燃气轮机二次空气系统的设计要求与布置特点分析
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为 了满 足二 次 空气 系统 的工作 要 求 ， 计 者 必 设
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却要求 ， 选择压力及温度合适的冷却空气源 ， 精确分 配冷却空气流量 ； ２ 密封 ： ） 减少漏气 ， 防止 轴承润滑油与高温燃 气 接触 ； ３ 腔室 增 压 ： 止 高 温 燃 气 漏 人 各 腔 室 ， 护 ） 防 保 部 件表 面 ； ４ 管路 结 构 设 计 ： 理 组 织 冷 却 空气 流 向 ， ） 合 合 理排放冷却空气 ， 提高循环效率 ； ５ 流动 特性 要求 ： 理 设 计并 精 确 计 算沿 程 各 ） 合 腔室冷却气流的流动特性， 尽量降低沿程压损和温
文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０９— ８ ９ ２ １ ）２— ０ ９— ４ １０ ２ ８ （０ ０ ｏ ０ ３ ０
中图 分 类 号 ：Ｋ ７ Ｔ ４３
几 十年 来 ， 高 燃 气 轮 机循 环效 率 的一 个 有 效 提 方 法就 是提 高燃 气 透 平 的燃 气 进 口温度 。 目前 ， 透 平 进 口温 度 以 平 均 每 年 提 高 ２ ０—３ ￣ 的速 度 增 ０Ｃ 长… ， 地面发电用燃气轮机的燃气进 口温度在 １ ７ ０ ３
具有适 当的负 载 。
５ 轴承系统的冷却与密封 ， ） 以防止燃 油的泄漏
以及可 能造 成 的润滑 油起 火 。
２ 二 次 空气 系统 设 计 要 求
总体性能要求 ： 改进二次空气系统 的设计技术
以尽量减少冷却空气用量 ， 提高冷却效 率。各种功
收稿 日期 ：０ ９一 ９—１ ２０ Ｏ ２ 基金项 目： 国家重点基础 研究 发展计划 资助项 目（ ０７ Ｂ ０ ７０ ２ ０ Ｃ ２ ０ ０ ） ２ ０ Ｃ ７ ７ ０ ，０ ７ Ｂ １ １７
各高温部件进行冷却。 ２ 防止 热 力 循 环 中 的燃 气 流 泄 漏 以保 证 绝 大 ） 部 分的燃 气流 经 叶片通 道作 功 。 ３ 提 高 叶轮及 气 缸 的各 腔 室 压力 ， ） 以免 高 温 燃 气 回流这 些 区域 ， 成过 热 。 造
４ 布 置各处 密 封 以平 衡 透平 内部 压 力 ， 轴 承 ） 使
度 已高达 ２ｏｏ 左 右 ， 大 于燃气 轮机 金属材 料所 ｏ ℃ 远 能 承受 的 ８０—９０ 温 度 范 围 。 由于耐 高 温 新 材 ５ ０℃
料开 发 的难度 越来 越大 ， 高初 温 的 同时将 更 多地 提
依 靠对 燃 气轮 机高 温部 件及 易燃 部件 进行 冷却 与保
护， 以保证燃气轮机系统 的安全性 、 效率以及合理的 寿命 。
第２ ３卷 第 ２期 ２１ ００年 ６月
《 燃
气
轮
机
技
术》
Ｖｏ． ３ Ｎｏ ２ １２ ．
Ｇ ＡＳ ＵＲＢＩ Ｔ ＮＥ ＴＥＣＩ Ｎｏ Ｌｏ ＧＹ － Ｉ
Ｊ ｎ ，０ ０ ｕ ．２ １
燃 气 轮 机 二 次 空 气 系统 的 设 计 要 求 与 布 置 特 点 分 析
张成利 王新 军 王 ， ， 松 赵世 全 艾 ， ， 松。俞 茂铮 ，
作者简介 ： 利（９２一 ， ， 张成 １８ ）男 硕士研究 生 ， 主要从事叶轮机械气体动力学与传热 。
燃气轮机技术
第２ ３卷
能 的具 体设 计 要求 如下 ： １ 冷却 ： 照燃 烧 室 和各 级 叶 片工 作 压 力 及冷 ） 按
６ 整体 结构 布置 上力 求简单 、 ） 紧凑 。
这 样 的一个 空气 系 统 称作 燃 气 轮 机 二 次 空 气 系 统 ， 或称 为燃气 轮机 空气 冷却 系统 ， 主要 功能 如 下 ： 其 １从 压 气 机 抽 取 部 分 压 缩 空 气 并 输 送 至 透 平 ）
１０￣ ０Ｃ的范 围 ， ６ 而航 空用 燃 气轮 机 的燃 气 进 口温
—
燃气 轮机 热力 循环 及透 平结 构特 点分 析 二次 空气 系 统 的功 能 、 设计 要 求及 系统 布置 特点 。
１ 二 次 空 气 系统 的 功 能
目前对燃气轮机进行冷却 的常用方法是从压气 机 中抽 出部分 压缩 空 气 ， 其 按 需 要 合 理 地 流 过 燃 使 烧室、 叶片、 轮盘等关键部件高温部位进行冷却与保 护 ， 流人 轮盘 腔 室进 行 增 压 ， 到 密 封 的作 用 Ｊ 或 起 。
用 于透 平 高 温部 件 冷 却 与保 护 、 封及 腔 室 增 密 压 的燃 气 轮机 内部二 次空 气 系统 的合理 设计 对燃 气 轮 机 的热效 率 与运行 安全 性具 有重 要影 响 。二次 空
气 系统 的设 计包 括 冷却空 气 流体 动力 特性 的精确 计
算、 冷却空气流路 的合理布置 、 叶片冷却结构的设计
（ ．西安 交通 大 学 能 源 与动 力工程 学院叶 轮机械 研 究所 ， １ 西安 ７ ０４ １０９；
２ ．东方汽轮机有限公司， 德 阳 ６８０ ） 四川 １００
摘 要： 燃气 轮机内部的二次空气系统是用于透平高温部件 的冷却与保护 、 密封及腔室增压 ， 二次 空气系统 的
合理设计对燃气轮机 的热效率 与运 行安全 性具有重 要影 响， 本文结 合某 型燃气 轮机 的热 力循 环及透 平结 构 特点分析 了二次空气 系统 的功能 、 设计要求及 系统布置特点 。 关 键 词 ： 气轮机 ； 次空气 系统 ； 燃 二 冷却
等一系列内容 ， 二次空气系统的冷却空气流量分配 与压 力 分布 的精 确性 直接 影 响到燃 气轮机 高 温部件 的冷 却 空气 消耗 量 及冷 却 效 果 ， 以及 密 封 与 腔室 增 压效 果 ， 而影 响到燃 气轮 机 的效率 与运行 安 全性 。 进 因此 ， 设计与运行人员必须对二次空气系统的设计 技术的开发和系统的运行管理给予足够的重视。 目 前， 由于各种原因 ， 公开发表的涉及燃气轮机二次空 气系统 总体设计技术 的文献很少 ， 本文将结合某型
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却要求 ， 选择压力及温度合适的冷却空气源 ， 精确分 配冷却空气流量 ； ２ 密封 ： ） 减少漏气 ， 防止 轴承润滑油与高温燃 气 接触 ； ３ 腔室 增 压 ： 止 高 温 燃 气 漏 人 各 腔 室 ， 护 ） 防 保 部 件表 面 ； ４ 管路 结 构 设 计 ： 理 组 织 冷 却 空气 流 向 ， ） 合 合 理排放冷却空气 ， 提高循环效率 ； ５ 流动 特性 要求 ： 理 设 计并 精 确 计 算沿 程 各 ） 合 腔室冷却气流的流动特性， 尽量降低沿程压损和温
文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０９— ８ ９ ２ １ ）２— ０ ９— ４ １０ ２ ８ （０ ０ ｏ ０ ３ ０
中图 分 类 号 ：Ｋ ７ Ｔ ４３
几 十年 来 ， 高 燃 气 轮 机循 环效 率 的一 个 有 效 提 方 法就 是提 高燃 气 透 平 的燃 气 进 口温度 。 目前 ， 透 平 进 口温 度 以 平 均 每 年 提 高 ２ ０—３ ￣ 的速 度 增 ０Ｃ 长… ， 地面发电用燃气轮机的燃气进 口温度在 １ ７ ０ ３
具有适 当的负 载 。
５ 轴承系统的冷却与密封 ， ） 以防止燃 油的泄漏
以及可 能造 成 的润滑 油起 火 。
２ 二 次 空气 系统 设 计 要 求
总体性能要求 ： 改进二次空气系统 的设计技术
以尽量减少冷却空气用量 ， 提高冷却效 率。各种功
收稿 日期 ：０ ９一 ９—１ ２０ Ｏ ２ 基金项 目： 国家重点基础 研究 发展计划 资助项 目（ ０７ Ｂ ０ ７０ ２ ０ Ｃ ２ ０ ０ ） ２ ０ Ｃ ７ ７ ０ ，０ ７ Ｂ １ １７
各高温部件进行冷却。 ２ 防止 热 力 循 环 中 的燃 气 流 泄 漏 以保 证 绝 大 ） 部 分的燃 气流 经 叶片通 道作 功 。 ３ 提 高 叶轮及 气 缸 的各 腔 室 压力 ， ） 以免 高 温 燃 气 回流这 些 区域 ， 成过 热 。 造
４ 布 置各处 密 封 以平 衡 透平 内部 压 力 ， 轴 承 ） 使
度 已高达 ２ｏｏ 左 右 ， 大 于燃气 轮机 金属材 料所 ｏ ℃ 远 能 承受 的 ８０—９０ 温 度 范 围 。 由于耐 高 温 新 材 ５ ０℃
料开 发 的难度 越来 越大 ， 高初 温 的 同时将 更 多地 提
依 靠对 燃 气轮 机高 温部 件及 易燃 部件 进行 冷却 与保
护， 以保证燃气轮机系统 的安全性 、 效率以及合理的 寿命 。
第２ ３卷 第 ２期 ２１ ００年 ６月
《 燃
气
轮
机
技
术》
Ｖｏ． ３ Ｎｏ ２ １２ ．
Ｇ ＡＳ ＵＲＢＩ Ｔ ＮＥ ＴＥＣＩ Ｎｏ Ｌｏ ＧＹ － Ｉ
Ｊ ｎ ，０ ０ ｕ ．２ １
燃 气 轮 机 二 次 空 气 系统 的 设 计 要 求 与 布 置 特 点 分 析
张成利 王新 军 王 ， ， 松 赵世 全 艾 ， ， 松。俞 茂铮 ，
作者简介 ： 利（９２一 ， ， 张成 １８ ）男 硕士研究 生 ， 主要从事叶轮机械气体动力学与传热 。
燃气轮机技术
第２ ３卷
能 的具 体设 计 要求 如下 ： １ 冷却 ： 照燃 烧 室 和各 级 叶 片工 作 压 力 及冷 ） 按
６ 整体 结构 布置 上力 求简单 、 ） 紧凑 。
这 样 的一个 空气 系 统 称作 燃 气 轮 机 二 次 空 气 系 统 ， 或称 为燃气 轮机 空气 冷却 系统 ， 主要 功能 如 下 ： 其 １从 压 气 机 抽 取 部 分 压 缩 空 气 并 输 送 至 透 平 ）
１０￣ ０Ｃ的范 围 ， ６ 而航 空用 燃 气轮 机 的燃 气 进 口温
—
燃气 轮机 热力 循环 及透 平结 构特 点分 析 二次 空气 系 统 的功 能 、 设计 要 求及 系统 布置 特点 。
１ 二 次 空 气 系统 的 功 能
目前对燃气轮机进行冷却 的常用方法是从压气 机 中抽 出部分 压缩 空 气 ， 其 按 需 要 合 理 地 流 过 燃 使 烧室、 叶片、 轮盘等关键部件高温部位进行冷却与保 护 ， 流人 轮盘 腔 室进 行 增 压 ， 到 密 封 的作 用 Ｊ 或 起 。
用 于透 平 高 温部 件 冷 却 与保 护 、 封及 腔 室 增 密 压 的燃 气 轮机 内部二 次空 气 系统 的合理 设计 对燃 气 轮 机 的热效 率 与运行 安全 性具 有重 要影 响 。二次 空
气 系统 的设 计包 括 冷却空 气 流体 动力 特性 的精确 计
算、 冷却空气流路 的合理布置 、 叶片冷却结构的设计
（ ．西安 交通 大 学 能 源 与动 力工程 学院叶 轮机械 研 究所 ， １ 西安 ７ ０４ １０９；
２ ．东方汽轮机有限公司， 德 阳 ６８０ ） 四川 １００
摘 要： 燃气 轮机内部的二次空气系统是用于透平高温部件 的冷却与保护 、 密封及腔室增压 ， 二次 空气系统 的
合理设计对燃气轮机 的热效率 与运 行安全 性具有重 要影 响， 本文结 合某 型燃气 轮机 的热 力循 环及透 平结 构 特点分析 了二次空气 系统 的功能 、 设计要求及 系统布置特点 。 关 键 词 ： 气轮机 ； 次空气 系统 ； 燃 二 冷却
等一系列内容 ， 二次空气系统的冷却空气流量分配 与压 力 分布 的精 确性 直接 影 响到燃 气轮机 高 温部件 的冷 却 空气 消耗 量 及冷 却 效 果 ， 以及 密 封 与 腔室 增 压效 果 ， 而影 响到燃 气轮 机 的效率 与运行 安 全性 。 进 因此 ， 设计与运行人员必须对二次空气系统的设计 技术的开发和系统的运行管理给予足够的重视。 目 前， 由于各种原因 ， 公开发表的涉及燃气轮机二次空 气系统 总体设计技术 的文献很少 ， 本文将结合某型