最新燃气轮机叶片冷却技术

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例：M701F叶片冷却技术。
（a）M701F第一级静叶冷却结构图
（b）M701F第一级静叶冷却结构图
图12__M__7_0_1__F_第__一___级__叶__片___冷__却__结__构图
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（4）层板冷却
燃气轮机叶片冷却技术
专 业：化机 学 生：陈连军 指导老师：魏进家教授
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2009.4.10
目录
❖ 燃气轮机简介
❖ 燃气轮机热力循环
❖ 当前燃气轮机存在的主要问题
❖ 燃气轮机叶片冷却技术
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（3）气膜冷却
图10 典型的气膜冷却叶片
图11 气膜冷却简图
气膜冷却是一种广泛采用的有效冷却技术，它通过在高温部件表面开设槽缝 或者小孔，将冷却介质以横向射流的形式注入到主流中。在主流的压力和摩 擦作用下，射流弯曲并覆盖于高温部件表面，形成温度较低的冷气膜，从而 对高温部件起到隔热和冷却作用。透平叶片采用气膜冷却后，可以提高透平 进口温度，增加热效率_，__提___高__推__重__比___及__降__低___油__耗__。_
cpT3*[1(1)kk1]cpT1*[kk11] ___________________________ _______________________
三、当前燃气轮机存在的主要问题
1、提高效率问题
提高燃气温度是提高燃气轮机效率的主要手段
•研制高温材料：陶瓷叶片
•改进冷却技术
提高压比
•提高单级压比：采用跨声速级，压比可达1.5~2.0
1、高温部件的抽气冷却方法
冲击冷却
叶 内部强化对流换热
片 冷
气膜冷却
却 方
层板冷却
法 壁面通道冷却
热管冷却
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______________图___5__各___种_ 冷却形式及效率图
(a) 典型的动叶片冷却
(b) 典型静叶片冷却
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（2）内部强化对流换热
燃气温度较低时只需在通道内
部有适量的冷气流流动将热量
带走就可使叶片正常工作，随
着燃气温度的提高，通道内壁
面开始布置扰流肋来带走更多
的热量，扰流肋的增加可使换
热增强2~3倍。肋可使主流发生
再附着，在肋后可形成漩涡流
图8 扰流柱冷却结构
图6 典__型___的__叶__片___冷__却_________
（1）冲击冷却
冲击冷却属于对流换热， 是强化换热的一种手段。 冲击冷却主要是利用高 速气流冲刷被冷却表面， 以达到冷却目的。多用 于高温部件的内部，特 别是涡轮叶片的前缘部 位。主要缺点是压力损 失大、容易造成被冷却 区域较大的温度梯度、 引起热应力。在冷气流 冲击的驻点区壁面上有 很高的换热系数，因此 可以利用这种方式进行 图7 冲击冷却结_构__________________________重点冷却。
一、燃气轮机简介
燃气轮机是将气体压缩、加热后在透平 中膨胀，把其部分热能转换为机械能的 高速回转式动力机械。它一般由压气机、 燃烧室、透平、控制系统及基本的辅助 设备组成，它输出的功率用来驱动发电 机、泵、鼓风机、螺旋桨或车轮等负荷。
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（a） 层板结构示意图
（b） 多孔层板全气膜传热
图13 层板冷却结构及传热图
在高温部件冷却中，为了有效利用空气，在形成气膜之前，一定要增强内部
对流换热，可以通过内部对流冷却、冲击冷却、扰流柱、肋壁等强化换热方 式对叶片进行冷却。基于这种理论及全气膜冷却形成了多层壁气膜冷却结构。
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4、简省维护问题
5、高效变工况问题
6、降低材料工艺成本问题
叶片型线要求高，高温合金硬度高，加工困难。
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ห้องสมุดไป่ตู้
四、燃气轮机叶片冷却技术
燃气轮机的效率随着涡轮入口温度的提高而增加。目前的燃气温度已经 远高于叶片材料的温度极限，所以必须对涡轮叶片进行有效的冷却才能 保证涡轮的正常工作。
•提高整机压比
余热利用
•回热 •燃气蒸汽联合装置 •总能量综合利用
蒸汽回注技术
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2、燃用便宜材料同时限制污染及腐蚀问题
重燃料、核燃料； 降低NOX的排放。
3、增加单机功率问题
单机功率受燃气温度和流量等的限制
2 2 C 1
1
B
3
3
T
4
4
图3 理想燃气轮机循环布置_图__________________________
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p23
3 T
2
4
1
4 1
v
s
图4 理想燃气轮机布雷顿循环p-v、T-s图
理想循环比功 w ：
wwT wC cp(T3*T4*)cp(T2*T1*)
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图2 6FA燃气轮机示意图
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二、燃气轮机热力循环
1——2 绝热压缩 2——3 等压加热 3——4 绝热膨胀 4——1 等压放热
动。在附着流动可以显著提高 换热系数，漩涡流动虽然可以
使换热得到增强，但是在肋根
处由于速度接近0反而使换热减
弱。倾斜布置肋时，扰流肋会
起到导流作用，在带肋壁面附
近会形成平行于肋方向的二次
流动，从而使斜肋的换热效果
图9 肋通道冷却结_构________________比___直__肋__的___换热效果更佳。
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（5）壁面通道冷却
图14 壁面通道冷却结构