燃气轮机透平叶片传热和冷却研究：气膜冷却

气膜冷却作为燃气轮机透平叶片通流部分外部冷却的一种主流技术,经过多年来的研究改进,已在工程应用实践中得到了很好的发展.总结近年来燃气透平叶片气膜冷却的相关研究进展,重点介绍了一些新型气膜冷却结构的研究情况,基于当前研究热点和发展趋势,结合作者在这方面的研究经历,指出了气膜冷却研究及其应用的发展方向.鉴于新型气膜孔、组合气膜孔以及涡发生器与气膜孔的组合在气膜冷却性能方面具有较大优势,未来将深入研究其在实际透平中的应用问题.     

燃气轮机的新进展

文中叙述了民办上燃气轮机的最新发展，，并介绍进一步改善性能及正在努力发展的方向。     

微型燃气轮机技术

高效微型燃气轮机发电机组可用于航空、航天等领域,还可用于分布式发电、军用车辆辅助动力装置、车用混合动力装置等,因此研究这种动力装置有重要的实用意义。首先介绍了微型燃气轮机的发展过程,简要说明了过去40年内微型燃气轮机在结构上发生的变化,随后给出了组成微燃气轮机的关键部件在设计过程中应注意一些问题。最后回顾了国内一些研究单位在这一领域所进行的研究工作,并指出今后的努力方向和工作重点。     

燃机透平叶片气膜冷却特性研究

采用存在源项的叶栅三维黏性流数值方法计算与分析了存在气膜射流的燃气侧的流动与换热特性,确定了吹气比、来流湍流度、气膜孔展向间距与展向射流角等因素对气膜有效度的影响,并分析了其机理.     

燃气轮机压气机气动稳定性裕度优化设计研究

由于国内市场对发电量的高需求,现代燃气轮机出力越来越高,这对运行安全性也提出了更高要求。使用CFD工具对一款轴流式燃气轮机压气机进行了升级,以提升喘振裕度,保证安全性。升级中流道保持不变,对后面级叶片进行了优化,以获得足够的喘振裕度,并减少损失。结果表明,相比原型机,升级后的压气机在设计状态喘振裕度提升超过3.5%,非设计点喘振裕度也得到提升。研究成果可为后续压气机性能优化升级提供参考。     

F级燃气轮机压气机叶片的国产化制造

分析了F级燃气轮机压气机叶片国产化制造过程中加工超差的原因,通过改进和优化加工工艺、刀夹具和三坐标测量程序,解决了问题,提高了加工质量,降低了加工成本,值得同行借鉴。     

我国大功率燃气轮机制造业的发展前景

论述了国外大功率燃气轮机目前的技术特点和发展水平，以及燃气轮机技术在我国的发展远景。     

Ludwig风洞内气膜冷却研究的实验和测量技术

作者在Ludwig风洞中进行了双排又排孔气膜冷却研究.实验利用膨胀波后的空气流作为主流,使用自制的微型铂膜热通量计首次在瞬态风洞中实现了沿主流和横向两个方向的传热测量.求出了气膜冷却绝热有效温比和传热系数.     

大型燃气轮机透平冷却空气量估算

大型燃气轮机透平冷却空气量一般难以直接获得。本文从燃机总体物质与能量平衡的角度,结合透平一级静叶的冷却模型,给出了一种估算大型燃气轮机冷却空气量的方法,并对GE公司系列燃气轮机和西门子公司V94．3燃气轮机冷却空气量进行了估算。结果表明采用本文的方法估算的燃气轮机透平冷却空气量是合理的。     

燃气轮机叶片气膜冷却研究进展

综述了近年来燃气轮机涡轮叶片气膜冷却技术的研究成果.介绍了气膜冷却的基本原理,总结了叶片端壁、顶部、前缘及尾缘区域气膜冷却的研究进展和气膜孔流量系数的研究状况,阐述了影响气膜冷却效果的各种因素及气膜冷却对气动损失的影响.最后指出将气膜冷却与其它涡轮叶片冷却技术相结合的复合冷却,应是未来涡轮叶片冷却技术的发展方向.     

不同叶顶结构对燃气透平动叶顶部气膜冷却性能的影响

对不同叶顶结构的GE-E3叶片的气膜冷却现象进行了数值研究,比较了三种不同的叶顶结构：平顶、凹槽顶和平顶开槽孔结构在叶顶部的流动和冷却现象,并分析了吹风比对这三种结构的冷却性能的影响。发现凹槽顶和平顶开槽孔在结构上具有相似性;在叶顶开槽后,既降低了射流动量,又降低了顶端泄漏流速,有助于提高冷却效果,同时由于凹槽顶的槽比开槽孔的槽大,冷却气体和燃气在槽内充分混合,使得凹槽顶结构具有最高的冷却效率值和最低的换热系数值,平顶开槽孔结构次之。     

燃气轮机高温叶片气膜冷却系统的研究进展

气膜冷却是现代燃气轮机透平高温叶片冷却的重要方式。真实透平中的复杂工况对气膜冷却系统提出了严峻的挑战,优化设计气膜冷却系统,提高其冷却性能,同时适应真实透平的工作条件已成为业界关注的一个主要问题。本文综述了近年来在气膜冷却结构设计、气膜冷却系统制造和其在燃机真实条件下运行性能三方面的研究成果。在此基础上提出了气膜冷却研究的发展方向。高温叶片的气膜冷却系统将在更加接近燃机真实运行工况的雷诺数、马赫数、湍流度、吹风比、动量比、密度比以及非稳定流场条件下,沿着优化气膜孔的组合排布、孔形和孔影响区域这三方面进行优化设计,同时考虑加工工艺和长期运行均会导致实际的气膜冷却孔会偏离设计构造的影响。     

9FA燃气轮机压气机首级动叶改造分析

由于部分使用9FA重型燃气轮机的燃气-蒸汽联合循环电厂在检修过程中发现部分压气机首级动叶存在刮缸现象,设计制造单位对压气机首级动叶进行了更换.本文利用ANSYS软件对其压气机首级动叶片进行数值模拟,发现原有的叶片在工作转速下由于离心力引起的变形能够引起刮缸现象,而改造后的叶片不会产生大的变形.然后采用NUMECA软件对...     

PGT25＋燃气轮机高压压气机16级动叶断裂原因及预防措施

本文以西气东输管道GE PGT25＋燃气轮机高压压气机16级动叶的断裂失效事故为例,参照原设备供应商对事故原因的分析,提出了二阶扭振疲劳与叶片间不稳定流存在关联的概念,以及天然气管道输送用燃气轮机压缩机组运行中应注意的问题。     

燃气透平叶片前缘气膜冷却效率的试验研究

为了研究燃气透平叶片前缘气膜冷却的传热特性,建立了叶片可视化测试试验台,对叶片前缘区域的冷却效率进行了试验研究,分析了不同吹风比、不同主流雷诺数对叶片前缘区域冷却效率的影响.结果表明：气膜孔附近的冷却效率随吹风比的增大而提高,气膜孔下游的冷却效率随吹风比的增大而降低;冷却效率最高的区域在吸力面上,最低的气膜冷却效率在压力面上产生;低吹风比时主流雷诺数对叶片冷却效率的影响较小;但在高吹风比时,主流雷诺数对叶片前缘气膜孔附近的冷却效率影响较大.     

R2O燃气轮机涡轮工作叶片断裂失效分析

针对R20燃气轮机第三级涡轮工作叶片断裂事故,对叶片断裂部位开展宏观、微观形貌分析和力学 性能检测,得出叶片断裂的原因。结果显示：叶片的失效原因为疲劳,疲劳源在叶盆侧距离进气边3~4㎜的表面研磨区域交界处,对比2和3号叶片的相同位置,1号叶片第一榫齿面研磨情况较为严重,研磨区域内 含有较高的铁和氧元素,与榫齿面和涡轮盘榫槽面发生微动磨损有关,导致疲劳裂纹过早地萌生;从宏观上 观察断口的疲劳扩展区比例、疲劳条纹宽度和疲劳条纹出现位置,判断为高周疲劳且疲劳裂纹扩展应力较高。     

燃用中低热值煤气时燃气轮机的压气机与透平的重新匹配

一般的燃气轮机是按燃用天然气等高热值燃料来设计的，当燃用中低热值煤气时，燃料流量显著增加，导致压气机与透平的流量差别增大，需要调整压气机或透平的通流面积来重新匹配。由于调整通流面积，燃料变化引起燃气热力性质的变化和透平进口燃敢温度的可能调整，需计算重新匹配后的压比。     

西门子公司燃气轮机及联合循环汽轮机制造考察报告

通过对西门子公司柏林燃气轮机制造厂、米尔海姆汽轮机制造厂的考察,重点介绍了西门子公司F级燃气轮机V94.3A和与之配套的HE型联合循环汽轮机以及燃气轮机主要零部件的加工工艺特点,对国内制造厂有启发意义。     

大型燃气轮机透平第一级静叶表面温度分布的计算方法

利用附加源项法计算叶片外表面换热系数及温度分布,编制叶片内部冷却计算程序及壁面导热程序,应用该程序计算了某大型燃气轮机第一级静叶表面温度分布,对燃气涡轮叶片先进的内外部冷却系统设计方法的消化吸收奠定了基础。     

某电厂3号燃气轮机压气机叶片故障的原因分析

对某电厂3号燃气轮机压气机叶片的故障原因进行分析,调查了故障发生经过、运行记录、控制系统记录、机组分解现场、零部件损坏情况,对叶片材质和断口进行了理化检验分析,得出故障原因,对机组的修复和今后的安全运行具有重要的意义。故障与运行操作无直接关系。故障原因分析的结论成为电厂向制造商索赔的技术依据。