燃气轮机透平叶片参数化设计及优化
三菱M701F4燃机透平冷却系统优化方案的探究
三菱M701F4燃机透平冷却系统优化方案的探究摘要：三菱M701F4在机组增大改型中对燃气轮机透平冷却空气系统进行了改进，在对燃机透平冷却系统布置方案进行优化后，节省了设备投资，在燃机项目建设中具有较为普遍的推广价值。
关键词：燃气轮机透平冷却节能优化方案引言日本三菱重工是国内燃气轮机的供货商之一，三菱公司M701F4型燃气轮机是当今世界容量最大、效率最高的机型之一，东方电气是三菱燃机设备的国内技术合作方。
M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组的配置型式为：一台燃汽轮机，一台蒸汽轮机，一台发电机，一台余热锅炉，机组频率为50Hz，机组性能保证条件下出力为452.07MW。
燃机燃烧室的高温燃气为1400℃，燃机透平静叶及叶片暴露在高温燃气中，为保证燃机透平的正常工作和使用寿命，必须保证燃机透平冷却系统的可靠运行。
M701F4燃气透平为4级，采用空气冷却。
冷却空气取自压气机抽气口，经燃机空气冷却器（TCA）冷却后送至燃机对透平叶片和静叶等部件进行冷却。
冷却空气系统执行着燃气轮机可靠运行必需的基本的功能，其功能在于引导冷却空气进入热通道构件，冷却回路包括动叶片冷却回路和静叶片冷却回路。
动叶片冷却空气是由从燃气轮机燃烧器外壳抽出的压气机出口空气。
1 M701F4型透平冷却系统的优化三菱M701F4型机组中，对燃机空气冷却系统进行了改进，采用余热锅炉给水对压气机来的空气进行冷却后送至透平对静叶和叶片进行冷却，能够达到更好的冷却效果。
系统采用TCA换热器，利用余热锅炉高压给水对透平冷却空气进行冷却，冷却后空气温度能够由330℃左右的高温冷却到要求的230℃，冷却效果得到了改善，系统的可靠性得到了提高。
压气机出口的高温空气在得到冷却的同时，加热了余热锅炉高压给水，回收了大量的热能，提高了联合循环机组运行的经济性。
1.1 原透平冷却系统的设置图1为三菱重工燃机透平冷却器TCA的冷却水系统图。
如图所示，由高压给水泵来的给水分成两个支路，一路去高压省煤器在余热锅炉受热面中进行换热，一路去TCA冷却器，对燃机透平冷却空气冷却后，给水温度上升后分成两路，一路经调节阀汇入高压省煤器出口管道后经汽包水位调节阀排入高压汽包，在正常运行中投入使用；一路经凝汽器调节阀排入凝汽器，在机组启停机中投入使用。
透平叶片的气动优化设计系统
第33卷 第1期2004年3月热力透平THER M A L T UR BI NEVol.33No.1Mar.2004透平叶片的气动优化设计系统袁 新1,林智荣1,赖宇阳2,陈志鹏1(1.清华大学热能工程系,北京100084;2.赛特达科技有限公司,北京100080)摘 要: 发展了一个叶轮机械叶片全三维粘性杂交问题的气动优化设计系统。
该系统包括分析技术与组合优化技术的耦合:前者基于高精度、鲁棒型的数值分析方法,已成功地用于蒸汽透平叶片的流动分析,并经详细考核已将其纳入到了实际的叶片气动设计体系;后者基于优秀的iSIGHT商用优化平台,通过对多种优化方法的集成从而发展了组合的叶片全三维气动优化策略。
数值结果与试验数据的比较表明了这一气动优化设计系统真正纳入到工业设计体系是完全可能的。
关键词: 蒸汽透平;CFD;气动优化设计中图分类号:T K263.3 文献标识码:A 文章编号:1672-5549(2004)01-0008-06Aerodynamic Optimization System for Turbine Blade DesignY UA N Xi n1,L IN Zhi2rong1,L A I Y u2yang2,CHEN Zhi2peng1(1.Department of Thermal Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China;2.Sightna Corporation,Beijing100080,China)Abstract: An aerodynamic optimization system for the hybrid three2dimensional blade design,coupled with com2 putational fluid dynamic analysis and integrated optimization algorithms,was developed in Tsinghua University.The higher2order accurate robust CFD method has been utilized for develo pment of steam turbine blade flow analysis,its dependability has been validated by comparing the numerical results with model turbine test data.The h ybrid three2 dimensional optimization method based on iSIGHT commercial software has been develo ped for turbine blade design. The overall technical integration is starting to be used for further design optimizations and efficiency enhancement of steam turbines.K ey w ords: steam turbine;CFD;aerodynamic optimization design1 三维粘性杂交问题的气动优化设计蒸汽轮机是现代发电行业的核心动力机械之一。
燃气轮机叶片设计与优化
燃气轮机叶片设计与优化燃气轮机是一种主要应用于能源行业的发电设备，其核心部件之一就是叶片。
燃气轮机叶片设计与优化是一个非常重要的研究课题，本文将深入探讨叶片设计的原理和方法，以及优化的技术手段。
一、燃气轮机叶片的设计原理燃气轮机叶片设计的目标是提高机械效率、降低能量损失，并尽可能减少噪音和振动。
为了实现这些目标，叶片设计需要考虑以下几个方面的因素：1. 流体动力学特性：燃气轮机中气流的流动是叶片设计的基础，需要考虑流动的速度、压力、温度等因素，并根据流体动力学的原理进行叶片的形状和布置设计。
2. 材料力学特性：叶片需要承受高温、高压以及高速气流的冲击和轴向力，因此在设计时需要考虑材料的强度和耐热性能，选择适合的材料以保证叶片的可靠性和耐久性。
3. 振动和噪音特性：叶片的振动和噪音会对燃气轮机的性能和使用寿命产生不利影响，因此在设计时需要考虑振动和噪音特性，采取合适的措施减少振动和噪音的产生。
二、燃气轮机叶片设计的方法燃气轮机叶片设计的方法主要可以分为两个方面：经验设计和计算流体力学（CFD）辅助设计。
1. 经验设计：经验设计是根据以往的设计经验和实验数据进行叶片设计的方法。
通过对类似叶片的性能和工作状况进行研究和分析，总结出一些经验规律和可以应用于实际设计的参数。
经验设计的优点在于简单、快速，但由于缺乏理论支持，不一定能够得到最优的设计方案。
2. CFD辅助设计：计算流体力学是一种通过数值计算方法解决复杂流体流动问题的技术，可以模拟叶片与气流之间的相互作用，预测叶片的流动性能。
CFD辅助设计的优点在于可以更全面、精确地了解气流在叶片上的流动情况，可以对不同设计参数进行优化，并通过参数敏感性分析找出最优的设计方案。
三、燃气轮机叶片优化的技术手段燃气轮机叶片的优化是为了提高燃气轮机的效率和性能，减少能量损失和排放。
以下是几种常用的叶片优化技术手段：1. 气流动态调整：通过改变叶片的几何形状和布局，调整气流的流速和流向，以减小能量损失和阻力，提高燃气轮机的传热效果。
燃气轮机透平静叶烧蚀原因
透平静叶表面的涂层可能因为磨损、腐蚀等原因损坏，使得 叶片表面材料直接暴露在高温燃气中，引发烧蚀。
03
透平静叶烧蚀的检测与诊断
在线监测技术
温度监测
通过安装温度传感器，实 时监测透平静叶的工作温 度，判断是否出现烧蚀现 象。
振动监测
利用振动传感器监测透平 静叶的振动情况，通过分 析振动信号判断是否存在 异常。
燃气轮机透平静叶烧蚀原因
汇报人： 2023-12-29
目录
• 燃气轮机透平静叶烧蚀概述 • 透平静叶烧蚀原因分析 • 透平静叶烧蚀的检测与诊断 • 透平静叶烧蚀的预防与修复措
施 • 案例研究与经验分享
01
燃气轮机透平静叶烧蚀概述
烧蚀现象的定义与特征
定义
烧蚀是指燃气轮机透平静叶在高 温、高速、腐蚀等恶劣环境下， 表面材料逐渐损失的现象。
04
透平静叶烧蚀的预防与修复措 施
运行优化与控制
优化燃气轮机的运行参数
通过调整燃气轮机的运行参数，如温 度、压力和转速，可以降低透平静叶 烧蚀的风险。
控制燃料成分
优化燃料成分，降低其中硫、重金属 等有害物质的含量，可以减轻对透平 静叶的腐蚀。
控制燃烧室温度
保持燃烧室温度在合理范围内，避免 过高或过低的温度，有助于减少叶片 的烧蚀。
预防案例
某大型企业针对燃气轮机透平静叶烧蚀问题，采取一系列预防措施，包括加强燃料质量控制、定期清 理和检查透平静叶表面、优化机组运行参数等。通过这些措施，有效避免了静叶烧蚀问题的发生。
国际合作与技术交流
国际合作
为了解决燃气轮机透平静叶烧蚀问题，国内外的相关企业和研究机构开展了广泛的国际 合作与技术交流。通过合作，共同研发新型耐腐蚀材料和表面工程技术，推动行业技术
M701F3型燃气轮机进气系统优化分析及改造
- 69 -工 业 技 术燃机进气系统一般包括了多级过滤，进气系统的压损将造成压气机进口压力低于大气压力，压气机耗功增加，透平的出力将更多的消耗在压气机，其次进气压力降低使空气比体积增加，空气流量减少。
进气系统压力损失变大将使燃机的出力和效率将同时下降。
燃机进气系统的功能主要是对进入燃机压气机的空气进行预处理，确保相对洁净的空气进入压气机和燃机透平，未过滤掉的尘粒将冲刷压气机和透平叶片或造成结垢，最终将降低燃机效率和出力。
１ 某厂Ｍ７０１Ｆ３型燃机进气系统组成和运行情况燃气轮机采用二级过滤，进气量651 kg/s，初效过滤器运行压差不高于450 Pa，精过滤器运行压差不高于850 Pa，精过滤器设计过滤等级F8，初效过滤器板式过滤器，过滤等级G4。
１．１ 运行中精过滤器存在的问题精过滤器使用寿命短，运行压差高，使用寿命约3 000 h，遇到雨雾天气，过滤器压差急剧上升，天气转好后压差也无法恢复初始状态，长期在高压差状态下运行，严重影响机组安全经济运行。
精过滤器过滤精度较低，无法满足低能耗高精度的要求，大量的灰尘颗粒进入燃机内部，易造成燃机叶片积垢，造成压气机效率下降。
１．２ 运行中初效过滤器存在的问题初效板式过滤器未对进气系统精过滤器形成有效保护，过滤面积小容尘能力差，运行压差高，经统计过滤器使用寿命约1 500 h。
初效过滤器长期保持在高压差状态下运行，造成进气压力损失增加。
２ 进气系统相关分析２．１ 进气系统压力损失对燃机的影响燃机压力保持系数Φ= ΦC ×Φr ×Φt 压气机进气压力保持系数ΦC =Pa-△p 1*/Pa， 由以上公式可知，如燃烧室压力保持系数Φr 和排气压力保持系数Φt 不变，进气系统压力损失△p 1*变大将使燃机压力保持系数Φ变小。
曲线说明：除变量外的其他影响因数都是一般技术水平，与M701F3机型不完全一致。
抽气系数μcl =0.04；燃烧效率ηf =0.98。
AE94.3A型燃气轮机透平叶片冷却系统介绍
AE94.3A型燃气轮机透平叶片冷却系统介绍发布时间：2021-08-23T09:49:34.313Z 来源：《当代电力文化》2021年4月12期作者：姚国荣[导读] 提高燃气轮机透平进口温度是提高燃气轮机热效率的有效措施，而先进的透平叶片冷却技术是提高透平进口温度的有效措施之一姚国荣（广东大唐国际肇庆热电有限责任公司，广东肇庆 526000）摘要：提高燃气轮机透平进口温度是提高燃气轮机热效率的有效措施，而先进的透平叶片冷却技术是提高透平进口温度的有效措施之一。
本文介绍了燃气轮机透平叶片冷却的技术，阐明了燃机冷却空气系统在燃气轮机正常运行时的作用。
介绍了安萨尔多AE94.3A燃机运用的冷却技术，冷却空气系统组成、冷却空气的来源。
关键词：燃气轮机、AE94.3A、透平叶片冷却空气1前言某项目机组为安萨尔多AE94.3A型燃气-蒸汽联合循环供热机组，采用分轴联合循环布置。
每套机组由一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台蒸汽轮机、一台燃气轮机发电机、一台蒸汽轮机发电机组成。
燃气轮机由上海电气&安萨尔多公司联合设计制造，型号为AE94.3A，燃料为天然气，输出方式为冷端输出。
燃机由压气机、燃烧器、透平和有关辅助系统组成。
压气机采用轴流式，共 15 级，压比为 18.9，进口设有可调导叶(IGV)，同时第一级静叶（CV1）可调，主要用于调节透平排气温度和防止压气机喘振。
透平为 4 级轴流式透平，由气缸和转子组成。
气缸为水平中分面式结构。
转子由透平轮盘、透平轴、工作叶片及联接件等组成。
透平的静叶、动叶由压气机抽气来冷却。
本文通过收集资料认真解读，简单介绍燃气轮机透平冷却空气系统，。
2燃机透平冷却技术介绍燃机透平入口初温对整套机组的热效率有很大的影响，随着燃气轮机技术的发展，透平入口温度已经可以达到1400℃甚至更高，但提高透平初温同时也会影响机组的安全运行。
如何有效地为暴露在高温的燃机本体金属部件提供冷却也是一门重要的研究课题，世界各大燃气轮机生产商在这个课题上成功研究出先进、高效的冷却技术，结合抗高温材料，运用先进的冷却技术，保证了机组安全、高效地运行。
燃气轮机透平叶片旋流冷却技术研究综述
燃气轮机透平叶片旋流冷却技术研究综述目录一、内容综述 (2)1.1 背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容与方法 (5)二、燃气轮机透平叶片冷却理论基础 (7)2.1 热传导理论 (8)2.2 热对流理论 (9)2.3 热辐射理论 (10)2.4 综合传热理论 (11)三、旋流冷却技术原理及特点 (12)3.1 旋流冷却技术基本原理 (13)3.2 旋流冷却技术特点分析 (14)四、燃气轮机透平叶片旋流冷却结构设计 (16)4.1 喷孔结构设计 (17)4.2 油气混合物分布设计 (18)4.3 冷却通道设计 (19)4.4 叶片材料选择 (20)五、燃气轮机透平叶片旋流冷却数值模拟研究 (22)5.1 数值模拟方法概述 (23)5.2 仿真结果与分析 (24)5.3 改进措施探讨 (25)六、实验验证与性能评估 (27)6.1 实验设备与方案 (28)6.2 实验结果与分析 (29)6.3 性能评估方法 (30)6.4 与其他冷却技术的比较 (32)七、结论与展望 (33)7.1 研究成果总结 (34)7.2 存在问题与不足 (35)7.3 未来发展方向与展望 (36)一、内容综述作为一种高效、高功率的发电设备，其透平叶片在高温高压工作环境下长期运行，面临着巨大的热负荷和材料挑战。
透平叶片的冷却技术成为了燃气轮机设计中的重要环节，随着航空发动机技术的快速发展，透平叶片的旋流冷却技术也得到了广泛的研究和应用。
旋流冷却技术是一种利用旋转气流对叶片进行冷却的方法，通过形成强烈的旋流场，使冷却空气在叶片表面形成强烈涡流，从而有效地带走叶片表面的热量。
这种技术具有结构简单、冷却效果好、适应性强等优点，能够显著提高燃气轮机透平叶片的运行寿命和工作效率。
冷却空气流量优化：通过调整冷却空气的流量，可以实现对叶片温度的有效控制。
适当增加冷却空气流量可以提高叶片的冷却效果，但过高的流量也会导致风机功耗的增加和热效率的下降。
燃气透平叶片表面流动与换热的数值计算与验证
燃气透平叶片表面流动与换热的数值计算与验证杨玉骏;戴韧【摘要】The wall temperature of the gas turbine blade depends on the ability of heat transfer on the internal and external the blade surfaces.Accurate prediction of the heat transfer coefficient on the external surface is the basis for the design of blade cooling structure. Commercial CFD software Fluent was used to simulate the flow and heat transfer of VKI-LS89 turbine guide vane in this paper.CFD re-sults were compared with the VKI experimental data.Steady RANS with the transition model gives reliable solutions when the wall's normal grid dimension y+is less than 5.Solutions of LES with near wall viscosity WALE model agree with experiment data at subsonic flow conditions when the grid normaly+reaches near one.However at transonic conditions, LES solutions contain a postponed transi-tion.Heat transfer coefficient is evidently lower than test data and worse than that from RANS.Simulation with proper transition RANS flow model is of larger value for engineering purposes than a LES one with insufficient meshing quality.%燃气透平叶片表面温度决定于叶片内外表面的换热能力，准确预测叶片外表面换热系数是冷却结构设计的基础。
GE公司F级燃气轮机总体性能参数
GE公司F级燃气轮机1 F级燃气轮机产品系列及其性能演变F级燃气轮机已有多种多样的型号可满足不同用户的需要，在MS6000、MS7000、MS9000系列中都有F级的产品，表1列出F级燃气轮机最新机型简单循环的性能，表2列出50Hz的F级燃气表1 F级最新机型燃气轮机简单循环性能基本参数MS9351FA MS7241FA MS6101FA净出力/MW 255.6 171.7 70.1效率/% 36.9 36.4 34透平进口温度/℃1327 1327 1288压比15.4 15.5 14.9质量流量/kg·s-1624 432 198排气温度/℃609 602 597频率/Hz 50 60 50/60表2 50HzF级燃气轮机联合循环性能基本参数S109FA S209FA S106FA S206FA净出力/MW 390.8 786.9 107.4 218.7净热耗率/kJ·（kWh）-16350 6305 6767 6654净效率/% 56.7 57.1 53.2 54.1MS9001FA、MS7001FA、MS6001FA型燃气轮机都有18级的压气机和3级的涡轮机，以冷端驱动和轴向排气为特点，有利于联合循环布置。
F级燃气轮机采用GE公司传统可靠的分管式燃烧系统，并可配备双燃料燃烧系统，如在以天然气为主燃料时，可以轻油为辅助燃料。
当天然气供应发生故障时，机组可自动切换到轻油燃烧，使燃机不因燃料供应故障而停机，进一步保证了机组的可靠性和可用性。
机组也可根据要求，在一定条件下使用双燃料混合燃烧。
此外，F级燃气轮机可燃用低热值燃料，从而扩大了发电厂的燃料使用范围和灵活性。
F级燃气轮机应用于IGCC电厂，可GE公司在其制造MS6000型、MS7000型和MS9000型机组的基础上，发展完善了底盘部套、控制和辅机组合一体的快装模块结构，这种标准化布置可减少管道、布线及其他现场相关联接的工F级燃气轮机还显示出不同寻常的环保特点。
透平叶片的多学科设计优化系统
透平叶片的多学科设计优化系统王婧超1李立州2岳珠峰1西北工业大学透平叶片的多学科设计优化系统王婧超1李立州2岳珠峰1（1 西北工业大学工程力学系，陕西西安 710072）（2 西北工业大学航空学院，陕西西安 710072）摘要：本文建立了一个全三维透平叶片多学科设计优化系统，并对某叶片进行涉及四个学科的优化分析。
在一体化多学科优化系统中，采用五次多项式方法进行三维透平叶片的参数化建模，直接插值法完成学科间载荷及信息的传递，多岛遗传算法及二次序列规划法进行问题的寻优。
实例分析结果表明，该系统稳定可靠，优化算法选择合理，能够使透平叶片性能得到提高，具有应用于工程实践的可行性及可靠性。
关键词：三维透平叶片多学科设计优化一体化优化方法Multidisciplinary Design Optimization Systemfor Turbine BladeWang Jingchao1, Li Lizhou2, Yue Zhufeng1（1 School of Mechanics Civil Engineering and Architecture,Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072）（2 School of Aviation, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072）Abstract: This paper presents a Multidisciplinary Design Optimization (MDO) system for turbo-machinery blade design which involves four disciplines: aerodynamics, heat transfer, stress and modal. The blade profile of a three-dimensional blade is built using quintic polynomial method. The load transferring from aerodynamics analysis results to the structural model is done by an interpolation method. Multi-island Genetic Algorithm (MIGA) together with Sequential Quadratic Programming (NLPQL) optimization technique is used as optimization searching method. The All-At-Once (AAO) method is used to set up the MDO system. The procedure of optimization shows that this system is stable and feasible, and can be used to optimize turbine blades. And the result of optimizing a true blade shows that the overall performance of the blade is improved remarkably, and proves the optimization procedure implemented in this paper is effective.Key words: three-dimensional Turbine Blade Multidisciplinary DesignOptimization (MDO) the All-At-Once (AAO) method1 三维透平叶片的多学科设计优化发动机透平叶片作为航空发动机的重要关键部件，由于其问题本身的复杂性，需要考虑的学科及因素较多，始终是国内外航空领域研究的重点。
7-燃气轮机-第七讲 燃气透平的基本参数和特性
第四章 燃气透平工作原理和结构
1、燃气透平工作原理 2、燃气透平的基本参数和特性 3、燃气透平结构 4、燃气轮机振动事故处理
一、多级压力级涡轮的基本参数
一、涡轮的变工况
• 所谓涡轮工况的变化，通常指各工况参数的变化： • (1)转速nT； (1)转速n 转速 • (2)涡轮级前压力和温度（p3*、T3*）等进气参数的变化； (2)涡轮级前压力和温度（ 涡轮级前压力和温度 • (3)涡轮级后背压 （p4）等参数的变化。 (3)涡轮级后背压 等参数的变化。 • 会导致各级间的焓降重新分配、速度三角形的变化以及 在叶片进口出现冲角等； • 最终必将引起涡轮级的综合参数的变化，如流量、轴功 以及效率等性能参数。
1、膨胀比πT* 膨胀比π
* * * * π T = π T 1 × π T 2 × ⋅ ⋅ ⋅ × π Tn
n为级数。
2．涡轮的轴功率
（1）内功率NT 内功率N ——涡轮内功 涡轮内功L ——涡轮内功LT为各级轴功之和
LT = ∑ LTi = ∑ H = ∑η H = η
i =1 i =1 * i i =1 * sti * is
G T T3* p
* 3
p π = p
* T
* 3 * 4nT Tຫໍສະໝຸດ * 3LT * T3
η
* T
涡轮特性的表示
G T T3* π * , n T 一般 = f1 T * p3 T3*
* π * , n T ηT = f 2 T T3*
燃气轮机电厂部分负荷性能优化与效果评估
燃气轮机电厂部分负荷性能优化与效果评估摘要：天然气联合循环机组因其启停快、灵活性好、效率高、排放清洁、建设周期短而受到中国市场的青睐。
面对世界范围内的环境污染和我国恶劣的环境形势，我们必须采取更严格的环境保护要求来应对。
面对日益严峻的环境保护压力，国内外市场正在引导或迫使燃气轮机制造商推出更清洁、更环保、更高效的燃气轮机发电技术，以实现更低的污染物排放和更好的机组性能。
关键词：燃气轮机电厂；负荷性能；优化；效果评估1部分负荷性能变化在机组正常运行期间，机组的运行状态将根据电网需求进行调整。
在大多数情况下，燃气轮机处于部分负荷运行状态。
当燃气轮机在部分负荷下运行时，随着负荷率的降低，效率开始逐渐下降。
当负荷率下降到较低水平时，燃气轮机的效率急剧下降。
由于燃气轮机出力的减少以及燃气轮机向余热锅炉排放的能量的减少，汽轮机出力也显著降低，导致联合循环出力和效率降低。
通过研究比较发现，随着燃气轮机负荷的逐渐降低，进口可调导叶（IGV）逐渐减小，进口流量逐渐减小，压缩机和涡轮的部件效率降低。
此外，由于压缩机效率对工质流量的变化非常敏感，当流量降低到一定值时，压缩机效率急剧下降。
2部分负荷性能优化的实现方案从热力布雷顿-朗肯联合循环的角度来看，提高联合循环效率的最直接途径是提高涡轮前端温度。
对于用于发电的西门子式重型燃气轮机，传统的运行控制策略是保持燃气轮机的废气温度与满负荷时的废气温度一致。
然而，由于部分负荷下燃气轮机压力比降低等原因，燃气轮机的前部温度远低于可以达到的最高温度，这使得该策略没有充分利用燃气轮机部分负荷时涡轮叶片的温度承载能力。
此时，提高涡轮机前部温度仍有一定的余地。
因此，在部分负荷条件下，可以提高汽轮机前部温度，从而提高机组效率。
对于AE系列燃气轮机，增加部分负荷下汽轮机排气温度修正（tetC）的设定参数，可以提高部分负荷下的汽轮机前部温度，达到提高效率的目的。
在燃气轮机方面，tetC的计算将受到机组运行边界条件（环境温度、压力、湿度、进排气压力损失、燃料成分等）、负荷率、老化状态和其他因素的影响，以及涡轮机空气动力学特性和涡轮机叶片温度的影响。
燃气轮机透平叶片涂层技术
8
燃气轮机及其内部透平叶片
根据燃气轮机型号用途不同，每一级的叶片数量和材料也不一 样，其中高压燃气室工作条件恶劣，叶片由于腐蚀寿命短于其 疲劳寿命，使用一段时间后必须修复表面抗腐蚀涂层，保证叶 片的服役寿命。
2015/3/20 中国科学院金属研究所 表面工程叶片工作在温度最高、环境最恶劣的高压燃气室内， 对材料要求严格，主要由单晶高温合金、粘结层和陶瓷层组成。 为提高其使用温度，叶片还配有冷却系统。
燃气轮机透平叶片涂层技术
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
1
燃气轮机应用
发电 舰艇 航空器
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
2
世界上主要的航空发动机生产商
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
3
燃气轮机及其内部透平叶片
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
2015/3/20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 10
冷却系统
高压燃气室温度 1700~1850℃
空气冷却后叶片工作温度 1400~1500℃
高温合金工作温度
1000~1100℃
通过空心叶片冷却系统可以将叶片工作温度降低到1400~1500℃ ，而陶瓷隔热层可以进一步将其降低到高温合金允许的工作温 度 1000~1100 ℃ 2015/3/20 11 中国科学院金属研究所 表面工程研究部
三级高压燃气室叶片 四代航空设计: 效率高 空心冷却: 服役寿命长 单晶材料：力学性能优越 耐腐蚀粘结层：良好韧性和耐腐蚀性能 陶瓷涂层：隔热性能良好
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
低热值燃料燃气轮机燃烧特性及技术优化
现代经济信息低热值燃料燃气轮机燃烧特性及技术优化范洪武 上海电力股份有限公司罗泾燃机发电厂摘要：低热值燃气轮机具有燃料成本低、能源转化效率高等特点。
但由于其燃料特性复杂，在实际运行中存在诸多问题。
本文通过介绍低热值燃料燃气轮机发电技术，探索其燃烧特性，并提出了有针对性的技术优化措施以满足低热值燃料燃机稳定运行的要求。
关键词：低热值燃料；燃烧特性；燃气轮机；联合循环发电中图分类号：TK16 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2019)015-0370-02引言低热值燃气发电技术最早起源于美国，早在上世纪70年代，美国就已经建造了多座运用钢厂高炉煤气为原料的燃气轮机CCPP 项目。
在国内，低热值燃气发电技术最早在宝钢145MW燃气发电项目中实施落地，选用的为三菱公司的重型燃气轮机。
之后的十多年，相继有十几家国内钢铁企业根据生产实际需要，落地了多个低热值燃气轮机CCPP项目。
在技术方案上，低热值燃气发电技术具有极好的燃料适应性，因此对燃气轮机的技术要求也更高。
不仅需要能适应普通高炉煤气、焦炉煤气、合成气及天然气，同时对于燃烧调整、热通道部件的检修也提出了极高的要求。
本文以燃用低热值兰炭合成尾气的上海电力哈密燃气发电项目为例，通过一系列设备改造、系统调试及运行经验的积累，探索低热值燃料燃气轮机燃烧特性及其技术优化。
一、低热值燃料燃气轮机发电技术标准燃气轮机主要以天然气和轻馏油为燃料。
作为非标型燃气轮机则主要以中低热值可燃气体为燃料。
中低热值燃料是指煤化工/生物质化气体、石化尾气、高炉气/转炉气、焦炉气/煤热解气等，以CO和H2为主要可燃成分，其热值通常在3-17MJ/ Nm3之间。
哈密燃机项目选用的机型为美国通用公司的PG9171E 型燃气轮机低热值版，项目以煤化工兰炭伴生尾气为主要燃料，燃料热值为6.3-7.6 MJ/Nm3，分子量约为26，属于典型的低热值可燃气。
(见表1)兰炭尾气主要燃烧成分为CO与H2，在制备上属于工艺副产物，生产过程中会残留大量的杂质，如焦油、灰尘、水分、苯、萘、氨、硫等成分，其洁净度远远不能满足燃气轮机燃烧的规范要求。
燃气轮机性能分析报告3——透平特性的计算
动力与能源工程学院燃气轮机性能分析（报告三）学号：专业：动力机械及工程学生姓名：任课教师：2010年4月透平特性的计算一、透平特性计算的意义目前，燃气轮机已广泛应用于航空、船舶、发电等诸多领域，提高燃气轮机的性能已成为人们关注的焦点。
透平变工况通常是指转速、入口压力、温度以及出口压力的变化。
上述参数的变化将会导致级间热降的重新分配、速度三角形的变化以及流动损失的改变，最终引起涡轮级综合参数(流量、效率以及功率)的变化。
讨论变工况可以更好的了解已设计好的透平在工况变动时性能的变化(如功率、效率、扭矩等)和各参数的变化规律。
使运行时能情况明了。
一个好的透平，应该在设计工况和变工况下都是工作良好的。
在设计时，就要预先考虑变工况的性能，对于变工况运行时间较长的机组，尤其要注意到这点。
工况变动的多少，要视具体任务而定。
如机车的燃气轮机，在拖动平原地区长途特快客车时，工况就变得少，如果是站内调度车厢之用，工况就变动得多。
此外，讨论透平变工况还可以为整个装置的变动工况计算及调节控制系统设计提供必要的数据。
二、特性线获取的方法概述变工况特性曲线的决定方法分实验和计算两种。
实验法可以得到比较准确的数据，也是校核计算法是否准确的客观标准。
但实验法要有一定的设备和消耗，在机器未制造出来以前，也无法进行。
整台透平试验，要有足够大的风源，只有专门的科研生产机构才能实现。
当然，也可根据相似原理，做缩小比例的模型试验，此时就要做模型。
总之，试验费用是昂贵的。
实验法是好，但不易办到。
计算法虽准确度差点，却容易实观。
计算的方法较多，把用经验公式或类似机组的比拟方法除外，则现存的计算法基本原理都差不多。
把透平看成一个流道，以平均直径处基元级代替级，在各轴向间隙(即前述之特征截面)处满足基本方程(即连续方程、能量方程、运动方程和状态方程)，就可推算出各不同相似准则数下(如膨胀比和折合转速)，其它准则数(如效率、折合流量等)为多少。
各种方法的不同大致是由计算时选用的叶栅损失模型、简化假定和计算技巧不同造成的。
TRT发电透平机静叶改造及创新
TRT发电透平机静叶改造及创新2河钢集团邯钢公司邯宝热轧厂，河北邯郸 056000摘要：TRT是一种二次能量回收装置，利用高炉煤气的余压和余热将动力传递给汽轮机，驱动相关设备，期间的压力能在透平膨胀机的作用下转化为机械能，并将能量传递给同轴发电机，发电机发出电能输送电网。
随着材料科学和机械制造技术的发展，TRT透平机得到了广泛的应用。
本文分析了TRT透平机的工作原理，结合我公司的实际，总结了TRT汽轮机的维护保养措施。
关键词：TRT发电；透平机静叶改造；创新引言在过去的一个世纪里，工业技术的发展极大地提高了人们的生活水平，各种机械也朝着低速、小型化、低压、低温、低功耗的方向发展。
透平机是工业领域的核心设备，被称为工业生产的“心脏”。
在过去的三十年里，材料科学和机械制造技术的发展推动了透平机技术的进一步发展。
为了保证透平机投入使用后的正常运行，必须严格掌握安装和维护环节。
1 项目背景钢铁企业所生产的高炉煤气在经过除尘净化以后，通过减压阀组将约220kPa的压力降至合适的压力，再输送给了用户。
这一个过程造成了高炉煤气残余压力的浪费。
目前，TRT可以将高炉煤气的残余压力转化为机械能，然后再转化为了电能。
减压以后的气体再输送给最终的用户，将未使用的气体残余压力转化为电能，从而获得了一定的经济效益。
一般情况来说，通过TRT机组的静叶片调节高炉炉顶压力比控制减压阀组更加有效。
2 原因分析在TRT生产过程中，由于气体中存在一些灰尘和冷凝液，静叶片可能会被卡住，静叶片调整过程频繁。
在日常生产中，如果静叶片卡住，连接静叶片和液压缸的手枪板固定销生锈断裂，仪表和控制测量显示错误，就会产生以下结果：首先，如果出现静叶片卡住的情况，会造成静叶片调整困难或静叶片不动事故。
当情况严重时，高炉顶部的压力会持续上升到250kpa，这将导致顶部安全阀打开，从而减少高炉内风事故的发生，会造成叶片静止。
如果一侧断裂，高炉顶部压力会频繁波动，仪表控制和测量显示不准确，导致差异很大，对高炉顶压调节造成影响。
直播预告丨看这里！手把手带你完成透平叶片三维CFD自动优化
直播预告丨看这里！手把手带你完成透平叶片三维CFD自动优化面临全球气候问题加剧和“双碳目标”的时代背景，能源市场也在经历着前所未有的考验。
相比传统的蒸汽轮机、燃气轮机等传统发电机组，超临界二氧化碳机组在运行效率和清洁性上更胜一筹。
因此，在未来清洁能源发展的路途中，超临界二氧化碳系统和其中的叶轮机械装置扮演的角色将愈发重要。
超临界二氧化碳（sCO2）发电技术最大的特点为具有更高的发电效率和更少的碳排放量、更少的水资源损耗，以及相比传统发电装置尺寸缩小数十至几十倍，因此当仁不让成为了当下全球炙手可热的新型发电技术研究方向之一。
此外，sCO2循环也可以嵌套在传统发电循环底部，带来非常大的灵活度。
不过，尽管sCO2技术的发展能够将高效清洁能源发展带到一个全新高度，但sCO2系统循环所需要的压缩机和透平设备功率密度极高如何能够考虑sCO2独特的物理特性，高效完成气动设计优化工作，依然给相关技术的部署带来了不小挑战。
为了能在高效透平设计的基础上，兼顾三维叶片对流道带来的影响并执行相应优化，西门子联合SoftInWay公司推出了一套成熟的自动化叶型寻优解决方案。
通过“三步走”，就能让复杂的三维叶片设计优化工作变得有章可循。
首先，借助SoftInWay旗下的AxSTREAM设计平台，用户可以通过考虑实际sCO2的物理性质，迅速获得从零开始的初步二维优化后的设计方案结果。
随后，在AxSTREAM的叶片参数化建模功能的帮助下，用户可以生成不同形状的三维叶片，并无缝导入至Simcenter STAR-CCM+中进行叶片的三维CFD计算分析。
最后，通过使用Simcenter HEEDS平台，用户可以连接以上两种工具（或任意其它软件工具）实现自动化的寻优流程，轻松解锁三维优化后最终的叶片结果。
运用上述解决方案，用户可以让三维叶片的设计和优化工作变得简单、完整并且高效。
在获取最佳机器几何方案的同时，还能将整个研发周期缩短30%到50%，堪称涵盖叶片三维CFD优化在内的透平设计的“效率神器”。
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正问题法
己知叶栅的几何参数，要求解出流场，求得叶片表面的速度、压力等分布。 正问题方法设计叶片，就是利用正问题的计算结果修改几何参数，反复进 行正问题计算直到获得满意的气动参数分布为止。
反问题法
给定叶片表面的压力分布，通过数值方法反求得叶片的几何形状。
数值优化设计
通常需要在某种叶片参数化表达基础之上，通过流场模拟及优化算法，确 定某个参数或某几个参数，以满足给定的气动目标。
控制厚度分布的各参数意义如下: —前缘厚度，定义为中弧线前缘 点圆半径尺与L的比值; —尾缘厚度，定义为中弧线尾缘 点圆半径凡与L的比值; —最大厚度，定义为中弧线上最 大圆的半径凡与L的比值; —最大厚度位置，定义为前缘点 到最大圆圆心的轴向距离瓜与轴向弦
长L的比值;
透平叶片参数化表达
二维叶形
中弧线采用三次曲线的造型方法。三次曲线表示为: 通过下面的控制方程确定三次曲线的系数:
透平叶片优化设计
案例
叶栅入口给定总压03bar，总温288.2K，出 口给定质量流量0.006kg/s。径向两个边界面设 置为无粘边界条件，叶片表面为绝热壁面条件，
湍流模型采用
模型，近壁采用壁面函数法，
差分格式为二阶精度。
透平叶片优化设计
案例
参与正交试验设计的变量为: 其余参数L，a1，和a2取值与原始叶型相同。 和叶片数z，它们的水平设置如表所示，
P2P4，当n取得足够大时，把所有相
邻两圆切线连接起来就是包络线。
透平叶片参数化表达
三维叶形——扭叶片
扭叶片的成型是通过控制二维叶型造型参数在径向的变化来实现的。以Mi(i=1一12)表示二维 叶型的某造型参数，以r(0<r<1)表示相对叶高，设任意叶高位置处的参数为Mi=Mi(r);令Mi(r) 为r的n次多项式，只要确定Mi(r)的表达式就可以确定任意叶高位置处的二维型线。要确定 Mi(r)表达式，则需要(n+1)个截面的二维叶型，也即需要12x(n+l)个参数。以选取三个截面 为例，选定叶根(r=0)，叶顶(r=l)和中间截面(r=o.5)三个截面的二维叶型，确定每个叶型的造 型参数(共36个参数)，则可以确定Mi(r)的变化规律为r的二次多项式。当入口或出口几何角沿 径向改变时，得到扭叶片;当轴向弦长沿径向变化时，得到变弦长的叶片。
采用MATLAB在响应面上寻优，得到当z=50， =0.4216时， 的误差为: =0.952。其余参数按照 原始叶型选取，响应面预测值与CFD计算值之间
透平叶片优化设计
案例
由CFD计算得到表5.1所对应的叶片原始叶片绝热效率为 =0.9304，优化后叶片绝热
效率比优化前提高了约2%。优化前后叶型对比如图:
一列喷管叶栅 + 一列动叶栅 = 汽轮机作功的基本单
元（汽轮机级）
燃气透平的工作原理
c c 圆周速度（ u 2）， u1 、 相对汽流速度（ w1 、 w2），
绝对汽流速度（ 1 、 2 ）， 构成了级速度三角形。
按一定的比例和矢量相加规则绘在一起，就
燃气透平叶片设计及优化发展
叶片设计及优化
试验设计（DOE）
正交试验方法
正交试验设计是用于多因素试验的一种方法，它从全面试验设计的试验点中挑选出一部分点
构成正交表，正交表中的这些点具有“均匀”和“整齐”的特点。
透平叶片优化设计
正交试验方法
正交试验方法正交表是正交试验设计中用于安排多 因素试验的一类特殊的表格，一般用代号 它的含义是: 表示正交表; 表示， 表示试验次数; q 表示因
素的水平数; m表示表格的列数，也就是表格最多能够
安排的因素个数。任何一张正交表都必须满足如下两个 条件:①任一列的所有水平的重复数相同;②任两列的所 有可能的水平组合的重复数相同。凡满足这两个条件的 表就可以称为正交表。 对正交试验设计的结果所进行的分析主要有直观分 析和方差分析。直观分析就是根据试验的结果分析试验 值随着因素水平的变化而变化的趋势，直观的找出使得 试验目标最优的因素水平的组合
透平叶片优化设计
响应面方法（RSM）
RSM就是寻求响应和因子集合之间的真实函数关系的一个合适的逼近式。 如果响应适合于因子的线性函数模型，则近似函数是一阶模型:
如果响应非线性，则必须用更高阶的多项式，例如二阶模型:
透平叶片优化设计
案例
NASA某动叶中间截面二维叶型为初始叶型，对其进行优化。考虑优化指标参数为绝热效 率
透平叶片参数化表达
二维叶形
控制中弧线各参数的意义如下: —中弧线轴向弦长; —几何入口角，定义为中弧线在 前缘点的切线与x轴的夹角; —几何出口角，定义为中弧线在
尾缘点的切线与x轴的夹角;
—中弧线极大值点轴向位置，定 义为前缘点到极大值点的轴向距离 凡与轴
向弓玄长L的比值。
透平叶片参数化表达
二维叶形
透平叶片参数化表达
三维叶形——弯叶片
—叶高;
—叶根弯角，定义为积叠线在叶
根处的切线与径向的夹角; —叶顶弯角，定义为积叠线在叶 顶处的切线与径向的夹角; —最大弯度，定义为切向的最大 偏移量吼与的l比值; —最大弯度处的相对叶高; —直叶片区域高度，定义为与叶 高l的比值; —叶顶偏移量，定义为ct与l的 比值，表征叶片的倾斜程度。
透平叶片优化设计
案例
①任一列的所有水平的重复数
相同;②任两列的所有可能的水
平组合的重复数相同。凡满足 这两个条件的表就可以称为正 交表。
透平叶片优化设计
案例
透平叶片优化设计
案例
透平叶片优化设计
案例
m1Pm 3.000
透平叶片优化设计
案例
透平叶片优化设计
案例
在正交试验设计样本点基础之上，建立二阶响应面模型。
燃气透平的工作原理
当高温高压的燃气流过透平静叶（喷嘴）时，使气流 加速，相应地燃气的压力和温度却会逐渐下降。在静 叶中燃气的部分焓值转化成为动能，当这股具有相当
速度的燃气以一定的方向喷射到工作轮上的动叶流道
中去时，就会在动叶片上产生周向分力，从而推动工 作叶轮连续旋转，并使燃气速度下降，在这个过程中 ，燃气就把部分能量传递给了工作叶轮，使叶轮在高 速旋转中对外界作出机械功。
透平叶片参数化表达
三维叶形——弯叶片
当 同时为零时，积叠线为直线，三维叶片是直叶片;当H=0时，积叠线变为
双三次曲线。
技术的发展，对叶轮机械内部流场进行比较准确的数值模拟成为了可能，但是仅仅 依靠CFD正问题计算进行叶轮机械部件的设计是远远不够的，这样势必花费巨大的人力成本、 占用过多的计算资源。
——机械学前沿
主讲：蔡盛宗 指导老师：傅燕鸣
目录
燃气透平的工作原理 燃气透平叶片设计及优化发展 透平叶片参数化表达 透平叶片优化设计 总结
主文献：透平叶片与汽轮机排汽系统气动优化设计方法研究.陈川，中国科学 院研究生院。
燃气透平的工作原理
燃气透平是燃气轮机的主要部 件，它的功能是把高温、高压 燃气中的能量转变为机械功。
由以上方程组解得三次曲线的系数为:
透平叶片参数化表达
二维叶形
厚度分布也用三次曲线控制，表示为: 通过下面的控制方程确定三次曲线的系数:
透平叶片参数化表达
二维叶形
点O与点C是中弧线上相邻的两点，圆O与圆C是中弧线上 相邻两圆，有 其中： (n为中弧线沿轴向划分的份数)。
同理可求得P3和P4。连接P1P3和
总结
本次PPT主要介绍了燃气轮机透平叶片的参数化设计及其优化方法。
核心思想
基于非均匀有理B样条曲 线（NURMS）
Fluent