣流進入工作葉柵時，會發(fā)生撞擊和分離，沖角愈大愈嚴重。渦輪變工況時，速度比u/c1會

6、變化（一）出現(xiàn)正沖角i0 （1） 氣流撞擊葉腹前緣； 在葉背引起旋渦和分離。（二）出現(xiàn)負沖角i0 （1） 氣流撞擊葉背前緣； 在葉腹引起旋渦和分離。流阻增加，渦輪效率下降。用特性曲線定量估算這種影響。u/c1 u/c1 工作葉片表面(或噴嘴出口處)引起旋渦和分離二、渦輪特性線的表示方法通常采用相似參數(shù)來繪制，以相似參數(shù)為坐標繪制的特性線為通用特性，不受具體參數(shù)變化的影響。渦輪特性的表示 或者一般三、渦輪級的特性線T*(T*)maxT*(T*)最佳臨界壓比(氣流速度達到當?shù)匾羲?效率特性流量特性特性曲線的變化特點流量特性線當轉(zhuǎn)速不變，膨脹比T*達到臨界比值時，流量達到最大值。若繼續(xù)增大T* 值，

7、則最大流量值保持不變，級的通流部分出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。在相同的膨脹比下，轉(zhuǎn)速降低，會使流量有所增加，但影響相當小。T*(T*)maxT*(T*)最佳臨界壓比(氣流速度達到當?shù)匾羲?效率特性流量特性效率特性線在一定的轉(zhuǎn)速下，與最佳速度比相對應的膨脹比(T*)為最佳，渦輪效率最高。當膨脹比增加或減少時，都使速度比偏離最佳值，導致流阻增大，效率下降。轉(zhuǎn)速降低時，效率曲線向膨脹比減小的方向移動，相應的最高效率也有所減小。T*(T*)maxT*(T*)最佳臨界壓比(氣流速度達到當?shù)匾羲?效率特性流量特性四、多級渦輪的特性線與渦輪級特性非常相似，但具有以下特點：、多級渦輪的總膨脹比變化時，對第一級噴嘴工作的影響

8、最小，而對最后一級工作葉柵的影響最大。、當多級渦輪的總膨脹比不變時，轉(zhuǎn)速參數(shù)的變化對各級膨脹比的分配影響很小。渦輪總膨脹比變化時的影響當膨脹比小于設計值時，各級膨脹比均會減?。?最后一級的膨脹比減小得最多； 而第一級噴嘴的膨脹比減小得最少。當膨脹比大于設計值時，各級膨脹比和cx均增加 ： 最后一級工作葉柵的膨脹比增加得最多； 而第一級噴嘴的膨脹比增加得最少。 cx增加直到渦輪出口處cx達到當?shù)匾羲贋橹?其他各級cx均小于當?shù)匾羲?。膨脹?T*軸向分速 cx3-4 軸流式透平與軸流式壓氣機的比較在工作原理、葉柵結(jié)構方面的比較自學內(nèi)容 P94-96改錯：P94 L=u(c1u+c2u)=(c12-

9、c22)/2P95 2個速度三角形中u的方向標注 1 2 轉(zhuǎn)折角 LcLcs 第四章 軸流式壓氣機 與軸流式透平的基本結(jié)構自學內(nèi)容 P97-115重點：4-3 燃氣渦輪的冷卻4-3 燃氣渦輪的冷卻提高燃氣初溫是提高燃氣輪機性能最關鍵的因素。著重研究葉輪和葉片的冷卻問題： 工作葉輪的應力最大； 葉片承受的溫度最高。 一、葉輪的冷卻葉輪的冷卻是靠壓氣機出口或從中間級抽出來的空氣進行冷卻的。冷卻方式兩類：第一類：葉輪間隙吹風冷卻（a） 冷卻效果好，但易阻塞。第二類：輪面吹風冷卻（b） 安全可靠，但對葉根和輪緣的冷卻效果較差。加裝導流罩均被廣泛應用。 所有燃氣輪機均已采用葉輪冷卻輪緣葉根輪面動葉平臺表面300-400 二、葉片的冷卻非常復雜：葉片整個浸浴在高溫燃氣中，無法實現(xiàn)外部冷卻；葉片本身尺寸小，形狀也比較復雜，內(nèi)部冷卻復雜。分類：按冷卻介質(zhì)分： 氣冷：壓氣機的高壓空氣；廣泛應用。 液冷：水、氟里昂、液態(tài)金屬等，結(jié)構復雜， 易過冷或過熱；應用較少?！鞍l(fā)散”冷卻按冷卻方式分：內(nèi)部冷卻（又稱對流冷