燃气轮机12学习.pptx
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1、多级涡轮一般为多级轴流式涡轮(25级)分为速度多级涡轮和压力多级涡轮第1页/共44页速度级涡轮(速度级涡轮(冲动式)冲动式)n整个涡轮的等熵焓降均在整个涡轮的等熵焓降均在喷嘴中被转换成气体的动喷嘴中被转换成气体的动能,而在工作动叶栅中仅能,而在工作动叶栅中仅发生绝对速度降低、将动发生绝对速度降低、将动能转化为机械功。能转化为机械功。n喷嘴中:喷嘴中:H1s=Hs双级速度级涡轮简图双级速度级涡轮简图第2页/共44页n多级速度级涡轮的最高多级速度级涡轮的最高效率比单级冲动式涡轮效率比单级冲动式涡轮的要低得多。的要低得多。n原因:原因:n气流速度高且流动阻力气流速度高且流动阻力增加。增加。双级速度级
2、涡轮简图双级速度级涡轮简图第3页/共44页压力级涡轮压力级涡轮(反动式)(反动式)n由一系列反动式涡轮级由一系列反动式涡轮级串联组成。串联组成。n每一级都有压力降,涡每一级都有压力降,涡轮中压力逐级降低;轮中压力逐级降低;n气流绝对速度在每一级气流绝对速度在每一级喷嘴中得到提高,而在喷嘴中得到提高,而在每一级工作叶栅中得到每一级工作叶栅中得到利用。利用。n余速损失较少,效率比余速损失较少,效率比单级的高。单级的高。n应用较多。应用较多。三级压力级涡轮简图三级压力级涡轮简图第4页/共44页六、多级涡轮的基本参数六、多级涡轮的基本参数(压力级)(压力级)第5页/共44页多级压力级涡轮的基本参数多级
3、压力级涡轮的基本参数1 1、膨胀比、膨胀比 T T*2 2涡轮的轴功率涡轮的轴功率 (1 1)内功率)内功率N NT T涡轮内功涡轮内功L LT T为各级轴功之和为各级轴功之和第6页/共44页内功率(轴功率)内功率(轴功率)或者:或 第7页/共44页(2)(2)有效功率有效功率 第8页/共44页3 3涡轮的效率涡轮的效率 T T*(绝热膨胀效率绝热膨胀效率)n假设各级的级效率相等假设各级的级效率相等由于重热,多级涡轮的效率比单级效率要高多级涡轮的效率比单级效率要高。第9页/共44页涡轮重热系数涡轮重热系数 注意注意:重热效应回收的摩擦热仅仅是流动阻力损失的一小部分,所以流动阻力增加总是导致涡轮
4、效率降低的。第10页/共44页第11页/共44页七、多级轴流式涡轮的通流部分型式七、多级轴流式涡轮的通流部分型式n在轴流式涡轮中,随着气流压力沿流程逐级下降,气在轴流式涡轮中,随着气流压力沿流程逐级下降,气流密度也逐级减小。流密度也逐级减小。n根据连续性方程根据连续性方程G=G=A A c cx x可知,这将导致气流轴向可知,这将导致气流轴向分速分速c cx x增加,或者通流面积增加,或者通流面积A A增加。增加。n一般同时采用一般同时采用逐级增加轴向分速和叶片高度的办法。逐级增加轴向分速和叶片高度的办法。n多级轴流式涡轮的通流部分逐级渐扩。第12页/共44页三种型式三种型式Dt=constD
5、m=const等外径等外径等内径等内径等平均直径等平均直径Dh=const第13页/共44页1、等外径的通流部分、等外径的通流部分结构:结构:外径外径D Dt t相同相同 内径内径D Dh h和平均直径和平均直径DDmm则沿流程逐级降低。则沿流程逐级降低。优点:优点:涡轮的径向尺寸较小,机壳的加工制造方便。涡轮的径向尺寸较小,机壳的加工制造方便。缺点:缺点:内径较小,叶片较长,叶片扭曲较剧烈。内径较小,叶片较长,叶片扭曲较剧烈。特别是体积流量很大时,叶片更长,受材料强度限制。特别是体积流量很大时,叶片更长,受材料强度限制。应用:应用:用于航空和舰船燃气轮机。用于航空和舰船燃气轮机。第14页/共
6、44页2、等内径的通流部分、等内径的通流部分结构:结构:内径内径D Dh h相同相同 外径外径D Dt t和平均直径和平均直径DDmm则沿流程逐级增加。则沿流程逐级增加。优点:优点:叶片高度较小,则叶片扭曲不甚剧烈。叶片高度较小,则叶片扭曲不甚剧烈。工作叶轮加工方便。工作叶轮加工方便。缺点:缺点:涡轮的径向尺寸变化剧烈。特别是体积流量涡轮的径向尺寸变化剧烈。特别是体积流量变化很大时,易引起气流脱离,流阻增加。变化很大时,易引起气流脱离,流阻增加。因外径因外径D Dt t逐级增加,机壳加工较繁。逐级增加,机壳加工较繁。应用:应用:地面固定式燃气轮机地面固定式燃气轮机。第15页/共44页3、等平均
7、直径的通流部分、等平均直径的通流部分n结构:结构:平均直径平均直径D Dh h相同相同n 外径外径D Dt t逐级增加,内径逐级增加,内径D Dh h逐级减小。逐级减小。n优缺点:优缺点:介入以上二者之间介入以上二者之间 叶片扭曲不甚剧烈;涡轮的径向尺寸变化不太剧烈。叶片扭曲不甚剧烈;涡轮的径向尺寸变化不太剧烈。应用:应用:涡轮通流部分的扩张角不大,广泛应用。涡轮通流部分的扩张角不大,广泛应用。第16页/共44页第17页/共44页3-3 涡轮特性n设计工况:n涡轮级的通流部分形状和各级叶片的几何参数,均与设计工况的气流速度三角形一致n能保证气流绕流叶片时不致于产生撞击和分离。n变工况:n在不同
8、条件下的实际运行工况,往往会偏离设计工况,在变工况下工作。第18页/共44页一、涡轮的变工况n所谓涡轮工况的变化,通常指各工况参数的变化:n(1)(1)转速转速n nT T;n(2)(2)涡轮级前压力和温度(涡轮级前压力和温度(p p3 3*、T T3 3*)等进气参数的变化)等进气参数的变化;n(3)(3)涡轮级后背压涡轮级后背压 (p p4 4)等参数的变化。)等参数的变化。n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;n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。第19页/共44页涡轮特性涡轮特性n研究在非设计工况下,涡轮的研究在非设计工
9、况下,涡轮的性能参数性能参数依从于涡轮依从于涡轮工况参数工况参数变化时的规律性。变化时的规律性。流量、功率、效率等转速、进气参数、背压等第20页/共44页涡轮的变工况举例n涡轮变工况时,喷嘴出口气流角1变化很小,但叶轮的气流进气角1变化可能很大,而动叶片几何进气角1c不变n冲角冲角i=1c-1发生变化发生变化n气流进入工作叶栅时,会发生撞击和分离,气流进入工作叶栅时,会发生撞击和分离,冲角愈大愈严重。冲角愈大愈严重。第21页/共44页涡轮变工况时,速度比u/c1会变化(一)出现正冲角(一)出现正冲角i0(1)气流撞击叶腹前缘;气流撞击叶腹前缘;在叶背引起旋涡和分离。在叶背引起旋涡和分离。(二)
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