船用燃气轮机预旋系统增压设计及仿真

为了提高船用燃气轮机进口燃气压力和温度,涡轮冷却空气应当具备更大的压力来满足叶片表面气膜冷却的需求。本文优化现有的预旋系统,通过在供气孔入口布置增压叶轮,减少气流经预旋喷嘴射入盘腔和经盘腔进入供气孔的突扩损失。运用数值计算的方法对预旋系统模型进行研究,所采用的计算模型和冷吹实验与1.0设计工况数据对比具有较好的精度。研究表明：增压预旋系统和常用预旋系统具有相似的流场结构,但预旋腔内形成的涡更小,有效抑制了气流在腔内的总压损失;在增压叶轮和结构改进的作用下,冷气相对总压提高2.90%,绝对总压提高4.59%,同时增压所产生的温升变化较小,提高了冷却空气的冷却能力。     

微型燃气轮机涡轮背盘冲击冷却特性研究

受可靠性和成本制约,微型燃气轮机冷却技术的发展和应用一直较为缓慢,已成为其进一步提升热效率的主要瓶颈。针对此问题,提出了一种简单可靠的径流涡轮新型冷却技术-背盘冲击冷却,使用气热耦合的方法对该冷却技术的冷却特性进行了仿真研究。结果表明:背盘冲击冷却可以大幅降低径流涡轮背盘的温度。当冷却气体流量为主流的2%时,冷却流体温度从473.0降到323.0 K,背盘平均温度降低了143.0～202.0 K;当冷却温度为323.0 K时,冷却气体消耗量从主流质量流量的1%增加到4%时,背盘平均温度降低150.0～252.0 K。冷却流体流入主流后会对其产生一定的影响,每增加1%的冷却流量,涡轮机效率下降约1%。     

燃气轮机叶片轮盘振动特性分析

对燃气轮机关键部件－叶片轮盘的振动特性和叶片轮盘振动的国内外研究状况作一简要综述。涉及单只叶片振动、轮盘振动、叶片－轮盘耦合振动、带突肩和带冠叶片振动,以及共振和颤振等方面,同时给出了叶片和叶盘耦合系统振动特性计算分析的实例。     

某重型燃气轮机燃烧室冲击冷却特性研究

冲击冷却具有较高换热系数,在燃气轮机燃烧室得到重要应用。通过流固耦合传热(Coupled Heat Transfer,CHT)计算方法研究了冲击冷却孔排列方式、冲击高度与冷却孔径之比Z_n/D和初始横流对某重型燃机燃烧室火焰筒冲击冷却特性的影响。得到如下结论:三者对冲击换热效率均有显著影响,其中Z_n/D=3.7时,直列阵列相邻列之间的横流更规则,冷却效果优于错排阵列;当Z_n/D在2.0～6.0范围内时,随着Z_n/D的增大,冷却效率呈现先增大后减小的趋势,存在一个最佳换热范围2.7≤Z_n/D≤4.6,此时射流冷却与对流冷却匹配合理,冷却效率较高;初始横流对冲击冷却性能有很大削弱作用,应在设计时尽量避免。     

某燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构优化设计

为了提高涡轮叶片设计效率,搭建了基于一维管网理论的iSIGHT优化设计平台,获得了叶片的优化结构,并对其进行三维仿真计算分析。研究表明：优化前后叶片的气动性能变化不大,总压损失仅在端壁处略有差别;优化后涡轮叶片的壁面温度分布更加均匀,壁面的最高温度降低,温度梯度减小,最大相对温差降低10%左右;在降低叶片热应力的同时相对冷却效率提高1.0%。     

燃气轮机转子轮盘超速及预应力试验

GE公司燃气轮机转子是在高温环境下工作的高速旋转部件。分别用高强度拉杆把压气机轮盘和透平轮盘联接成压气机转子和透平转子,两者再在靠背轮处用高强度螺栓联成燃气轮机转子,从而有良好的冷却效果[1]。为了选用较低廉的金属材料,并保证轮盘的机械强度,各级透平叶轮、叶轮间距     

燃气轮机转子轮盘优化设计平台的开发

研究开发了基于CAD/CAE/MDO系统集成的燃气轮机转子轮盘优化设计平台,通过构建燃气轮机转子轮盘截面轮廓曲线参数化模型,并以关键几何参数为设计变量,径向位移差值及重量最小为优化目标,驱动平台组件自动进行轮盘结构CAE分析和迭代寻优,获取到了影响轮盘性能与结构轻量化的关键设计因素,实现了燃气轮机转子轮盘的自动优化设计。     

燃气轮机冷却技术综述

详细地阐述了对气膜冷却、内部强化换热以及热管冷却等的影响因素,目前的应用状况以及发展前景.重点集中在内部强化换热和热管冷却.本文可以使刚开始接触燃气轮机冷却技术的人员对冷却技术有个整体的了解,还可以对研究设计人员提供必要的参考依据.     

中间冷却增压燃气轮机的可行性研究

本文研究了中间冷却增压燃气轮机的可行性。这种燃气轮机使用中间冷却增压来直接降低排气能量损失，从而改进燃气轮机的燃料经济性。提出这种类型的燃气轮机是为了取代回热燃气轮机和通用电气公司的空气底部循环燃气轮机，因为它有重量比它们轻，尺寸比它们小的重要优点。该机在设计点的主压比和增压比由优化决定。为了模化整个发动机的性能，开发了计算机代码。模拟了发动机的各种工作特性，包括为避免在部分负荷时喘振而采用齿轮传动装置、变几何尺寸和放气等措施后的工作特性；不同的循环最高温度的影响；以及有代表性的负荷特性等。还研究了中冷增压燃气轮机宽广的工作范围。     

广东地区电站燃气轮机进气冷却潜力的初步分析

分析了燃气轮机进气蒸发式冷却的热力学特点，由此导出燃气轮机进气冷却潜力的概念。结合广东典型地区气象特点，初步分析了广东地区电站燃气轮机进气实施蒸发冷却的潜力。     

燃气轮机进气雾化式蒸发冷却控制技术研究

大气环境温度对燃气轮机性能的影响很大,加装燃气轮机进气雾化冷却系统对改善燃气轮机性能具有很高的实用价值.通过对燃气轮机进气雾化冷却工作原理的分析,提出了一种基于PLC的燃气轮机进气雾化冷却控制系统的设计方案以及功能实现.运行结果表明,该控制系统自动化程度高,工作稳定性好,性能可靠.配置控制系统的燃气轮机进气雾化式冷却撬体投运后,PG6551(B)型燃气轮机功率相对增加8.35%,效率相对提高3.24%.     

关于燃气轮机的进气冷却装置

文章简要地叙述了目前燃气轮机的进气冷却装置的一般水平。     

燃烧室过渡段冲击冷却效果计算与分析

论述了单管型重型燃气轮机燃烧室过渡段的冲击冷却形式的作用,通过三维数值模拟,对比计算了E级、F级燃烧室过渡段冷却效果,论证了在F级工况下,过渡段冲击冷却结构能够以一定的压降为代价,大幅降低过渡段表面的温度,使过渡段壁面温度降低到材料许应温度范围内,从而使其能够长期稳定工作,起到保护作用.     

一种新型的燃气轮机进气冷却装置

介绍了美国唐纳森公司的蒸发冷却装置用于燃气轮机进气冷却的情况。     

M701F型燃气轮机中的冷却技术

本文介绍了M701F型燃气轮机冷却系统的组成、日本三菱公司在F系列或G系列燃气轮机上所采用的冷却技术及其应用情况,阐明了三菱公司研发的大型燃气轮机之所以能够安全稳定运行并具有很高的可靠性和热效率,采用先进的冷却技术是其成功的重要因素之一。     

叶片旋转转速和吹风比对涡轮外环双层壁结构阵列冲击冷却特性的影响研究

采用数值模拟的方法,基于稳态雷诺平均方程（URANS）耦合k-ω SST模型和滑移网格法分析了涡轮叶片旋转扫掠条件下带有非定常气膜出流的外环腔内阵列冲击传热特性。在外环冲击-气膜复合冷却结构中,冲击孔和气膜孔呈交错排列,冲击距与冲击孔直径之比为1.25,斯特劳哈尔数St=2.35、3.52（对应转速Ω=10 000、15 000 r/min）,吹风比M=0.5、1及1.5。结果表明：叶片旋转扫掠效应引起的气膜孔出口压力波动会诱导冲击孔入口的瞬时质量流量发生变化,而时均质量流量几乎保持不变;吹风比在0.5~1.5之间变化时,靶面的瞬时和时均平均冲击换热特性随着吹风比的增大而增强;相同的吹风比时,叶片转速的提高对靶面瞬时和时均换热特性的影响非常微小。     

回热燃气轮机余热利用进气冷却的研究

本文研究了利用余热制冷进气冷却的回热燃气轮机系统,并对该系统性能进行了模拟计算,得到了压比、流量比等参数对系统性能的影响规律。并通过与常规回热循环比较,指出利用余热制冷来进气冷却的方式能使系统效率提高11%,是提高燃气轮机系统性能的有效途径之一。     

阵列射流冲击冷却传热特性的数值研究

以涡轮叶片冷却技术为背景,采用带转捩的剪切应力输运(Transition SST)模型对阵列射流冲击冷却的传热特性进行数值模拟,分析了冲击Re、冲击间距、初始横向流和冲击孔排列方式的影响规律。结果表明:冲击间距对靶面平均Nu的影响存在最优值,在所计算的范围内,Zn/d=2时平均Nu最大;在冲击孔排列方式影响中,当冲击间距Zn/d≤2时,顺排孔冲击冷却传热效果优于错排,而当Zn/d≥3时,错排孔冷却传热效果优于顺排。     

燃气轮机透平叶片传热和冷却研究：内部冷却

随着燃气轮机透平进口温度的不断提高,其换热与冷却问题已然成为现代高性能燃气轮机研发中亟待解决的核心关键技术之一.透平叶片的冷却可以分为内部冷却和外部冷却,结合作者近年的研究工作,详细综述了燃气轮机透平叶片内部换热与冷却问题的研究现状与进展,着重介绍了叶片内部蛇形通道冷却、叶片内部冲击冷却和前缘的旋流冷却及尾缘柱肋冷却,指出了它们各自在相关方面需要进一步开展的工作.其中：在蛇形通道冷却方面,需要进一步研究旋转状态下蛇形通道内流动与换热特性、发展高性能的扰流装置及通道弯头结构、设计新颖高效的叶顶内部冷却结构、获得带气膜孔或冲击孔的蛇形通道内的换热与冷却特性;在叶片前缘内部冲击冷却方面,需要研究不同曲率面上的冲击冷却换热特性、旋转条件下的冲击冷却以及冲击气膜复合冷却特性;在旋流冷却方面,需要对其结构参数的影响开展进一步的广泛研究,并开展旋转状态下旋流冷却特性的研究;在尾缘柱肋冷却方面,需要进一步研究复杂流场下柱肋阵列通道中的流动换热与众敏感因子之间的关系.