燃气轮机涡轮

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实际流动
n 存在粘性摩擦阻力 n 气流在喉部截面后某一截面达到音速，即
最有效流通截面不在喉部。 n 则喉部的实际最大相对密流q()<1，但相差
很小，一般不超过0.1%。
n 故粘性影响很小。
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3-2 轮周功、轮周效率、速度比 及多级涡轮
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动叶出口
T > 0时，w2>w1
对于理想情况1-2s，在相对坐标系中：
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•气体继续膨胀，静焓降低、相对动能增加，
•
即静压能转换为动能。
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实际流速：w2 < w2s
•动叶中的 理想焓降
•涡轮级 的理想焓 降
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•冲动式 T=0 w2 = w1
•
•u
•相对速度w1、w2
关于轴对称
•w1= w2
1= 2
•大小相 等方向相
反
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四、涡轮基元级中各速度的确定
n 气流速度的变化是反映能量 转换的重要表达式。
n 通过基元级内的能量转换情 况来确定气流速度。
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1、喷嘴出口（c1s与c1）
出流量GT； n 或者，已知设计流量，要求确定出
口截面积。
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理想情况下：
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理想ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ况下：
•临界压 比
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临界截面上的参数只与气体性质有关， 用来计算GT更方便。
•无因次流量 •（相对密度）
•无因次速度
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•图3-5(p81)
n 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。
n 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。
n
P2<p1 ，w2 > w1
n 工作动叶片的通道一般是收敛的.
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3、反动度T
n 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，其余地继续在动叶栅中膨胀。
n 将平均直径处的环形叶栅展开成平面叶栅，由喷 嘴和动叶的平面叶栅组成的级，称为基元级。
n （注意：与压气机级中的基元级定义不同！）
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涡轮基元级的选取
•Dm
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•喷嘴 叶轮
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注意: (1)静叶在前,动叶在后; •1
(2) 叶片间通道截面渐缩;
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/21
燃气轮机涡轮
n 燃气流过喷嘴后，压 力降低、温度下降， 流速c增加；
n 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
•u •动叶
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动叶进口处 1-1
气流以速度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。
•静叶
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压气机级 基元级的速度
•气流 转折角
•w1
•
1
•w2
•2 •u
•cx •c1 •c2 •1 •2
•u •c1u •c2u
•叶栅额线
•轴向分速度cx
•预旋c1u很小 ，而c2u较大 •则c2u和u一起决定L的数值。
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T=0.5基元级的速度三角形
• 假设：c2x= c1x u1= u2= u
c1< c1s i1>i1s
两种表示:
(1)用速度系数表示： (2)用多变膨胀过程(n<kT)表示：
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2、动叶进出口的气流参数
动叶进口
相对速度w1，由速度三角形求得: •c1
•w1
•1 •1
w1 = c1 – u1
•u1
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•静叶
•一般 •1=14~20 °
•u
•动叶
c2 = w2 + u2
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基元级的速度三角形
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n 把进出口的速度三角形画在一起。 n 注意：
n ①一般c2x c1x (c2x> c1x )； n ②气流转折角很大 （ >90°），
进出口速度三角形是分开的 ； n ③一般圆周速度u1≠u2。
•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。
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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。
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涡轮级中燃气参数的变化
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•喷嘴 叶轮
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1、冲动式涡轮
n 燃气只在喷嘴中膨胀加速，进入动叶栅中不 再膨胀；
n 依靠高速气流产生对动叶的冲击力来使叶轮 旋转作功。
n 工作叶片进出口气流的压力和相对速度几乎
不变，即 P1p2，w1 w2
n 工作动叶片的通道一般是等截面的。
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2、反动式涡轮
n 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；
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•c1
•w1
•1
•1
•u
•
•进出口速度
•c2 •w2 关于轴对称
•2
•2
•u
•c1= w2 •w1= c2
1= 2 •大小相
1= 2
等方向相 反
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T=0 冲动式基元级的速度三角形
• 假设：c2x= c1x u1= u2= u
•c1
•w1
•1 •1
•u
•
•w2
•2 •c2 •2
n 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
n
T = H2s / Hs
n 一般T =0.3~0.5
n
T =0时，冲动式涡轮；
n
T =0.5时，能量损失最小。
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4、叶片叶型
n 涡轮级中能量转换大，即气流速度高且转折大， n 相对于压气机叶型，涡轮叶片厚实且弯曲角大。
(轴流级u1≈ u2 )
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•T> 反动0 式涡轮基元级的速度
•叶栅额线
•c1
•w1
•1
•1
•u1
•c1u
• •2 •c2 •c2u
•w2
•2 •u2
•c2x > c1x •>90°
•c2u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=ucu）。
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喷嘴中（0-1s），气体流动为稳定流动。
•理想情况：
绝热膨胀：q=0；喷嘴静止不动：L=0
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•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。
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理想情况：
•喷嘴中的理论焓降
•喷嘴中的膨胀比
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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。
(3)叶片运动方向由叶腹
→叶背;
•2
(4)叶片厚实且弯曲角大。
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•静叶 •1
•u •动叶
•2
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2、基元级的速度三角形
n 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，
n
即c = w + u
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喷嘴 0-1
若不考虑损失， =1， w2=w1
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动叶出口的绝对速度c2
由速度三角形求得
c2 = w2 + u2
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c2—余速：
若被下级利用，则为下一级进口速度； 若不被利用，则为余速损失。
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五、通过喷嘴的流量 及通流面积的确定
若参数p0*、T0*及背压p1给定 ： n 已知喷嘴出口截面面积A时，可求
•一般 •1=14~20 °
•u •动叶
w1 = c1 – u1
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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。
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2020/11/21
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3-1 轴流式燃气涡轮的工作原理
n 一、涡轮级的概念
n 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。
n 单级涡轮：整台涡轮只有一个“级” n 多级涡轮：整台涡轮包含有几个“级” n 一般轴流式燃气涡轮采用多级。
•冲动级的动叶 片更为厚实、 弯曲角更大。
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三、基元级及其速度三角形
n 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。
n 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