燃气轮机涡轮培训课件.pptx

1、冲动式涡轮
燃气只在喷嘴中膨胀加速，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 P1p2，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；
w1 = c1 – u1
w1 c12 u12 2c1u1 cos1
sin
1
c1
sin 1
w1
动叶出口处 2-2 静叶
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
一般 1=14~20°
u 动叶
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。
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
高温气流 喷嘴膨胀高速气流 动叶中转向 叶轮旋转
（热能） p T i （动能）p T i （机械功）
但c
c 但w
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
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！）
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。
T=0.5基元级的速度三角形
假设：c2x= c1x u1= u2= u
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 大小相等 1= 2 方向相反
T=0 冲动式基元级的速度三角形
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。
(轴流级u1≈ u2 )
T>0
反动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）。
压气机级 基元级的速度
气流转 折角
w1
w2
2
1
u
cx c1 c2
1
c2 = w2  cos 2
sin 2
w2
sin c2
2
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 ； ③一般圆周速度u1≠u2。
喷嘴 0-1
燃气流过喷嘴后，压
静叶
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。
u 动叶
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
一般 1=14~20°
u 动叶
假设：c2x= c1x u1= u2= u
c1
w1
1
1
u
w2
2 c2 2
u
w1= w2 1= 2
相对速度w1、w2
关于轴对称
大小相等 方向相反
四、涡轮基元级中各速度的确定
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。
1、喷嘴出口（c1s与c1）
喷嘴中（0-1s），气体流动为稳定流动。
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。
c1< c1s i1>i1s
两种表示:
(1)用速度系数表示：
c1 c1s
( 0.94~0.98)
(2)用多变膨胀过程(n<kT)表示：
c12s
i0*
喷嘴中的理论焓降
c1s 2(i0* i1s ) 2H1s
喷嘴中的膨胀比
或c1s
2cpT (T0* T1s )
2
kT kT 1
RgT
* 0
[
1-
(
p0* p1
-
)
kT -1 kT
]
燃气的气体常数 Rg 0.297 kJ/(kg K) 绝热指数 kT 1.33
实际流动（0-1）：
涡轮基元级的选取
Dm 喷嘴 叶轮
注意:
(1)静叶在前,动叶在后;
1
(2) 叶片间通道截面渐缩;
(3)叶片运动方向由叶腹→
叶背;
2
(4)叶片厚实且弯曲角大。
静叶 1
u 动叶
2
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
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。
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。
P2<p1 ，w2 > w1
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，其余地继续在动叶栅中膨胀。
理想情况：
q
(i1s
i0 )
1 2
(c12s
c02 )
L
绝热膨胀：q=0；喷嘴静止不动：L=0
0
(i1s
i0 )
1 2
(c12s
c02 )
i0*
i0
1 2
c02
i1s
1 2
c12s
c12s
c02 2
i0
i1s
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：
i1s
1 2