透平的原理和結(jié)構(gòu)

關(guān)于透平的原理和結(jié)構(gòu)第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月燃氣透平是燃氣輪機的另一主要部件，它的功能是把高溫、高壓燃氣中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，約3/5～2/3用以帶動壓氣機壓縮空氣，其余的則作為燃氣輪機的輸出功率以帶動負載。目前，大量應(yīng)用的是軸流式透平，其特點是功率大、流量大、效率高。第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一節(jié)燃氣透平的工作原理

當(dāng)高溫高壓的燃氣流過透平靜葉（噴嘴）時，由于靜葉流道是收斂型的，在亞音速流動的情況下，就可以使氣流加速，相應(yīng)地燃氣的壓力和溫度卻會逐漸下降。當(dāng)這股具有相當(dāng)速度的燃氣以一定的方向噴射到工作輪上的動葉流道中去時，就會在動葉片上產(chǎn)生切向分力Fu，從而推動工作葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，并使燃氣速度下降，在這個過程中，燃氣就把部分能量轉(zhuǎn)交給了工作葉輪，使葉輪在高速旋轉(zhuǎn)中對外界作出機械功。第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一節(jié)燃氣透平的工作原理一、透平級的速度三角形在透平中完成能量轉(zhuǎn)換的基本單元則是單級透平，簡稱為級。級由一列靜葉和一列動葉串聯(lián)組成，多級透平則是各單級按氣流流動方向串列構(gòu)成。第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一節(jié)燃氣透平的工作原理二、工作葉輪對外界所作的外功第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、透平級中工質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系

第一節(jié)燃氣透平的工作原理第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

相對于壓氣機來說，透平的一個顯著不同是工作氣體溫度高。因而，透平在結(jié)構(gòu)上還應(yīng)滿足下面一些要求。（1）承受高的溫度。（2）承受熱應(yīng)力和熱沖擊。（3）保持熱對中。

第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)

第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、靜子

透平靜子由氣缸、靜葉及支承和傳力系統(tǒng)等組成。是透平中靜止的部件。第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）氣缸和壓氣機氣缸一樣，透平氣缸也是整臺機組的承力骨架，承受機組的重量、燃氣的內(nèi)壓力及其他的作用力。透平氣缸包括氣缸本體和排氣缸兩部分。第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1．透平氣缸本體透平氣缸設(shè)計中的一個重要問題，是使其與高溫燃氣相隔絕，以較多的降低其工作溫度。這樣做的好處是，減少氣缸的熱膨脹量，有利于葉片頂部徑向間隙的控制；減少對氣缸的熱沖擊及熱應(yīng)力，有利于機組的快速啟動；可用較差的材料等。

第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2．透平排氣缸透平排氣缸包括框架和排氣擴壓器兩部分。第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)（二）靜葉透平靜葉又稱噴嘴，它的作用是使高溫燃氣在其中膨脹加速，把燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能，然后推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)作功。第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)

透平靜葉被高溫燃氣包圍著。工作條件是很惡劣的。特別是第一級靜葉，所接觸的燃氣溫度最高，且溫差最大。在啟動和停機時，又是受到熱沖擊最厲害的零件。因此，對靜葉設(shè)計的要求為：①耐高溫、耐熱腐蝕；②耐熱沖擊；③熱應(yīng)力??；④足夠的剛度和強度。

第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)MS9001E透平采用的靜葉組，一級靜葉為兩葉組共18個扇段，即36片靜葉，二級靜葉為三葉組，共16個扇段，即48片靜葉，三級靜葉為四葉組，共16個扇段，即64片靜葉。第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)（三）靜葉及靜葉環(huán)的固定1.直接固定在氣缸上第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)2.采用持環(huán)和護環(huán)的結(jié)構(gòu)第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)3.靜葉內(nèi)環(huán)的固定第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子透平轉(zhuǎn)子是透平轉(zhuǎn)動部分的總稱，由透平輪盤、透平軸、工作葉片及聯(lián)接件等組成。（一）輪盤1.焊接轉(zhuǎn)子第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)2.螺栓連接的轉(zhuǎn)子第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)

圖為GE公司透平的外圍拉桿轉(zhuǎn)子，透平轉(zhuǎn)子由下列部件組成：兩根透平軸，一、二、三級透平葉輪和兩個透平定距環(huán)塊，葉輪上的動葉等。第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)（二）動葉透平動葉的作用是把高溫燃氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機械功。

第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)1.葉身就透平自身的葉型來說，分為沖動級和反動級。故沖動級要比反動級的葉片更為厚實、折轉(zhuǎn)角更大。兩者葉型的比較見圖第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2．葉頂（1）無葉冠的動葉。第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）帶冠的動葉。

第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3．葉根在燃氣透平的動葉中，廣泛采用的是樅樹形的葉根。樅樹形葉根是一種對稱的多齒葉根，左右對稱齒之間的距離往下逐漸減小呈楔形。它與輪盤上的根槽之間是有間隙的松配合。

第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月樅樹形葉根有著下述一些優(yōu)點：（1）多對齒承力，強度好，承載能力大；（2）葉根形狀單楔形，接近于等強度，材料利用合理；（3）尺寸緊湊，連接重量最輕，在相同直徑的輪緣上可安裝較多的葉片；（4）與輪盤根槽為間隙配合，是松裝結(jié)構(gòu)，在離心力作用下能自動定心，使葉根各部分受力趨于均勻；（5）由于是間隙配合，葉根與輪緣均能自由熱膨脹。同時可從間隙中通過冷卻空氣對葉根及輪緣進行有效的冷卻；（6）拆裝方便。

第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月樅樹形葉根齒與葉身的連接結(jié)構(gòu)見圖

第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

長柄葉根有下述顯著的優(yōu)點：（1）減少了葉片對輪盤的傳熱，在配合以空氣冷卻后效果更為顯著，使葉根齒與輪緣的溫度大為降低，并使溫度趨于均勻而減少了熱應(yīng)力。（2）改善了第一對齒的承載條件及葉根應(yīng)力分布的不均勻程度。（3）合理地使用材料。

第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4．葉片的固定工作葉片在盤上槽向固定方式通常有如下幾種。第二節(jié)燃氣透平的結(jié)構(gòu)第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

提高燃氣初溫，可以通過不同的途徑來實現(xiàn)：①對高溫部件選用超級熱強臺金材料；②對這些部件，采用冷卻第三節(jié)燃氣透平零部件的冷卻第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、冷卻介質(zhì)1.開式空氣冷卻2.閉式蒸汽冷卻透平各部件冷卻的幾種方式。第三節(jié)燃氣透平零部件的冷卻第32頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、葉片的冷卻方式1.對流冷卻2.沖擊冷卻3.氣膜冷卻第三節(jié)燃氣透平零部件的冷卻第33頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、轉(zhuǎn)于的冷卻方式透平的轉(zhuǎn)子，一般都要采取冷卻措施來改善它的工作條件。特別是應(yīng)力和溫度分布復(fù)雜的輪線部分，尤其要精心組織冷卻氣流和采取將高溫燃氣與轉(zhuǎn)子隔開的措施。第三節(jié)燃氣透平零部件的冷卻第34頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月