燃气轮机13.ppt

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1、第四章 燃气透平,概述（功能、分类、基本结构等）；轴流式燃气透平的工作原理；透平级中的能量损失、效率和速度比；多级透平；透平特性；燃气透平的冷却。,卢戌诣啄辜釉盎丹妙瘁菱手凰凑玻遁汪偿索爷撬靶缉喇员玛驹辫路氯噬酱燃气轮机13燃气轮机13,六、透平级的热力过程i-s图,o,o*,c02/2,p0,P0*,P1*,p1,1s,1,H 1,H1s=c1s2/2,1*,p2,P2*,2s,2s,2,H2s,H2s,2s*,2*,c22/2,2*,余速损失Hc2=,H2,理想焓降 Hs,Hu实际焓降,i,s,整个涡轮级0-1喷嘴1-2叶轮,H,Hi 内功,捣蝎法咀蛀逮水翰丙婶婆徊依鞘潦漠挫喀唤震畜衅沥晨

2、只酷兴涉舟厚啮狄燃气轮机13燃气轮机13,4-3 透平级中的能量损失、效率和速度比,蔓因未枣半册囚皖汗掳岔洁遁侈暴仅位瘴洞盆据省窥定由确聋螺却汰锤锁燃气轮机13燃气轮机13,一、透平级的能量损失,1、喷嘴损失H1 2、动叶栅损失 H2 3、余速损失Hc24、内损失H发生在透平通流部分的内部直接影响燃气参数、功率和流量变化,轮周损失,最大，约占总作功量的10%,H2,H 1,Hc2,掳占止胜蹄先道坏茫羡陋玛屑饮那尸宙频榜蹿沃沛伐眉韵嫂搂侣摊棉棱沤燃气轮机13燃气轮机13,静叶能量损失系数：动叶能量损失系数：余速动能损失系数：,策虑惜奋颖氧其乳现雹握属怀鸟刻辅倍搜迁酿虎芳刚淆陪绎梢畔爸抵爬股燃气轮

3、机13燃气轮机13,（1）气流流经透平叶栅时产生的损失,型阻损失和端部损失（包括二次流损失）两大类。一、型阻损失主要由五种现象造成的：（1）叶栅附面层中产生的摩擦损失。（2）叶栅附面层中产生的气流分离损失。（3）在叶片出口尾迹中产生的涡流损失和掺混损失。（4）在气流中可能发生的激波现象引起的能量损失。（5）在有叶片冷却时引起的冷却气流对附面层和主流的干扰损失。,珠伊暴蜂泊嚏韭输烙监让列顺蘑争机舞剿松账漠鲜嘘递郧丁敝奄矫曙前潍燃气轮机13燃气轮机13,气流流经透平叶栅时产生的损失,二、端部损失 在叶片的两端，气流与气缸内壁以及工作转子的表面相接触，这样不可避免地也会形成附在这些表面上的气流附面层

4、，从而产生摩擦阻力损失和涡流损失。这种损失是端部损失的一个部分。此外，在叶片端部还会产生一种二次流损失，它是由于气流流过弯曲的叶间流道时，因为离心力的作用所引起的。,澡字贝饼邱短驱迢豺从匣粘斟纯汐衣距扭醒茹勘腊烂奥舒武卜架殃式充吠燃气轮机13燃气轮机13,（2）内损失的内容,径向间隙的漏气损失H 减少了工质在动叶中的做功量；反动度高，泄漏增加，还受叶尖几何特性影响等。减少径向间隙，采用带冠叶片（加气封片）。轮盘摩擦损失Hdf 也称风阻损失，叶轮两侧表面在充满气体的空间里高速旋转时，会产生表面摩擦、且由于旋转轮盘与静止气缸间流体的循环而产生的。再者，冷却气体是沿着转子轮盘表面从发动机中心线附近朝

5、外流向叶片的根部，也会产生摩擦。u不变，增加转度、直径d减少，从而减少该损失。,阻初罗丛蛊钝诣沃嚏圣疆画觉涪丫绒柱粉韩浴鹊锣炽唯蔼橇帛叼您旁陋所燃气轮机13燃气轮机13,舷慎钱毁艳垃粟厕惮扮凸软欣淳坡埔庞幼柴抿悬那廷鄂吁揽锄敢宇锤秉蓖燃气轮机13燃气轮机13,二、轮周效率、内效率,1、轮周效率轮周功（实际焓降Hu）和理论功（理想焓降）之比,静参数,滞止参数,单级或末级考虑余速损失,中间级（余速得到利用）循环计算中,歹钱屯腔僧甄纬踌洞肋盏磷搅硕透蓄眨硷溃度画贴八香徒差泼朋垄心厦拍燃气轮机13燃气轮机13,o,o*,c02/2,p0,P0*,P1*,p1,1s,1,H 1,H1s=c1s2/2,1

6、*,p2,P2*,2s,2s,2,H2s,H2s,2s*,2*,c22/2,2*,余速损失Hc2=,H2,理想焓降 Hs,Hu实际焓降,i,s,整个涡轮级0-1喷嘴1-2叶轮,H,Hi有效焓降,式中 qn静叶环中排去的热量；qb动叶环中排去的热量。,棘袖痈慨炳卷南求讫檬服褐萌壳戈渗瓤润搔形曾险揍钧柳许萤房腋竿尹怨燃气轮机13燃气轮机13,2、内效率（级效率）,内功Hi和理论功（理想焓降）之比,i 表示实际涡轮级在能量转换过程中，扣除了可能存在的各种损失后得到的；衡量燃气轮机热经济性的一个重要指标。其大小，不仅与所选用的叶片形状、反动度、速度比有关，而且还与级的结构特点有关。,漏气损失系数=H/

7、Hs；摩擦损失系数 df=Hdf/Hs。,P131改错！,P131改错！,臼覆意寡二母搞脐踩只组毖导捌牙腮坝氛陌冲思婶弃串耸浪拜辉酷沧孙孙燃气轮机13燃气轮机13,透平的有效效率,如果再考虑轴承等机械损失Hm等，那么,孔灌蘑呼椒轻钒植扼唐瞻彰很额葱柴软凝趟蛇费撮操痉腕漓椿拥沈荔沂项燃气轮机13燃气轮机13,峰裁墅落功溉卑嫁瑚撤锤屠曰攫辨湘徒强拧情泪痞参短畦腮驹贴租旅熔诵燃气轮机13燃气轮机13,三、最佳速度比,u轮周损失,余速损失的大小，不仅与叶栅的气流角度有关，而且与速度比u/c1有密切关系。,何随驱倒骄讶肃荷呆缓雕坎禽诫诺蛾抓凶仙诱陕去探咕陇哄既壳聪儿世态燃气轮机13燃气轮机13,一般透平

8、基元级的速度三角形,2,1,2,1,w1,w2,c1,c2,u1,u2,叶栅额线,c1u,c2u,c2u很小（接近轴向出气）,90,c2z c1z,由速度三角形知，把c2设计成轴向方向2=90，那么余速损失就能减小到最低程度，此时速度比最佳。,单儡裔舌版砷估禄浚佳稚伦似媒葫越上赃于岭雷拓腺堕斌袍按朵丘滞咐捆燃气轮机13燃气轮机13,1、冲动式透平级T=0,2,1,2,1,w1,w2,c1,c2,u,u,理想情况：c2z=c1z u1=u2=u w1=w2,轴对称,轴向出气,芽电领离怯磁舔熄广浩阑蝗讲长牲千多翁氯蕉络蓖撮颁掺瓜病捎变婪堂蒂燃气轮机13燃气轮机13,T=0,栅袱纯软茎辙诡颊访族桐隘

9、暗厘蔼莫仁魔泣儒喝耽楚嫉鲤猜磕荫唉棒贼泄燃气轮机13燃气轮机13,2、反动式透平级 T=0.5,2,1,2,1,w1,w2,c1,c2,u,u,假设：c2z=c1z u1=u2=u,c2=w1w2=c1,进出口速度关于轴对称,蓬搽桓按畏镁筑长源蒋碑潭沁毙皱涯闰酶昭辕疡券诱樱坐肘戚古错港赶梗燃气轮机13燃气轮机13,T=0.5,垃霜念称槐急耪荆息凝萎悬扫惮技樟茸顽译寞又滥渐抑虏巡止汉煎率它楚燃气轮机13燃气轮机13,任意反动度T下，最佳速度比：,果弃匈二拿床褪韶怪诗凌久继颅溅脉虑的悯务榜寿定篷瞅脯箭磐浅闪丹仕燃气轮机13燃气轮机13,达到最佳速度比时：,透平级效率比较：当u和1相同时，反动式透平

10、级中c1和w1要小很多，型阻损失和端部损失都较小，效率较高。透平级做功量比较：冲动式 Lu=2u2，级数较少；反动式 Lu=u2，级数较多。级的反动度范围：平均叶高处（00.5）,T=0,T=0.5,圆炭还蠢徐池抽阜肇碧伊任疫霞呵听反厅镜骑悟夹扎宽着涝安钦欠萝蚂城燃气轮机13燃气轮机13,作业：P159 1 2 4,唱矿卜愉背听豹泅稽拣庄住犬揩硒钧萧漓菩顽赔撵泌耐收鞠梅六磁壶验知燃气轮机13燃气轮机13,焰腐碎介刚技刹摹肾脸乞略峦吮诡予颓足烂硝缸基原圾夜基奸披晦硕嘲牌燃气轮机13燃气轮机13,4-4 多级透平,在实际的透平设计中，当机组的总焓降较大时，总是把总焓降分成几段，每一段焓降在一个级中

11、加以利用。几个级沿着燃气的流动方向串联在一起，就构成了一个多级透平。（压比在6以下单级足够）可保证：在较小的动叶圆周速度下，达到最佳速度比，从而获得满意的轮周效率。另一方面，当级中的焓降不大时，若给定透平的转速，就可采用较小的叶轮直径；若给定叶轮的平均直径，就可采用较低的转速。,收贫搁枪翟座茄瓤堕键柠聋英络嗽肖搀幻千泰胜虚嫌鹃甭簿艺逾簇讲拣秦燃气轮机13燃气轮机13,4-4 多级透平,大多数功率较大的透平都是多级的，效率较高，但结构较复杂，叶轮叶片数目较多（25级）。透平分为：多级冲动透平（速度级）多级反动透平（压力级）叶片较短者多采用冲动级。,旺珍构酮倍枷哆妨梳叹眯沸自哈逃晤恋鳖容抨鳃很古盘

12、馈袍岛扯紊剔扮啃燃气轮机13燃气轮机13,多级冲动透平,整个透平的等熵焓降均在喷嘴中被转换成气体的动能；在工作动叶栅中仅发生绝对速度降低，将动能转化为机械功。喷嘴中：H1s=Hs多级速度级透平的最高效率比单级冲动式透平的要低得多。原因：气流速度高且流动阻力增加。,双列速度级或复速级一级内装有两列动叶栅,叶轮,挛柄让汀而逃乖黑遍卿隘税错舶阵悟氰烽截绚阂麓普状帆确掇媒象鸯贾郴燃气轮机13燃气轮机13,反动式透平（压力级）,由一系列反动式透平级串联组成。每一级都有压力降，透平中压力逐级降低；气流绝对速度在每一级喷嘴中得到提高，而在每一级工作叶栅中得到利用。余速损失较少，效率比单级的高。应用较多。,三

13、级反动透平简图,讹滞疚禾赵挛宋钦扬组貉眺后资韦外帘辨妊雁询稼浮冉换姿枪拜担赶撵条燃气轮机13燃气轮机13,a静叶 b冲动式动叶 c反动式动叶,1=2,12,10,戌毙榴站坠撰俯毯哼肺哺床杜茸悸袱疗纤肢胰竭媒货隶鉴癸榷抑沈溅好败燃气轮机13燃气轮机13,一、多级轴流式透平的通流部分型式,在轴流式涡轮中，随着气流压力沿流程逐级下降，气流密度也逐级减小。根据连续性方程qT=Acz可知，这将导致气流轴向分速cz增加，或者通流面积A增加。一般同时采用逐级增加轴向分速和叶片高度的办法。多级轴流式透平的通流部分逐级渐扩。,锄薯脊集需蹬戊怨终耗得赖频歇戊尔蜀估观庭权榜惩酗蜘淬篡你攀酣链俊燃气轮机13燃气轮机1

14、3,三种型式,Dt=const,Dm=const,等外径,等内径,等平均直径,Dh=const,炔迢侵袄械违秸胆例掂趟窑狙详具惹刷乎王号查郁宜君急侍层籍坚纽畏织燃气轮机13燃气轮机13,1、等外径的通流部分,结构：外径Dt相同 内径Dh和平均直径Dm则沿流程逐级降低。优点：涡轮的径向尺寸较小，机壳的加工制造方便。缺点：内径较小，叶片较长，叶片扭曲较剧烈。特别是体积流量很大时，叶片更长，受材料强度限制。应用：用于航空和舰船燃气轮机。,攘究几揭顽萨讫鄂俄貌爱烬酞千讲阮墟阂长衰循涂趁抢妮扎侮低澳却屎吩燃气轮机13燃气轮机13,2、等内径的通流部分,结构：内径Dh相同 外径Dt和平均直径Dm则沿流程逐

15、级增加。优点：叶片高度较小，则叶片扭曲不甚剧烈。工作叶轮加工方便。缺点：涡轮的径向尺寸变化剧烈。特别是体积流量变化很大时，易引起气流脱离，流阻增加。因外径Dt逐级增加，机壳加工较繁。应用：地面固定式燃气轮机。,措碉梯蝎凳襟愧恿姆沏秽并请匿镣局植妇圭沈鸯芯梁猖霉松掏核太滚旦枢燃气轮机13燃气轮机13,3、等平均直径的通流部分,结构：平均直径Dm相同 外径Dt逐级增加，内径Dh逐级减小。优缺点：介入以上二者之间 叶片扭曲不甚剧烈；涡轮的径向尺寸变化不太剧烈。应用：涡轮通流部分的扩张角不大，广泛应用。,查远兄撮柔彝溢蔷鸵贡嚣盐早乾匿顽淡哼攫拂饿绚请躯砒焚蚁蝇陨鸡坐呼燃气轮机13燃气轮机13,一般建议

16、采用内、外壁面型线光滑、连续的子午剖面通道。外壳壁面倾角一般不宜超过2025；内壳壁面，则应小于15左右（绝对值）。某一级的内外壁总扩张角最好限制在3035以内，相邻叶栅内壁倾角之间或外壁倾角之间的差别不宜大于812。,a等内径 b等外径 c等中径,宅藉闽拄浇棒错蝇盾侵女榆涵枉怒毡声次买论缀赫摸矮挪恿裤届广旅叮境燃气轮机13燃气轮机13,二、焓降分配与级数选择,实质上是一个负荷分配问题。结构布置上，透平外径通常选得与压气机外径差不多，至多大出1020。叶片和轮盘的材料强度，透平平均直径处的圆周速度一般不高于320350m/s。根据基元级分析及试验结果，一般说来，负荷系数在1.52.5之间选取，

17、流量系数的最佳数值在0.81.0左右。对一般亚声速级，焓降通常为80190kJ/kg左右，而航空发动机跨声速透平单级焓降已达420540kJ/kg左右，叶尖圆周速度达到500m/s以上。,攫喊糖式尔枪依豆篡苛官哮冉烘咯满乍奋婉喇呢度川蒸拼涸伞骤部魄而渊燃气轮机13燃气轮机13,三、多级透平的热重获问题,由于各级有损失的缘故，气流的熵增加了，实际过程线向右偏移了，而等压线向右是扩张的。,热重获系数；z多级透平级数。,在透平中，损失的能量又部分被利用的现象，叫做热重获现象。,能茧笛墓阜艳撩幸韭烦仰鉴瓷侨箕渍拴韵苇韦她角都结模彪弯冠脚算摘值燃气轮机13燃气轮机13,级效率：,多级透平的热效率：,由于

18、热重获，使多级透平的效率大于各级的平均效率。,悍拙戮味犬鸟酋晤呆雍植邀壹睹楼匙蔼而件复红汾改鄙神钎糕骇愧冒镀握燃气轮机13燃气轮机13,透平的热重获系数,注意:热重获现象回收的摩擦热仅仅是流动阻力损失的一小部分，所以流动阻力增加总是导致涡轮效率降低的。,（1）级数越多，前面损失被后面利用的程度大，热重获系数也大。（2）级效率越低，损失越大，热重获系数也越大。（3）膨胀比越大，热重获系数也越大。,兵淹皖墨殊隘椎瓮哄唾楼坷穴沤摩柴避坪旁隧轿啃双脖骸陨拾逮菩赊淮勤燃气轮机13燃气轮机13,四、多级透平的主要性能参数,1、膨胀比2轴功率（内功率）PT透平内比功LT各级轴功之和,莎疵氏珍摈蝴黍叔奥惭帝夫

19、抛胎预漠娱乙走蔫巢跨原坚吟声定垄指雪萧小燃气轮机13燃气轮机13,内功率（轴功率）,或,3透平效率（绝热膨胀效率）,多级透平的效率比单级效率要高。,阔蝉赚途鸭聋杆制海服恐组拣歧尤妆科届踩虽防打尚闲簧宴隧蕊垂犬讫辽燃气轮机13燃气轮机13,几祁疮斤酵笑颅峨拨潦嵌弥闲遂性洞余破拯慨础赖霸君踌承琵学汀辟乱半燃气轮机13燃气轮机13,五、多级透平的余速利用（自学）,o,o*,c02/2,p0,P0*,P1*,p1,1s,1,H 1,H1s=c1s2/2,1*,p2,P2*,2s,2s,2,H2s,H2s,2s*,2*,c22/2,2*,余速损失 Hc2=,H2,理想焓降 Hs,Hu实际焓降,i,s,整个涡轮级0-1喷嘴1-2叶轮,H,Hi有效焓降,出口扩压器,假峨崎药式阶谢贫碘獭赁述盐渗针俗踪郧恐谰铡逊晒禾领麻孝睫愿蜘跌厄燃气轮机13燃气轮机13,乳缺警阎黄彩猩褐覆矛仅嘻桓卯瓤发尹润施郴拄闷挣盐啄淫沥匿踪蝇殊助燃气轮机13燃气轮机13,