透平的原理和結(jié)構(gòu)

關(guān)于透平的原理和結(jié)構(gòu)燃?xì)馔钙绞侨細(xì)廨啓C(jī)的另一主要部件，它的功能是把高溫、高壓燃?xì)庵械哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，約3/5～2/3用以帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣，其余的則作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率以帶動(dòng)負(fù)載。目前，大量應(yīng)用的是軸流式透平，其特點(diǎn)是功率大、流量大、效率高。第2頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第一節(jié)燃?xì)馔钙降墓ぷ髟?/p>

當(dāng)高溫高壓的燃?xì)饬鬟^(guò)透平靜葉（噴嘴）時(shí)，由于靜葉流道是收斂型的，在亞音速流動(dòng)的情況下，就可以使氣流加速，相應(yīng)地燃?xì)獾膲毫蜏囟葏s會(huì)逐漸下降。當(dāng)這股具有相當(dāng)速度的燃?xì)庖砸欢ǖ姆较驀娚涞焦ぷ鬏喩系膭?dòng)葉流道中去時(shí)，就會(huì)在動(dòng)葉片上產(chǎn)生切向分力Fu，從而推動(dòng)工作葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，并使燃?xì)馑俣认陆?，在這個(gè)過(guò)程中，燃?xì)饩桶巡糠帜芰哭D(zhuǎn)交給了工作葉輪，使葉輪在高速旋轉(zhuǎn)中對(duì)外界作出機(jī)械功。第3頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第一節(jié)燃?xì)馔钙降墓ぷ髟硪?、透平?jí)的速度三角形在透平中完成能量轉(zhuǎn)換的基本單元?jiǎng)t是單級(jí)透平，簡(jiǎn)稱為級(jí)。級(jí)由一列靜葉和一列動(dòng)葉串聯(lián)組成，多級(jí)透平則是各單級(jí)按氣流流動(dòng)方向串列構(gòu)成。第4頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第一節(jié)燃?xì)馔钙降墓ぷ髟矶?、工作葉輪對(duì)外界所作的外功第5頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

三、透平級(jí)中工質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系

第一節(jié)燃?xì)馔钙降墓ぷ髟淼?頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

相對(duì)于壓氣機(jī)來(lái)說(shuō)，透平的一個(gè)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(duì)中。

第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)

第7頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、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?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第8頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）氣缸和壓氣機(jī)氣缸一樣，透平氣缸也是整臺(tái)機(jī)組的承力骨架，承受機(jī)組的重量、燃?xì)獾膬?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?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第9頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第10頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1．透平氣缸本體透平氣缸設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題，是使其與高溫燃?xì)庀喔艚^，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(duì)氣缸的熱沖擊及熱應(yīng)力，有利于機(jī)組的快速啟動(dòng)；可用較差的材料等。

第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第11頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．透平排氣缸透平排氣缸包括框架和排氣擴(kuò)壓器兩部分。第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第12頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)（二）靜葉透平靜葉又稱噴嘴，它的作用是使高溫燃?xì)庠谄渲信蛎浖铀伲讶細(xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，然后推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)作功。第13頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)

透平靜葉被高溫燃?xì)獍鼑?。工作條件是很惡劣的。特別是第一級(jí)靜葉，所接觸的燃?xì)鉁囟茸罡?，且溫差最大。在啟?dòng)和停機(jī)時(shí)，又是受到熱沖擊最厲害的零件。因此，對(duì)靜葉設(shè)計(jì)的要求為：①耐高溫、耐熱腐蝕；②耐熱沖擊；③熱應(yīng)力?。虎茏銐虻膭偠群蛷?qiáng)度。

第14頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)MS9001E透平采用的靜葉組，一級(jí)靜葉為兩葉組共18個(gè)扇段，即36片靜葉，二級(jí)靜葉為三葉組，共16個(gè)扇段，即48片靜葉，三級(jí)靜葉為四葉組，共16個(gè)扇段，即64片靜葉。第15頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(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(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)2.采用持環(huán)和護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)第17頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)3.靜葉內(nèi)環(huán)的固定第18頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子透平轉(zhuǎn)子是透平轉(zhuǎn)動(dòng)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(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)2.螺栓連接的轉(zhuǎn)子第20頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(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(jí)透平葉輪和兩個(gè)透平定距環(huán)塊，葉輪上的動(dòng)葉等。第21頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)（二）動(dòng)葉透平動(dòng)葉的作用是把高溫燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械功。

第22頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)1.葉身就透平自身的葉型來(lái)說(shuō)，分為沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)。故沖動(dòng)級(jí)要比反動(dòng)級(jí)的葉片更為厚實(shí)、折轉(zhuǎn)角更大。兩者葉型的比較見(jiàn)圖第23頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．葉頂（1）無(wú)葉冠的動(dòng)葉。第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第24頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）帶冠的動(dòng)葉。

第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第25頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．葉根在燃?xì)馔钙降膭?dòng)葉中，廣泛采用的是樅樹形的葉根。樅樹形葉根是一種對(duì)稱的多齒葉根，左右對(duì)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?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第26頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天樅樹形葉根有著下述一些優(yōu)點(diǎn)：（1）多對(duì)齒承力，強(qiáng)度好，承載能力大；（2）葉根形狀單楔形，接近于等強(qiáng)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(dòng)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(shí)可從間隙中通過(guò)冷卻空氣對(duì)葉根及輪緣進(jìn)行有效的冷卻；（6）拆裝方便。

第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第27頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天樅樹形葉根齒與葉身的連接結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖

第二節(jié)燃?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第28頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

長(zhǎng)柄葉根有下述顯著的優(yōu)點(diǎn)：（1）減少了葉片對(duì)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(duì)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?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第29頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天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?xì)馔钙降慕Y(jié)構(gòu)第30頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

提高燃?xì)獬鯗?，可以通過(guò)不同的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：①對(duì)高溫部件選用超級(jí)熱強(qiáng)臺(tái)金材料；②對(duì)這些部件，采用冷卻第三節(jié)燃?xì)馔钙搅悴考睦鋮s第31頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、冷卻介質(zhì)1.開(kāi)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?xì)馔钙搅悴考睦鋮s第32頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、葉片的冷卻方式1.對(duì)流冷卻2.沖擊冷卻3.氣膜冷卻第三節(jié)燃?xì)馔钙搅悴考睦鋮s第33頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、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(lái)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?xì)馀c轉(zhuǎn)子隔開(kāi)的措施。第三節(jié)燃?xì)馔钙搅悴考睦鋮s第34頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

目前在透平的轉(zhuǎn)子中，常用的