燃气轮机10 - 储运

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1、第三章燃气涡轮概述（功能、分类、基本结构等）；轴流式燃气涡轮的工作原理；轮周功、轮周效率、速度比；多级涡轮；涡轮特性；燃气涡轮的冷却。3-1轴流式燃气涡轮的工作原理一、涡轮级的概念一列静叶栅（或称喷嘴环）和其后面的一列动叶栅共同构成的轴流式涡轮的一个级。单级涡轮：整台涡轮只有一个“级”多级涡轮：整台涡轮包含有几个“级”一般轴流式燃气涡轮采用多级。三个特征截面：0-0喷嘴进口；1-1喷嘴出口；2-2工作叶轮的出口。二、工作原理涡轮中的能量转换过程主要是在动叶栅中气流的转向来实现的。涡轮级中燃气参数的变化喷嘴叶轮1、冲动式涡轮燃气只在

2、喷嘴中膨胀加速，进入动叶栅中不再膨胀；依靠高速气流产生对动叶的冲击力来使叶轮旋转作功。工作叶片进出口气流的压力和相对速度几乎不变，即P1p2，w1w2工作动叶片的通道一般是等截面的。2、反动式涡轮除了在喷嘴中膨胀加速外，燃气进入动叶栅中继续膨胀而加速；加速气流在流出动叶栅时，会对动叶产生反推力，同样会使叶轮旋转而获得机械功。这样叶轮旋转作功，既依靠高速气流的冲击力，又靠加速气流的反动力。P2w1工作动叶片的通道一般是收敛的.3、反动度T在反动式涡轮中，静叶栅（喷嘴）内的燃气只是部分地膨胀到某一中间压力，其余地继

3、续在动叶栅中膨胀。定义：燃气在动叶栅中的理论焓降与在整个涡轮级内的理论焓降之比，又称为热力学反动度T=H2s/Hs一般T=0.3~0.5T=0时，冲动式涡轮；T=0.5时，能量损失最小。4、叶片叶型涡轮级中能量转换大，即气流速度高且转折大，相对于压气机叶型，涡轮叶片厚实且弯曲角大。冲动级的动叶片更为厚实、弯曲角更大。三、基元级及其速度三角形气体在涡轮级中的流动是十分复杂的三元流动，气流参数沿着半径方向、圆周方向都是不均匀的，而且沿轴向是变化的。采用基元级的分析方法，流动简化为一元轴向分析。1、基元级定义将平均直径处的环形叶

4、栅展开成平面叶栅，由喷嘴和动叶的平面叶栅组成的级，称为基元级。（注意：与压气机级中的基元级定义不同！）涡轮基元级的选取喷嘴叶轮Dm1122静叶动叶u注意:(1)静叶在前,动叶在后;(2)叶片间通道截面渐缩;(3)叶片运动方向由叶腹→叶背;(4)叶片厚实且弯曲角大。2、基元级的速度三角形如果工作叶轮以圆周速度u旋转的话，那么气流的绝对速度c就是其相对速度w和圆周速度的矢量和，即c=w+u喷嘴0-1燃气流过喷嘴后，压力降低、温度下降，流速c增加；喷嘴相当于一个静止喷管（减压增速），流道截面逐渐收敛。静叶动叶u动叶进口处1-1气流以速度

5、c1和气流角1自喷嘴流出；动叶栅以u1旋转；那么气流以相对速度w1与进气角1进入动叶栅。w1=c1–u1u静叶动叶一般1=14~20°动叶出口处2-2动叶栅通道收敛，气流流过膨胀加速，则压力降低、相对速度w2增加；且气流方向改变、转折较大，出气角2>1；那么气流以绝对速度c2流出动叶栅，与叶栅额线的夹角为2。c2=w2+u2u静叶动叶一般1=14~20°基元级的速度三角形把进出口的速度三角形画在一起。注意：①一般c2xc1x(c2x>c1x)；②气流转折角很大（>90°），进出口速度三角形是分开的；③一般圆

6、周速度u1≠u2。(轴流级u1≈u2)反动式涡轮基元级的速度2121w1w2c1c2u1u2叶栅额线T>0c1uc2uc2u很小（接近轴向出气），而预旋c1u却很大则c1u和u一起决定L的数值（L=ucu）。>90°c2x>c1x压气机级基元级的速度2121w1w2cxc1c2uu叶栅额线轴向分速度cx气流转折角c2uc1u预旋c1u很小，而c2u较大则c2u和u一起决定L的数值。T=0.5基元级的速度三角形2121w1w2c1c2uu假设：c2x=c1xu1=u2=uc1=w21

7、=2w1=c21=2进出口速度关于轴对称大小相等方向相反T=0冲动式基元级的速度三角形2121w1w2c1c2uu假设：c2x=c1xu1=u2=uw1=w21=2相对速度w1、w2关于轴对称大小相等方向相反气流速度的变化是反映能量转换的重要表达式。通过基元级内的能量转换情况来确定气流速度。四、涡轮基元级中各速度的确定1、喷嘴出口（c1s与c1）喷嘴中（0-1s），气体流动为稳定流动。绝热膨胀：q=0；喷嘴静止不动：L=0气体总焓不变；则气体动能增加时，其静焓降低，即静压能转换为动能。理想情况：理想情

8、况：喷嘴中的理论焓降喷嘴中的膨胀比实际流动（0-1）：有摩阻及其他阻力存在；燃气的绝热指数和比热容均不是常数。c1i1s两种表示:(1)用速度系数表示：(2)用多变膨胀过程(n