叶轮机设计与实验

“叶轮机设计与实验” 教学实验指导书

教学实验名称：叶轮机设计与实验

Turbomachinery Design and Experiment

学分/学时：0.5/16

适用专业：航空发动机设计、交通运输工具

先修课程和环节：航空发动机原理、叶轮机械原理

一、实验目的

1） 掌握离心式压气机和向心式涡轮的基本气动设计方法； 2）

掌握离心式压气机和向心式涡轮的基本性能测量。

二、实验内容及基本原理

实验内容

应用所学过的叶轮机原理基本知识，进行离心式压气机和向心式涡轮的气动设计，包括：压气机和涡轮共同工作参数确定、压气机和涡轮进出口速度三角形设计、叶型（中弧线）设计、转子和静子叶片数目确定等。加工和制作试验用压气机和涡轮，并进行压气机/涡轮的增压比/落压比、流量和转速等叶轮机基本性能参数的测量。

基本原理

1) 基本方程：

Δh *

=Lu =ω(r 2C 2u -r 1C 1u )

方程给出了气流经过以角速度ω旋转的叶栅时的滞止焓的变化,C u 表示气流的周向分速度，该方程基于简单力学原理并且假定流动过程为绝热过程。当气流通过静子叶栅

时（ω=0），滞止焓不变。对压气机来说，滞止焓变化Δh *

为正值；对涡轮来说，滞止焓

变化Δh *

为负值。

当流动过程为不可压流动时:

**

*1

c

c c

P h η

ρ

?=

?

**

*T T T

P h ηρ

?=

?

其中ΔP *c 和ΔP *

T 分别表示气流流经压气机和涡轮时的总压变化。

当空气从静止的大气环境中被吸入压气机时，在进入压气机时没有周向分速度，即C 1u =0。当气体离开涡轮时，如果气流的周向分速度不为零，将会增加涡轮出口至真空泵进口管路中的流动摩擦损失。因此，在设计状态下，涡轮转子出口气流的周向分速度应该为零（C 4u =0）。 压气机和涡轮的转子或静子的进、出口径向分速度可通过连续方程得出： Cr= m/(2 πρr h)

其中m 为流量， h 为叶片的轴向宽度，ρ为空气密度。

知道径向和周向两个分速度后，可计算出相对静叶和动叶的气流方向。

动叶：tan(αrel)=( C u -ωr)/Cr

静叶：tan(α)= C u / Cr

α为绝对速度气流角，αrel为相对速度气流角，以气流的切线方向分速度C u或W u（W u= C u -ωr）与转子旋转方向相同为正值。此外，叶型几何构造角以β表示。

2) 压气机转子叶片

离心式压气机由动叶和静叶组成，动叶提高气体的动能和静压（静压升高约占总静压升的一半），静叶使气体的动能尽可能多地转换成静压升高。假定流动过程是无粘的，气体通过静叶时的静压升高可以用伯努力方程计算。实际的扩压过程远非等熵过程，实际扩压过程的压升小于等熵过程的压升，扩压效率通常为70%左右。

前弯径向后弯

转子叶片可以是如图所示的前弯、径向和后弯式，在转速一定的条件下，前弯角度越大，转子叶片出口的C u越大，叶片对气体的加功量越大。或者在加功量一定的条件下（受涡轮

所能发出的功率限制），动叶的前弯角越大所需要的旋转速度越小，转速越低，压气机或涡轮的机械损失（轴承中摩擦损失）越小，但是这将增加气体离开动叶时的绝对速度，增加气体在静叶中的静压升，同时也将增加静叶中的流动损失。因此，在设计转速较高时，转子叶片选择后弯叶型，可以在满足一定加功量的同时，获得较高的效率。

设计转速确定后，可以先选定动叶几何出口角β2，再根据加功量（涡轮输出功率）计算流量，这样做比预先选定转速和流量再算叶片几何出口角要容易些，最佳的β2值需经过较详细的计算才能确定，要从流动效率高和易于制造两个方面考虑来选择合适的值。

确定转速、转子叶片几何出口角β2和加功量后，可以求出压气机的流量和气流流入扩压器的速度。

由于气流离开转子不是完全以叶型的几何出气角流出，而总是有一点“滑移”，造成实际的C 2u 值小于理想值（气流以叶型的几何出气角流出转子时的C 2u ）。通过引入滑移因子σ，可以计算实际的C 2u 。

Weisner 定义滑移因子σ：

σ=1-（C 2u ，理想- C 2u ，实际）/u 2

σ的值与许多因素有关，尤其是由叶片数目。常用经验关系式如下：

σ=1-(cos β2)0.5/ N 0.7

其中N 是叶片数。开始计算时，可初定σ=0.85，在初算时不改变σ的值，否则求解叶片数目的迭代计算可能会发散，在叶片数目确定以后，重新计算σ的值并代入计算。 理想的C 2u 计算很简单，

C 2u ，理想=（u 2+C 2r tan β2）,对于前弯叶片β2是正值，对于后弯叶片β2是负值。 C 2u ，实际=(σu 2+ C 2r tan β2) 将C 2u ，实际代入能量方程，得：

()T r c u c u N C u u m C u m L =+==222222tan βσ

其中m c 为压气机流量，N T 为涡轮输出功率，C 2r 由连续方程求出：

h

r m C c

r πρ222=

其中h 为转子叶片轴向宽度，将C 2r 代入能量方程，可得到求解流量的方程：

02tan 2

22222=-+T c c N m u m h

r u σπρβ

这是一个一元二次方程，m c 取其合理解（较小值解）。

给定转子出口半径r 2、转速和涡轮功率后， 可以在前弯和后弯叶片范围内选择β2，并求出相应的流量，流量确定后可以计算出动叶进、出口气流的绝对速度和相对速度，当给定转子进口设计攻角为零攻角时，叶型几何进口角β1等于相对气流角α1rel 。要注意检查动叶出口相对速度与进口相对速度比值，这个比值不应太小，否则动叶的边界层可能分离，典型的W 2/ W 1〉0.5，后弯角度越大，速度比值也越大，边界层分离的可能越小。

动叶数目是一个很重要的参数，若叶片数目太多，叶片表面与气流的摩擦损失大，若叶片数太少，气流从叶片表面分离也将引起大的损失，可以通过以下方法简单估算所需的叶片数目，由于叶片出口受到“滑移”的影响和叶片进口受到实际攻角的影响，以下方法只适用于叶片通道的平均半径r mid 附近（r mid 为几何平均半径）。 由动量矩方程可以得到：

rh P N dr

rC d m

b b u ?=?

)

( Nb 为叶片数，h 为叶片的轴向宽度，ΔPb 表示叶片压力面和吸力面压差。 假定相对气流角与叶片几何角相等，则：

C u =u +C r tan β

β为半径r 处的叶型几何角，其它参数确定后，上述两个式子决定ΔPb 的大小。 在相同半径处，叶片两面的滞止压力是相等的，即：

Ps+0.5ρWs 2=Pp+0.5ρWp 2

其中下标s ，p 表示吸力面和压力面，W 为气流的相对速度。

可以假设从压力面的Wavg-ΔW 到吸力面的Wavg ＋ΔW 的相对速度是线性变化的，代入到上一个方程得：

ΔPb=Pp-Ps=2ρWavg ΔW

当ΔW=Wavg 时，压力面的速度为零，对应流动从叶片表面分离。为防止分离发生，必须有ΔP b <2ρWavg 2，将此不等式代入叶片数目表达式（动量矩方程），得：

)2/()(2

rh W dr

rC d m

N avg u b ρ?

? 上式表明Wavg 值越大，所需要的叶片数目将越少，这可以理解为在较高的Wavg 下，叶片的压力面和吸力面之间可以有较大的压力差，而流动仍然不分离。 Wavg 的值可由平均半径r mid 处径向速度和叶型几何角得到： Wavg cos β=C r

叶片平均半径r mid 处的叶型角β

mid

可由下式估算：

β

mid

=0.5×(β1+β2)

平均半径r mid 处的C r 由连续方程确定。

d(r C u )/dr 可以用r C u 和半径r 变化的平均值代替，即：

d(r C u )/dr ≈Δ（r C u ）／Δr ＝（r ２C 2u －r １C 1u ）／（r ２－r １）

由于是在叶片平均半径r mid 处估算叶片数目，为留有一定的余量，实际的叶片数目应略多于估算数目（大约多２５％），若实际的叶片数目少于８或多于２５，则需要修改设计，增加叶片后弯角度可以减少叶片数目。

采用上述方法在不同半径处估算出的叶片数目会不一样，在半径大处需要的叶片多，半径小处所需叶片少。因此，许多离心压气机采用大小叶片结构，从平均半径处开始在大叶片之间增加小叶片，这样可以使用较少的大叶片，并且可以减少全部叶片与气体接触的总面积。如果采用大小叶片设计，用１／３叶片高度处半径估算大叶片数目，从平均半径处开始在大叶片之间增加相同数量的小叶片。

叶片的型面最好是光滑的曲面，沿半径曲率的变化可以选择叶片载荷ΔPb 沿半径r 为一不变的常数。

由前面的方程：

rh P N dr

rC d m

b b u ?=?

)

( 可以看到，若ΔPb 为常数， 并将C u =u + C r tan β代入上式，得：

d(tan β)/dr=const ×r

此方程可以被积分，从而可得到叶片几何角β随半径r 变化的函数，两个积分常数可由进出口边界条件（β1和β2）确定，可以通过作图法确定转子叶型。

转子叶片也可以采用简单的圆弧叶型，如图，在已知r 1、r 2、β1和β2 条件下，可以求得叶型圆弧半径R C 和其圆心半径R O ：

R C =))

90cos()-90cos((211222

122ββ---r r r r

R 0 =)90cos(2222

22

β--+r R r R C C

3)扩压器叶片

在决定压气机效率方面，扩压器叶片起的作用可能比动叶大，扩压器叶片使气流减速并且尽可能地将动能转换为压力能。只要流动减速就有可能出现附面层分离，这会使扩压器的性能受到限制。

扩压器的效率定义：

ηdiff =ΔP/ΔP is

ΔP is表示在相同的进口条件和相同的进出口面积比条件下，等熵流动过程的静压升，ΔP为实际过程静压升。如果扩压器的长度不受限制，在均匀的进气条件下，扩压器的效率可以达到８０％。

扩压器性能的另一种表示方法是其静压升系数：

ηeff=ΔP/( P*01- P1)

ηeff =ΔP/0.5ρC 12 （不可压流动） C 1为扩压器进口气流速度。

在转子出口和扩压器进口之间有一无叶片的径向间隙，气流流过此间隙时如果不考虑摩擦， 则r C u 保持不变，由连续方程还可知，C r 与半径是成反比例的，C u 和C r 两个速度分量在间隙中都是随半径增大而减小的,因此，在气流到达扩压器叶片之前在间隙内已经开始减速扩压，这一扩压过程在理论上可用伯努力方程算出。然而，由于相对速度大时端壁摩擦力大，造成间隙流动的扩压效率低，因此无叶间隙不应太大，但是，也还必须有一定的尺寸，好让转子出口不均匀的气流在到达扩压器叶片之前变得均匀些，通常这种无叶片径向间隙的大小为当地半径的５％－１０％，扩压器进口半径的大小也由此确定了。

扩压器叶片进口气流角是由离开转子的绝对气流角度α２，以及在间隙内流动时环量（r C u ）和流量守恒决定的，进口气流角可以很容易算出，在设计扩压器叶片时应使其进口几何角近似等于算出的进口气流角。

有关扩压器叶片设计最重要的参数是喉道面积，即在两个邻近叶片间的最小通道面积。在喉道处的速度由连续方程决定，并且在选择喉道处速度的大小时必须使扩压器总的压升中的一部分在喉道前完成，通常希望１／３的压升在喉道前完成，对应的喉道速度为扩压器进口速度的８０％。

扩压器叶片的进口几何角确定后，可以通过改变叶片数和进口与喉道之间的叶片曲率来改变喉道面积，喉道面积对压气机性能来说是至关重要的，因为它是主要的控制流量的参数之一。

扩压器叶片的另一个重要参数是喉道以后的向外扩张的角度。如果扩张角度太大，则附面层容易分离，扩张角度太小，流道面积沿流向增加偏小，会造成静压升偏小。如果扩压器长度没有限制，较佳的扩张角约为６°。通常情况下扩压器长度是受限制的，大的扩张角可以在有限空间里使流道出口与进口的面积比增大和静压升增大，但扩压器的效率会降低。在扩压器长度受限制条件下，扩张角最大可以达到12°，其流动损失的大小仍然可以接受。扩张角的大小由叶片数目和叶片曲率决定，对于简单的径向薄叶片来说，扩张角为360°/Nd ，Nd 为叶片数，因此，除非采用大量叶片，否则必须将叶片做成后弯形式来减少扩张角度。

设计扩压器应对扩张角和叶片数目进行优化，既要叶片数目合理，又要使静压升系数尽可能高。通常扩压器叶片几何出口角β4可选择比几何进口角β3小12∽20度，几何进口角β3、几何出口角β4以及扩压器进口半径R 3、出口半径R 4选定后，试给出叶片数Nb ，并计算叶栅稠度τ=l /t ，其中l 相当于叶片的长度，可用下式近似计算： l ≈

()?

?

? ??+-433

421ββCOS R R

栅距t 取扩压器进口叶片栅距，稠度τ范围为2.0∽3.0。

计算当量扩张角θeq ，

=

2

eq

tg

θl

N h R h R b 3

33444cos 2cos 2ββ-

h 为叶片轴向宽度，最佳当量扩张角θeq 约为5°。

可采用与转子叶片相同的方法，生成圆弧型扩压器叶片。

4)涡轮转子叶片

涡轮性能受涡轮叶片几何形状细节的影响小，这一点同压气机不一样，因为气流流经涡轮时是加速流动，边界层分离的可能性小，但是，应争取获得尽可能高的效率。

以下公式中，下标3表示的涡轮转子进口，下标4表示涡轮转子出口。

涡轮设计应使涡轮转子出口处气流的C u接近与零，而压气机转子进口气流的C u也为零，由能量守恒方程：

m C L K=m T L T

式中m C为压气机流量，m T为涡轮流量，可得：

m T（rC u）

涡轮转子进口＝m C（rC u）

压气机转子出口

等式右边由压气机设计参数确定。

由涡轮转子进口速度三角形得：

tanα3，rel =(C3u-u3)/C3r

C3r由连续方程确定，转子进口设计攻角为零时，转子进口叶型几何角β3=α3，rel 。

转子出口C4u =0，由转子出口速度三角形得：

tanα4，rel = -u4/C4r

C4r由连续方程确定，α4，rel为负值。由于转子出口气流角和叶型几何角之间存在着落后角，目前尚无有关该落后角的准确估算方法，若转子叶片数目较多，并且气流在转子通道中的转角也比较小，可以认为落后角为零度，这样转子出口叶型几何角β4即为转子出口相对气流角α4，rel。

涡轮转子的喉道面积是另一个影响流量的重要参数，应该使得气体在喉道处的速度与在涡轮出口处的速度相同，即满足下列关系：

N叶片数×喉道宽度=2πr4cos(α4,rel)

这样就要求转子叶片在出口附近可能曲率比较大，准确的喉道面积比叶型角β4更为重

要，但是两者都应尽可能地满足各自的设计要求。

涡轮转子叶片的数目可以用与压气机相同的方法在中径处（r

mid

）估算，由于前缘附近气流容易分离，建议按比估算出的叶片数目多25%进行设计。如果采用大小叶片设计，则小叶片放置在涡轮转子进口部分。

转子叶型可以按与压气机相同的方法进行设计，即沿半径负荷ΔPb不变叶型或圆弧叶型，但是，所要求的喉道面积必须保证，喉道宽度可以从图上量出。

5)涡轮静子叶片

本实验的涡轮进口总压为大气压力，总温为大气温度，涡轮静子使气体加速，静子中流动分离的可能性很小，但也必须使摩擦损失尽可能小。

在静子出口和转子进口之间有一径向间隙，由于在间隙中气流相对于壁面速度大，会产生较大的摩擦损失，因此，径向间隙应尽量小。然而间隙又不能过小，否则将导致转子叶片受到很强的非定常力的作用，引起叶片振动和疲劳断裂，通常该间隙的大小是当地半径的５％左右。

已知转子进口C u，并且假定rC u在间隙中保持不变，通过连续方程可以知到静子出口的C r，这样静子出口气流角度和气流速度便可以确定，另外，静子进口气流C u=0。

涡轮静子叶栅最重要的参数是其喉道面积，喉道面积决定喉道处的速度大小，喉道处的速度应该与静子出口处的速度接近，这样在喉道和尾缘之间就没有减速扩压流动。然而，由于在喉道和尾缘之间半径大小是变化的，这就要求气流角或叶型角从喉部至尾缘是逐渐减小的，即在喉道下游叶片曲率应稍微相反。这个区域内的流动非常关键，因为该区域内气流速度最大，摩擦损失也最大，在喉部和尾缘之间叶片应该是光滑的而且不能有很大的曲率。

喉道面积由喉部的叶型角度和叶片数目二者决定，没有固定的公式来计算静子叶片数目，叶片数目过多会因为与气体接触面积过大而导致摩擦损失过大以及较大的尾迹损失，后者与尾缘堵塞成比例（即：叶片厚度／喉道宽度）。叶片数目过少会导致喉道位置不明显、喉道面积计算不准确和静叶出口气流沿周向不均匀。可粗略地借用轴流式涡轮静子的设计准则，按栅距与弦长比大约为０.７５来确定静子叶片数目，栅距取静子进口栅距，弦长取前缘到尾缘的距离。

试画出可能的静叶叶栅草图，判断并选择静叶叶型和叶片数目。

6 ）设计参数选择

本实验有些几何参数是固定的，如：

压气机转子进口半径r=50毫米，压气机转子出口半径r=120毫米，

压气机静子进口半径r=128毫米，压气机静子出口半径r=185毫米，

涡轮转子进口半径r=120毫米，涡轮转子出口半径r=50毫米，

涡轮静子进口半径r=185毫米，涡轮静子出口半径r=128毫米，

压气机和涡轮静叶的轴向宽度h s =18毫米，压气机和涡轮动叶的轴向宽度h r =16毫米。

另外，有些参数的选择是有一定范围的，如：

最大转速n =3000∽4000转/分，涡轮功率100∽150W。

压气机流量m K=0.15∽0.25kg/s 左右，涡轮流量m T=0.10∽0.20kg/s 左右，

压气机总压升ΔP C*=1000∽2000 P a ，涡轮总压降ΔP T *=2000∽4000 P a。

无论是压气机还是涡轮，动叶叶片数最好与静叶的叶片数互质，以免产生共振。

三、实验使用的仪器设备及实验装置

1．转速测量仪，2．测压水排，3．涡轮出口总压，4．涡轮出口静压，5．软管，6．连接段，7．整流格栅，8．真空泵。

四、具体实验步骤

叶片采用用0.5毫米厚的薄铝片按中弧线形状加工成型，叶片与盘用胶粘贴。为了使联接处有足够的强度，联接处胶体应堆砌成三角形，并且涂抹要均匀。试运转后检查所有转子和静子叶片与盘的粘贴情况，若胶体不再是半透明状，而是有些发白时，说明粘接不牢靠，应该将叶片拆下，重新粘贴。

实验时接通两台真空泵，用光电测速仪测量转速，当转速稳定后，开始记录数据。由于涡轮出口总压沿半径是不均匀的，需要沿半径多点测量，取平均值。

五、实验准备及预习要求

尽管可以很容易用手工完成以上所有的计算，但是最好还是编制一个有关压气机和涡轮叶片设计的简单计算程序，这样既可以避免手工计算产生错误，同时又可以在较大范围内进行设计参数的快速优化调整。

实验报告

学号姓名时间成绩1．设计值和实验测量结果

1.2向心涡轮

3.若总参数设计值与实验值存在较大差别，试说明可能的原因。

叶轮机设计与实验

“叶轮机设计与实验” 教学实验指导书 教学实验名称：叶轮机设计与实验 Turbomachinery Design and Experiment 学分/学时：0.5/16 适用专业：航空发动机设计、交通运输工具 先修课程和环节：航空发动机原理、叶轮机械原理 一、实验目的 1） 掌握离心式压气机和向心式涡轮的基本气动设计方法； 2） 掌握离心式压气机和向心式涡轮的基本性能测量。 二、实验内容及基本原理 实验内容 应用所学过的叶轮机原理基本知识，进行离心式压气机和向心式涡轮的气动设计，包括：压气机和涡轮共同工作参数确定、压气机和涡轮进出口速度三角形设计、叶型（中弧线）设计、转子和静子叶片数目确定等。加工和制作试验用压气机和涡轮，并进行压气机/涡轮的增压比/落压比、流量和转速等叶轮机基本性能参数的测量。 基本原理 1) 基本方程： Δh * =Lu =ω(r 2C 2u -r 1C 1u ) 方程给出了气流经过以角速度ω旋转的叶栅时的滞止焓的变化,C u 表示气流的周向分速度，该方程基于简单力学原理并且假定流动过程为绝热过程。当气流通过静子叶栅 时（ω=0），滞止焓不变。对压气机来说，滞止焓变化Δh * 为正值；对涡轮来说，滞止焓 变化Δh * 为负值。 当流动过程为不可压流动时: ** *1 c c c P h η ρ ?= ? ** *T T T P h ηρ ?= ? 其中ΔP *c 和ΔP * T 分别表示气流流经压气机和涡轮时的总压变化。 当空气从静止的大气环境中被吸入压气机时，在进入压气机时没有周向分速度，即C 1u =0。当气体离开涡轮时，如果气流的周向分速度不为零，将会增加涡轮出口至真空泵进口管路中的流动摩擦损失。因此，在设计状态下，涡轮转子出口气流的周向分速度应该为零（C 4u =0）。 压气机和涡轮的转子或静子的进、出口径向分速度可通过连续方程得出： Cr= m/(2 πρr h) 其中m 为流量， h 为叶片的轴向宽度，ρ为空气密度。 知道径向和周向两个分速度后，可计算出相对静叶和动叶的气流方向。

航空发动机和燃气轮机耐高温叶片

附件4 航空发动机和燃气轮机耐高温叶片 “一条龙”应用计划申报指南 一、产业链构成 面向航空发动机和燃气轮机等应用领域，以提高高温合金精密铸造涡轮叶片质量和可靠性为核心，组织产业链各环节优势力量，推动重点项目攻关，突破单晶高温合金母合金纯净度控制、复杂定向/单晶涡轮叶片制备、长寿命热障涂层设计与制备等关键技术，带动上游原辅材料产业、高端装备产业等相关产业互融共生、分工合作、利益共享，推进产业链协作发展，形成上下游产业对接顺畅的应用示范全链条，推动航空发动机和燃气轮机的开发、生产和应用。 关键产业链条环节 序号产业链环节航空发动机叶片地面燃气轮机叶片 1上游原材料√√ 2关键设备制造√√ 3高性能涡轮叶片合金开发√√ 4高纯净度母合金制备√√ 5涡轮叶片精密铸造√√ 6涡轮叶片机加√√ 7涡轮叶片制孔√√ 8涡轮叶片焊接√√ 9涡轮叶片热障涂层√√ 10下游应用√√ 二、目标和任务 （一）上游原材料 1.母合金用原材料 （1）环节描述及任务。开发镍、钽、铼等原材料制备技术，提

高原材料的杂质元素含量控制水平，为涡轮叶片用铸造高温合金熔炼提供优质原材料，为母合金锭纯净度控制奠定基础。 （2）具体目标。具备优质原材料生产能力，镍、钽、铼等具体化学成分控制要求如下表所示： 表1镍的化学成分控制要求 表2钽的化学成分控制要求 类别牌号 化学成分，% Ta Nb C O N Fe Ni Mn 不大于 钽条TTa-1余量0.010.0150.200.010.010.0050.003 类别牌号W Mo Si Zr Al Cu Cr Ti 不大于 钽条TTa-10.00 30.0030.010.0030.0030.0030.0050.003 表3铼的化学成分控制要求 类别 化学成分，% Re K Na Ca Fe Cu Mo Pb 不小于不大于 铼条、铼粒99.990.00050.00050.00050.00050.00010.00010.0001 类别W As Se Sn Ba Mn Be Pt 不大于 铼条、铼粒0.00050.00010.00030.00010.00010.00010.00010.0001 类别Co Cd Bi Si Mg C Zn Sb 不大于 铼条、铼粒0.00050.00010.00010.00050.00010.00150.00010.0001 类别Al Ni Ti Cr Tl Te S 不大于 铼条、铼粒0.00010.00050.00050.00010.00010.00010.0005 2.陶瓷型芯/型壳用原材料 （1）环节描述及任务

燃气轮机结构-涡轮

第四章涡轮 涡轮概述 一:涡轮功用 把来自燃烧室的高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功，用以带动压气机、附件和外负荷。 二：按燃气流动方向分类 轴流式径流式（离心式、向心式） 三：涡轮工作条件 高温、高转速、频繁剧烈热冲击、不均匀加热及由于转子不平衡和燃气压力、流量脉动造成的不平衡负荷的作用。 四：船舶燃气轮机涡轮 船舶燃气轮机多应用轴流式涡轮。其特点是功率大、燃气温度高、转速高、效率高。 燃气发生器涡轮（增压涡轮）：用来带动压气机和附件； 动力涡轮：用来带动减速器-螺旋桨或其他负荷，输出功率 五：涡轮通流形式 平的 扩张型：等中径通流等内径通流等外径通流

涡轮转子 一：涡轮转子组成 涡轮盘、涡轮轴、工作叶片、连接零件 二：盘与轴的连接 1.不可拆卸式结构：销钉连接整体结构或焊接 2.可拆卸式结构：螺钉连接短螺栓连接

三：盘与盘的连接 盘与盘地连接也分为不可拆卸和可拆卸两种结构，如下为典型连接： 不可拆卸式的径向销钉连接用长螺栓连接的可拆卸结构用短螺栓连接的可拆卸结构四：工作叶片及其与轮盘的连接 1：工作叶片工作环境： 离心力、气动力、振动负荷、受到燃气腐蚀、冷热疲劳 第一级工作叶片工作条件最恶劣，决定燃气初温选择，直接影响燃气轮机性能和可靠性 2：工作叶片组成 叶身、中间叶根、榫头（有些叶尖带有叶冠） 3：中间叶根作用 可以减少向轮盘传热，改善榫头应力分布不均匀；可以通冷却空气，降温，减少热应力，减轻轮盘质量。 4：榫头 叶片用枞树形榫头连接，承受负荷、离心力大、高温下工作。 故需满足：a.允许榫头受热后自由膨胀 b.传热性能好，叶片热量容易带走5：工作叶片的固定： 涡轮静子 一：涡轮静子组成 涡轮外环、导向器、涡轮支撑、传力系统 二：涡轮机匣 1：结构特点 一般采用整体式，且采用与燃机轴线垂直的分开面，将外环分成几部分 也有用于纵向剖分面的分开式结构的机匣，但多用于多级涡轮的情况 : 2：径向周向定位 通常采用圆柱表面实施，也有用几个不等距的精密配合的销钉作为定位件，再用精配螺栓附加定位

叶轮机实验报告

叶轮机械原理教学实验指导书 北京航空航天大学 能源与动力工程学院流体机械系 二零零六年二月

1 实验一 平面亚音扩压叶栅实验 1.1实验目的 1)通过实验使学生熟悉平面叶栅实验设备和实验方法； 2)作出叶栅攻角特性和叶片表面压力分布曲线； 3)了解平面叶栅实验在压气机气动设计中的作用和地位。 1.2实验内容 1.2.1平面叶栅的攻角特性 气流通过平面扩压叶栅后，其方向要发生转折，气流转折角为?β。气流通过叶栅损失的大小可用损失系数ω来表示。?β和ω随攻角i 和来流马赫数M 1而变化，它们都是i 和M 1的函数。低速叶栅吹风实验不考虑M 1对叶栅性能的影响，只讨论?β和ω随攻角i 的变化。叶栅的攻角特性如图1示。 由图1可以看出，当i 增加时, ?β开始直线上升， ω几乎不变。到某一攻角， ?β达到最大值。攻角再 提高，?β下降很快，ω急剧增加，这时叶背气流发生严重分离。在很大的负攻角情况下，气流在叶盆分离。 ?β的大小反映了叶栅的功增压能力,而ω的大小则反映了叶栅有效增压的程度, ω表征气流流经 平面叶栅发生的机械能损失，叶栅的效率和ω有直 接关系。压气机设计取max 8.0ββ?=?为叶栅名义工作点，把不同几何参数叶栅的名义工作点汇集在一起，即得到平面叶栅的额定特性线，这是压气机气动设计的依据。 1.2.2叶片表面压力分布 叶片表面压力分布以无因次压力系数P 表示 1 *11 P P P P P --= 式中*1P 、1P 分别为叶栅进口的总压和静压，P 为叶片上任一点的静压。P 为正值说 图 1.1 平面叶栅的攻角特性

2 明叶片上某点的当地速度低于叶栅进口速度，P 为负值表明当地速度大于叶栅进口速度。 典型的叶片表面压力分布曲线如图2所示，横坐标为弦长百分比。 进行叶片表面压力分布实验时，只测量一个攻角(例如5?攻角)的叶片表面压力分布。同时，还可以改变几个攻角(-10?,10?,18?)，观察叶片表面压力分布变化情况，特别要注意大攻角时，叶片表面出现严重分离(失速)现象。当叶片表面出现分离时，分离点后叶栅不再增压，水排上指示水柱高度不变。 1.3实验设备 1.3.1叶栅风洞 图3表示平面叶栅实验设备示意图 图 1.3 平面叶栅实验设备示意图 叶栅实验由连续气源供气，气流经过扩压段减速扩压，稳定箱内安装了蜂窝器和阻尼网（钢网）,消除旋涡，使气流稳定均匀，再经过维他辛斯基曲线的收敛段，使稳定箱出来的气流均匀膨胀加速，造成叶栅进口截面各点压力、速度都相同的一股均匀气流进入叶栅。 叶栅实验段——由10个叶片组成一排叶栅，叶栅装在圆盘上，转动圆盘可以改变攻角。测量探针装在三自由度位移机构上。 1.3.2叶栅几何参数 实验选用C-4叶型 C-4叶型几何参数： 图 1.2 叶片表面压力分布

燃气轮机航空叶片介绍

航空发动机叶片 众所周知，在航空发动机里叶片是透平机械的“心脏”，是透平机械中极为主要的零件。透平是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用。叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作。动叶片还以很高的速度转动。在大型汽轮机中，叶片顶端的线速度已超过600 ｍ/ｓ，因此叶片还要承受很大的离心应力。叶片不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格；叶片的加工工作量很大，约占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。叶片的加工质量直接影响到机组的运行效率和可靠行，而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。所以，叶片的加工方式对透平机械的工作质量及生产经济性有很大的影响。这就是国内外透平机械行业为什么重视研究叶片加工的原因。随着科学技术的发展，叶片的加工手段也是日新月异，先进的加工技术正在广泛采用。 叶片的主要特点是：材料中含有昂贵的高温合金元素；加工性能较差；结构复杂；精度和表面质量要求高；品种和数量都很多。这就决定了叶片加工生产的发展方向是：组织专业化生产，采用少、无切削的先进的毛坯制造工艺，以提高产品质量，节约耐高温材料；采用自动化和半自动化的高效机床，组织流水生产的自动生产线，逐步采用数控和计算机技术加工。叶片的种类繁多，但各类叶片均主要由两个主要部分组成，即汽道部分和装配面部分组成。因此叶片的加工也分为装配面的加工和汽道部分的加工。装配面部分又叫叶根部分，它使叶片安全可靠地、准确合理地固定在叶轮上，以保证汽道部分的正常工作。因此装配部分的结构和精度需按汽道部分的作用、尺寸、精度要求以及所受应力的性质和大小而定。由于各类叶片汽道部分的作用、尺寸、形式和工作各不相同，所以装配部分的结构种类也很多。有时由于密封、调频、减振和受力的要求，叶片往往还带有叶冠（或称围带）和拉筋（或称减震凸台）。叶冠和拉筋也可归为装配面部分。汽道部分又叫型线部分，它形成工作气流的通道，完成叶片应起的作用，因此汽道部分加工质量的好坏直接影响到机组的效率。 下面说一下叶片的材料，由于透平叶片的工作条件和受力情况比较复杂，因此对叶片材料的要求也是多方面的，其中主要的要求概括如下：（1）．具有足够的机械强度。即在工作温度范围内具有足够的，稳定的机械强度（屈服极限和强度极限），并且在工作温度范围内这些机械强度具有稳定的数值。在高温情况下（一般指450℃以上），具有足够的蠕变极限和持久强度极限。（2）.具有高的韧性和塑性以及高温下抗热脆性（高温下稳定的冲击韧性），避免叶片在载荷作用下产生脆性断裂。（3）.耐蚀性。抵抗高温下气体中有害物质的腐蚀以及湿蒸汽和空气中氧的腐蚀能力。（4）.耐磨性。抵抗湿蒸汽中水滴和燃气中固体物质的磨蚀。（5）.具有良好的冷、热加工性能。（6）.具有良好的减振性。叶片是处在交变载荷下工作，除要求有较高的疲劳极限外，还要求有良好的减震性能，即高的对数衰减率。这样可以减小振动产生的交变应力，减小叶片疲劳断裂的可能性。 根据使用温度、使用温度和化学成份等，可以将叶片材料分为两类：（1）.马氏体、马氏体-铁素体和铁素体钢。这类钢的使用温度最高不超过580℃，可以作为汽轮机叶片材料。（2）.奥氏体钢、铁镍合金和镍基合金等。着类钢的使用温度最高不超过700～750℃，可以作为燃气轮机叶片材料。

燃气轮机叶片

燃气轮机叶片加工与控制 一.燃气轮机的结构与组成 燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧和涡轮三大部件以及燃油系统、滑油系统、空气系统、电器系统、进排气边系统及轴承传力系统等组成。三大部件中除燃烧外的压气机与涡轮都是由转子和静子构成，静子由内、外机匣和导向（整流）叶片构成；转子由叶片盘、轴及轴承构成，其中叶片数量最多。 二．燃气轮机工作原理及热处理过程 工作原理：发动机将大量的燃料燃烧产生的热能，势能给涡轮导向器斜切口膨胀产生大量的动能，其一部分转换成机械功驱动压气机和附件，剩余能由尾喷管膨胀加速产生推力。 三．燃气轮机叶片 1.在燃气涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀以及以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作。叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键，因此对其投入的人力、物力、财力都是比较大的，而且国内外发动机厂家正以最大的努力来提高叶片的性能，生产能力及质量满足需要。 在流道中，由于在不同的半径上，圆周速度是不同的，因此在不同的半径基元级中，气流的攻角相差极大，在叶尖、由于圆周速度最大，造成很大的正攻角，结果使叶型叶背产生严重的气流分离；在叶根，由于圆周速度最小，造成很大的负攻角，结果使叶型的叶盆产生严重的气流分离。因此，对于直叶片来说。除了最近中径处的一部分还能工作之外，其余部分都会产生严重的气流分离，也就是说，用直叶片工作的压气机或涡轮，其效率极其低劣的，甚至会达到根本无法运转的地步。叶片的工作条件。 压气机叶片含风扇叶片属于冷端部件的零件，除最后几级由于高压下与气体的摩擦产生熵增而使温度升高到约600K（327°C），其余温度不高，进口处在高空还需防结冰。工作前面几级由于叶片长以离心负荷为主，后面几级由于温度以热负荷为主。总之压气机叶片使用寿命较长。叶片的使用的材料一般为铝合金、钛合金、铁基不锈钢等材料。 涡轮是在燃烧室后面的一个高温部件，燃烧室排出的高温高压燃气流经流道流过涡轮，所有叶片恰好都是暴露在流道中必须承受约1000°C的高温1Mpa 的以上高压燃气的冲刷下能正常工作。因此叶片应有足够的耐高温和高压的强度。涡轮叶片的使用寿命远低于压气机叶片约2500h。 转子叶片，静子叶片只承受热应力及弯曲应力，没有离心应力。叶片使用的材料一般为高温铸造合金如K403、K424等、和高温合金如GH4133等，温下高强度材料。 2.叶片加工与控制 （1）加工 叶片的加工分两大部分：一部分为叶片型面加工，一部分为榫头加工及缘板加工：压气机工作叶片的型面是用高能高速热挤压成型后经抛光而成；整流叶片是由冷轧成型经抛光而成。涡轮叶片的叶型，无论是工作叶片

图说燃气轮机的原理与结构

图说燃气涡轮发动机的原理与结构 曹连芃 摘要：文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理；对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍；对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。 关键字：燃气涡轮发动机，燃气轮机，轴流式压气机，燃烧室，轴流式涡轮 1. 燃气涡轮发动机的工作原理 燃气涡轮机发动机（燃气轮机）的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转，见图1。 图1-走马灯与燃气涡轮 燃气轮机属热机，空气是工作介质，空气中的氧气是助燃剂，燃料燃烧使空气膨胀做功，也就是燃料的化学能转变成机械能。图2是一台燃气轮机原理模型剖面，通过它来了解燃气轮机的工作原理。 从外观看燃气轮机模型：整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口（燃气出口）。 燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。

图2-模型燃气轮机结构 在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。 图3-燃气轮机工作过程 在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子，如图4所示。

叶轮机械原理作业教材

D2 60U2 1300 60 90.44 1300 3.14 = 1.329 取整，确定D2 =1.3m U2 1.3二1300 二1.3 3.14 1300 60 60 二88.44 m s P _4000 u；88.442 2 2 = 0.853 (2)确定叶轮入口参数。叶轮机械原理作业 张硕201520503005 离心通风机设计 设计一台离心通风机，其流量 Q=90000m3/h，压力P=4000pa,介质为空气，进气状态为通风机的标准状态。要求确定流通部分的形状和尺寸，并进行主要零部件的强度计算和材料选用。 一、叶轮设计 制定 Q =90000/3600 =25m3 / s ； P=4000pa；进口压力R n =101325pa，进口温度垢=20°，空气密度P air = 1.205kg/m3 (1)转速、叶片出口角和轮径的确定 选取转速n=1300r/min， 比转速为n s =5.54 Q =5.54 1300 ' 253 =71.6 pN 4000" 根据比转速值，由图 5-5预选’-：二0.8，根据比转速和压力系数估算出叶片出口角 1 b2: 屮0 8 +1.4410-5n S—0.3835 ' +1.44% 10七71.62 -0.3835 '-b^- 3- 332.3 2 2.7966 10 2.7966 10 '■b2值与通风机的压力 P关系密切。经过多次试算，为了保证获得所需要的通风机压力, 确定：b2 = 35。 压力系数为： ：=2 0.3835 2.7966 10” 35-1.44 10* 71.6^-0.815 2 4000 90.44 m s 1.2 0.815

燃气轮机叶片冷却技术的发展

动力与能源工程学院 动力机械及工程学科专题研究课程设计 学号： 专业： 动力机械及工程 学生姓名： 任课教师： 2009年12月 燃气轮机叶片冷却技术的发展 1概述 燃气轮机作为大型动力装置，广泛应用于发电，船舶，航空航天等工业领域。 其主要性能指标为系统循环热效率和输出功率，它们均随涡轮转子燃气进口温度（RIT）的增加而增加。据计算，RIT 在1073～1273K范围内每提高100℃，燃气轮机的输出功率将增加20%～25%，节省燃料6%～7%。所以，要使燃气轮机性能的不断提高，关键在于提高RIT，但伴随而RIT的提高，燃气轮机热端部件材料的耐热问题也随之而来。目前，燃气轮机的RIT远高于涡轮叶片金属材料的熔点；下一代燃气轮机若以氢气和人造气为燃料，RIT将会更高，如果不能成功的解决这一问题，用提高RIT来提高燃气轮机性能只能是个美好的愿望。 先进的冷却技术可使热端部件能承受更高的工作温度，提高燃气轮机的循环热效率，延长燃气轮机使用寿命，提高系统工作的安全性和可靠性。据推算，如果无冷却导向叶片材料的使用温度能达到1470 K，则该导向叶片采用内部对流冷却时，可使涡轮进口温度提高到2200 K。由此可见，开展叶片冷却技术的研究具有十分重要的意义。

2燃气轮机气冷技术的发展进程 早期的涡轮叶片没有采用冷却技术，RIT受叶片材料的限制，很难超过1 323K。为了突破这一瓶颈，气体冷却技术被应用到实践中，这一技术是用来自不同压缩级的压缩空气作为冷剂对燃气涡轮的热端部件进行冷却，可大幅提高燃气初温。由于空气容易获取，实践成本较低，空气冷却得以快速发展，应用颇广。但随着人们对燃气轮机性能的要求不断提高，继续使用空气冷却将消耗掉大量的压缩气，这对燃气轮机的整体性能的提高不利。据估计，按现有传统复合冷却技术，当高性能涡轮系统RIT > 1763 K时约有35 %的压缩空气用于热通道组件的冷却，用于燃烧的空气更少，这将大大减少了涡轮系统的循环热效率和输出功率。另外，冷却空气的流道由于提高燃气轮机的初温和高压冷却空气的流动以及冷却空气与主流燃气的掺混带来较大的热力和气动损失。这些因素将降低燃气轮机的热效率，且各种损失还随冷却介质流量的增加而增加，将与提高RIT的收益相抵消。 为了解决这一问题，一方面需要改进气冷结构和发展新型结构，另一方面则可以采用其它介质来代替空气作冷却介质。新介质被要求既易得可用，冷却效果好，损失较小，又能保持已有冷却技术的结构简单性和可靠性。 对大型陆用燃气轮机来讲，水蒸气是叶片冷却介质的首选。使用蒸汽作为冷却介质的优点有蒸汽来源丰富，且可再次利用，在任何采用空气冷却的系统中使用，不会使冷却叶片转子的结构和制造工艺变得复杂。与空气相比，水蒸气冷却运行能耗低、损失小，克服了空气冷却的所有不足，可通过增加冷却蒸汽流量来更多地提高RIT。因为蒸汽压力不受压气机出口压力的限制，所以冷却蒸汽流量的增加，冷却通道的流阻不会遇到什么困难。 此外，许多专家和科研人员另辟蹊径，从已发展成熟的空气冷却技术着手对进一步提高燃气初温做了大量研究，并取得了一些进展。结果表明向空气中加入水雾时冷却效果较纯空气的冷却效果好，但由于水滴吸热蒸发后变成水蒸气，引入一个新组分，其换热强化机理和液滴动力学方面极为复杂，直至目前几乎所有的试验研究，尚不适用于实际燃气轮机涡轮叶片冷却。由此向高性能大型燃气轮机的冷却蒸汽中添加水雾以强化换热的想法就产生了，这种新的想法被称为汽雾冷却技术。研究表明，汽雾冷却与传统空气冷却相比，换热系数

离心泵特性测定实验报告

离心泵特性测定实验报告 姓名：刘开宇 学号：1410400g08 班级：14食品2班 实验日期：2016.10.10 学校：湖北工业大学 实验成绩： 批改教师：

一、实验目的 1．了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用； 2．掌握离心泵特性曲线测定方法； 3．了解电动调节阀的工作原理和使用方法。 二、基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H 、轴功率N 及效率η与泵的流量Q 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 1．扬程H 的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程： f h g u g p z H g u g p z ∑+++=+++222 2222111ρρ （1－1） 由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项f h ∑，速度平方差也很小故可忽略，则有 (=H g p p z z ρ1 212)-+ - 210(H H H ++=表值） （1－2） 式中： 120z z H -=，表示泵出口和进口间的位差，m ；和 ρ——流体密度，kg/m 3 ； g ——重力加速度 m/s 2； p 1、p 2——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa ； H 1、H 2——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m ； u 1、u 2——分别为泵进、出口的流速，m/s ； z 1、z 2——分别为真空表、压力表的安装高度，m 。 由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。 2．轴功率N 的测量与计算 k N N ?=电 （W ） （1－3） 其中，N 电为电功率表显示值，k 代表电机传动效率，可取95.0＝k 。 3．效率η的计算 泵的效率η是泵的有效功率Ne 与轴功率N 的比值。有效功率Ne 是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功，

燃气轮机起动过程原理

燃气轮机起动过程原理 (2007-12-25 22:02:35) 转载▼ 标签： 杂谈 燃气轮机起动过程原理 2.1 燃气轮机启动运行原理 燃气轮机主机由压气机，燃烧室和透平三大部件组成。压气机需要从外部输入机械功才能把空气压缩到一定的压力供入燃烧室。透平则用高温高压的燃气做工质将其热能转变为机械能从而对外输出机械功。在正常运行的时候，压气机是由燃气透平来驱动的。一般讲，透平功率的2/3要用来拖动压气机，其余的1/3功率作为输出功率。显然存在一个问题，在启动过程中点火之前和点火之后透平发出的功率小于压气机所需的功率这一段时间内，必须由燃气轮机主机外部的动力来拖动机组的转子。换言之，燃气轮机的启动必须借助外部动力设备。在启动 之后，再把外部动力设备脱开。机组启动扭矩变化，如图3-1所示。图中MT曲线为透平自点心后所发出的扭矩；Mc曲线是压气在被带转升速过程中的阻力矩变化；Mn 是机组起动时所需要的扭矩特性，即由起动系统所提供的扭矩；n1为机组点火时的转速，即由起动带转机组转子所达到的转速。在n1转速下，进入燃烧室的空气在其规定参数下，由点火器并藉联焰管快速且可靠地点燃由主喷油嘴喷射出来的燃料，并且在机组起动升速过程中，不会发生熄火、超温和火焰过长等现象。n1转速通常为15%~22%SPD范围内，机组不同，n1数值亦不同。图3-1 机组启动扭矩变化 燃气轮机的起动是指机组从静止零转速状态达到全速空载并网状态，在起动过程中要求机组起动迅速、可靠、平稳和不喘振。为了防止压气机在起动过和中喘振，机组起动前和起动过程中某一阶段内气机进口导叶处于34度，即所谓关闭状态，放气阀处于打开放气位置。压气机进口可转导叶角度关小，能使压气机喘振边界线朝着流减小的方向变动，扩大了压气机的稳定工作范围。同时由于空气流量减小，因而减小了起动力矩，使起动机功率减小；在起动功率不变的情况下，可以缩短起动加速时间。防喘放气阀的放气是在于减小压气机高压级的空气流量而不致阻塞，同时又能增加压气机放气口前的气流流量，从而提出高了流速，也使压气机避免喘振。 机组起动过程中，压气进口导叶（IGV）角度，不能总在34度关闭状态；放气阀也不能总在放气位；因机组起动时工质设计参数的需要，6型机当转速为87%SPD时，IGV由34度打开增至57度，当机组转速达到满转速并且加负荷，直到所带负荷达到在约1.54万KW时，IGV继续打开直到84度。而放气防喘阀，当机组转速达到97.5%SPD（转速继电器具14HS 动作）时，即关闭停止放气。 机组起动运行包括起动、带负荷、遥控起动和带负荷。起动包括正常起动和快速起动。带负荷又分自动和手动进行。在起动运行过程中的控制调节又分转速控制、同期控制和温度控制阶段。 燃气轮机的起动过程可以分段进行，亦可以自动按程序控制进行，要分步调试过程中，可以分段进行。一旦分步调试正常后，便无需再分段进行机组起动，而是采用自动程序控制。机组起动过程分以下几步。

第二章航空燃气轮机的工作原理

第2章航空燃气轮机的工作原理 Principle of Aero Gasturbine Engine 第2.1节概述 Introduction 涡轮喷气发动机是航空燃气轮机中最简单的一种，它是飞机的动力装置。涡轮喷气发动机在工作时，连续不断地吸入空气，空气在发动机中经过压缩、燃烧和膨胀过程产生高温高压燃气从尾喷管喷出，流过发动机的气体动量增加，使发动机产生反作用推力（图2.1.1） 图2.1.1 单轴涡轮喷气发动机 涡轮喷气发动机（图2.1.2）作为一个热机，它将燃料的热能转变为机械能。涡轮喷气发动机同时又作为一个推进器（，它利用产生的机械能使发动机获得推力。

图2.1.2 表示热机和推进器的单轴涡轮喷气发动机 涡轮喷气发动机，作为热机，它和工程中常见的活塞式发动机一样，都是以空气和燃气作为工作介质。它们的相同之处为： 均以空气和燃气作为工作介质。它们都是先把空气吸进发动机，经过压缩增加空气的压力，经过燃烧增加气体的温度，然后使燃气膨胀作功。燃气在膨胀过程中所作的功要比空气在压缩过程中所消耗的功大得多。这是因为燃气是在高温下膨胀的，于是就有一部分富余的膨胀功可以被利用。 它们的不同之处为： ?进入活塞式发动机的空气不是连续的；而进入燃气轮机的空气是连续的。 ?活塞式发动机中喷油燃烧是在一个密闭的固定空间里，称为等容燃烧，而燃气轮机则在前后畅通的流动过程中喷油燃烧，若不计流动损失，则燃烧前后压力不变，故称为等压燃烧。 下面给出了涡轮喷气发动机的简图，图中标出了发动机各部件名称和各个截面的符号。 对于单轴和双轴涡轮喷气发动机的尾喷管，若为收敛性喷管，其出口截面9在临界或超临界状态下成为临界截面，故也可以标注为8。 0---远前方，1---发动机进气道入口，2---压气机入口，3---燃烧室入口, 4---涡轮入口，5---尾喷管入口，8---尾喷管临界截面,9---尾喷管出口 图 2.1.3涡轮喷气发动机各部分名称 请记住上图涡轮喷气发动机各个截面符号的含义。

燃气轮机透平叶片蒸汽冷却技术现状

科研探索 知识创新 与。显然，燃气轮机透平进口温度已经 远远超过了金属材料所能承受的极限。因此，对燃气轮机透平高温部件，尤其是透平叶片必须采用冷却技术，保证叶片本身温度低于材料的许可值而安全工作。总结历年来燃气透平进口温度及材料的允许温度变化趋势。燃气透平进口温度平均以每年20℃的速度增加，而金属耐热温度平均每年增加 8℃，其余的温升则得益于冷却技术的进步。 冷却技术的应用不仅提高了燃气透平进口初温和燃气轮机循环热效率，而且使叶片表面温度分布更加均匀，从而降低了叶片内部热应力，提高叶片寿命。然而，随着燃气透平初温的提高，为了冷却高温部件，从压气机抽出的冷却空气量逐渐增加，这不仅消耗了压气机中的高压空气，而且冷空气在透平中与主流燃气的搀混也导致透平效率的下降，从而影响了整个系统的效率。蒸汽的导热性能大于空气且热容较大，采用蒸汽冷却方式可以使需要的冷却剂流量大大减少，较好地弥补了空气冷却的缺点。1蒸汽冷却技术的工业应用 目前，美国、德国和日本的一些燃气轮机生产厂家，如GE 、三菱等已经将蒸汽冷却技术投入实际生产，制造出进口温度更高的燃气轮机，取得了很好的经济效益。1.1美国GE 公司的H 系列燃机 H 系列燃气轮机包括50Hz 的MS9001H 燃气轮机和60Hz 的MS7001H 燃气轮机。以MS9001H 为基础部件组成的STAG 109H 燃气-蒸汽联合循环机组将成为有史以来效率最高的联合循环发电机组，其净效率达到60%，功率输出为480MW ， 而此前最高的联合循环效率仅为55%左右 。 在冷却叶片设计方面：H 系列燃机采用了航空技术的4级 涡轮，要求对第1、2级喷嘴及动叶进行蒸汽冷却。其中第1级使用单晶叶片，镍基合金并带有隔热涂层；第3级喷嘴及动叶是空气冷却；第4级不进行冷却。1.2西门子先进的大功率燃气轮机 西门子W501G 机型253MW 是目前60Hz 功率最大、效率最高的商用燃气轮机之一。其透平的进口温度达到1420℃，在简单循环下的效率为39%，联合循环的效率为58%。第一台机组的运行小时己超过12500小时，有5台运行超过8000小时，总累计运行小时超过6.5万小时，己积累了在商业环境下的运行经验。W501G 系列机组的可靠性是98.7%，设备可用率己超过95.7%。初步统计，目前有约16台机组投入商业运行。 W501G 燃气轮机在较高负载运行期间，透平采用外置的闭环蒸汽冷却器；但是在启动和部分负载运行期间，使用空气冷却器。较低负载期间的空气冷却器能力己足够，不需要依赖辅助蒸汽源。在较高的燃气轮机负载下，热交换器冷却需要的蒸汽由蒸汽循环提供，温度较低的冷却蒸汽进入各热交换器的内壁冷却回路，通过冷却壁后，被加热的蒸汽收集在排出集管内，通过导管从燃机中输出，增大联合循环的高温再热蒸汽。 使用闭环蒸汽回路冷却器，即可以减少燃气轮机的压缩空气和NOx 的排放；又可以使蒸汽循环获得额外的热量，提高联合循环的性能。 1.3日本三菱公司的M701G2燃气轮机

整体叶轮加工实验说明书

整体叶轮加工实验说明书 一、实验目的及要求 通过对整体叶轮零件图样分析，掌握叶轮加工用工装的设计特点及定位和夹紧方法；掌握叶轮加工工序的安排以及每道工步所需刀具的种类、规格等；现场利用典型车床和五轴联动加工中心（转台+摆头）进行整体叶轮的加工实验，有助于加深了解并掌握整体叶轮的加工工艺特点。 二、实验注意事项 1.实验前要认真复习教材中有关章节所讲内容，认真阅读实验指导书，确 保叶轮加工工序安排的正确性，以避免不必要的损失等； 2.实验时严格执行实验室的规章制度，严格按操作规程操作，注意现场操 作安全； 3.爱护实验仪器与设备，压紧用螺栓应避免用力过度加力； 4.实验过程中严禁戏耍打闹，确保实验安全顺利完成。 三、整体叶轮加工工艺 整体叶轮结构尺寸示意图如下图所示。 图1 整体叶轮

整体叶轮的加工工序安排如下： 1.下料 根据零件尺寸，确定毛坯尺寸、类型、余量等。如本实验叶轮加工用的圆柱型材等； 2.车削加工中心：车定位基准面、钻削中心孔、零件外轮廓 图2是叶轮在完成车削加工这道工序之后的剖视图。一般情况下在车削加工中心上就可完成该道工序，为展示工序列划分，特将此道工序一分为二，分别如下： 车削定位基准（普车）：先在车床上车削毛坯的B端面以及B端的外径，车削外径又分为粗车和精车两个工步（可加工倒角），再以此为定位基准，进一步加工叶轮中心孔（可用直径大的钻头手工去毛刺）。 叶轮中心孔一般先采用小直径钻头钻削加工，再采用大直径钻头钻削加工，最终完成中心孔的加工。 车削叶轮外轮廓（数车）：在车削过程中由右向左逐层车削，完成粗加工，再通过联动完成车削精加工； 图2钻中心孔/车叶轮外轮廓 3.加工中心：打B端面两处定位销孔 图3是在加工中心上完成B端面两处定位销孔加工工序后的叶轮剖

机械设备实验报告

实验一物料输送机械 1.离心泵 结构：主要由叶轮、泵壳、轴封装置、电动机等组成。 工作原理：液体注满泵壳，叶轮高速旋转，液体在离心力作用下产生高速度，高速液体经过逐渐扩大的泵壳通道，动压头转变为静压头。使用离心泵注意事项： (1)粘度对泵的影响 (2)气缚现象 (3)泵开动前，必须充满液体 (4)要经常检查密封装置，以防泄漏或渗入 (5)要定期检查、维修和保养电动机。 离心泵的操作及故障排除： 1、启动及停车 （1）检查电机与离心泵叶轮的旋转方向是否一致。 （2）检查轴承润滑油量是否够，油质是否干净。 （3）检查泵的转动部分是否转动灵活，有无摩擦和卡死现象。（4）检查各部分的螺栓是否拧紧。 （5）启动前灌泵时应注意将泵及吸入管路的空气排净。 （6）检查轴封装置密封内是否充满液体，防止泵在启动时填料密封或机械密封干磨发生烧损现象。 （7）对于一般离心泵，启动前要关闭出口阀及压力表旋塞。 （8）启动电机并打开压力表旋塞，当离心泵以正常转速运转时，压

力表显示适当压力后再打开吸入管路上的真空表旋塞，并打开排出管路上调节阀到需要的开度为止。 （9）停止时要先关闭出口阀及真空旋塞，停电机后再关闭压力表旋塞。若有机械密封装置应最后停冷却及密封液系统。 （10）冬季停止使用的离心泵应将泵内的液体放尽，防止冻裂。（11）长期停止使用的离心泵应拆卸开，将零部件上液体擦干并涂上防锈油妥善保存。 2、运转时的维护 （1）注意轴承温度最高不能超过75℃。 （2）检查填料密封是否滴漏，调整填料压盖的压紧程度，以液体一滴一滴的滴漏为好。 （3）定期更换润滑油。稀油应在500h后更换一次，黄油每运转2000h 更换一次。 （4）离心泵每经200h工作后应进行周期检查，更换磨损件。 2.螺杆泵 结构：螺杆，螺腔，填料函，平行销连杆，套轴，轴承，机座 工作原理：为容积式回转泵，利用装在橡皮套内旋转的螺杆与橡皮套形成的不断改变大小的空间，通过靠挤压作用使料液吸入并由另一端压出。 操作注意事项： (1)开泵前需灌满液体。以防发生干磨擦。 (2)无级变速手轮的调节必须在电动机启动情况下进行

实验四 涡轮叶栅流场显示实验

成绩 北京航空航天大学 叶轮机械原理实验报告 学院能源与动力工程学院 专业方向热能与动力工程 班级120421 学号 学生姓名 指导教师

实验四涡轮叶栅流场显示实验 4.1实验目的 1、熟悉流动显示的实验方法，掌握通过实验观察来帮助认识流动机理这一重要的科研方法； 2、认识涡轮叶栅内复杂的非定常流动现象。 4.2实验内容 1、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下中间叶高通道内的非定常流场，认识不同攻角下涡轮叶栅压力面、吸力面附近以及通道中部的流动特点； 2、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下中间叶高叶片尾迹的非定常流场，认识不同攻角下涡轮叶片尾迹的流动特点； 3、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下涡轮端壁区二次流的非定常流场，认识不同攻角下涡轮叶栅端壁区前缘马蹄涡、通道涡、端壁附面层、叶背附面层、角区流动等以及它们相互作用、相互影响的非定常特点； 4、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下涡轮端壁泄漏流的非定常流场，认识涡轮叶栅存在叶尖径向间隙后不同攻角下叶栅端壁泄漏流、泄漏涡、前缘马蹄涡、通道涡、端壁附面层、叶背附面层、角区流动等以及它们相互作用、相互影响的非定常特点，帮助理解涡轮内的流动现象。 4.3氢气泡法流场显示方法 氢气泡流动显示技术是近几十年发展起来的流动显示技术，跟随性好、分辨率高，既可作定性观察又能作定量测量，适用于湍流、旋涡等非定常流动和紊流脉动的研究。氢气泡法应用水的电解原理，在水中通上电流使其电解，在阴阳极分别产生氢气泡和氧气泡，由于阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，产生的

燃气轮机原理(精华版)

QD20燃机轮机机组 第 1章概述 1.1 燃气轮机简介 燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，包括压气机、加热工质的设备（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备等。 走马灯是燃气轮机的雏形我国在11 世纪就有走马灯的记载，它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上升热气推动顶部风车及其转轴上的纸人马一起旋转。15世纪末，意大利人列奥纳多〃达芬奇设计的烟气转动装臵，其原理与走马灯相同。 现代燃气轮机发动机主要由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。图1-2为开式简单循环燃气轮机工作原理图。压气机从外界大气环境吸入空气、并逐级压缩（空气的温度与压力也将逐级升高）；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气；然后再进入透平膨胀做功；最后是工质放热过程，透平排气可直接排到大气、自然放热给外界环境，也可通过各种换热设备放热以回收利用部分余热。在连续重复完成上述的循环过程的同时，发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。 燃气轮机动力装臵是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力（例如：电能、机械能或热能）所必需的基本设备。为了保证整个装臵的正常运行，除了主机三大部件外，还应根据不同情况配臵控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。 燃气轮机区别于活塞式内燃机有两大特征：一是发动机部件运动方式，它为高速旋转、且工质气流朝一个方向流动（不必来回吞吐），使它摆脱了往复式动力机械功率受活塞体积与运动速度限制的制约，在同样大小的机器内每单位时间内通过的工质量要大得多，产生的功率也大得多，且结构简单、运动平稳、润滑油耗少；二是主要部件的功能，其工质经历的各热力过程是在不同的部件中进行的，故可方便地把它们加以不同组合处理，来满足各种用途的要求。 燃气轮机区别于汽轮机有三大特征：一是工质，它采用空气而不是水，可不用或少用水；另是多为内燃方式，使它免除庞大的传热与冷凝设备，因而设备简单，启动和加载时间短，电站金属消耗量、厂房占地面积与安装周期都成倍地减少；再是高温加热高温放热，使它有更大的提高系统效率的潜力，但也使它在简单循环时热效率较低，且高温部件需更多的镍、铬、钴等高级合金材料，影响了使用经济性与可靠性。 自 20 世纪60 年代首次引进6000kW 燃气轮机发电机组以来，我国已建成不少烧油气的燃气轮机及其联合循环发电机组。但由于我国一次能源以煤为主的消费结构，并受到规定的“发电设备只准烧煤”的前燃料政策的制约，目前我国燃气轮机在现有发电设备装机容量中，占有量很小，只有700 万kW 左右，且绝大部分为进口的。但发展速度很快，正在建设和计划的就超过800 万kW，正在建设的一批大型35 万kW 级燃用天然气的联合循环电站。随 着天然气和液体燃料在一次能源中比例的上升和燃气轮机燃煤的技术成熟之后，燃气轮机在我国发电设备中的比例将会愈来愈大。研究表明，由于燃气轮机在效率，环保和成本方面的优势，我国在电站基本负荷发电、老电站技术更新改造、洁净煤发电技术、石油与天然气的输运和高效利用以及舰船、机车交通动力等领域对燃气轮机都将有较大的需求。许多专家还强调燃气轮机在西部大开发中的重要性，国家构想实施的新世纪四大工程：西气东输，西电东送，青藏铁路，南水北调，前三个都与燃气轮机有关。总之，以燃气轮机为核心的总能系统也将成为我国跨世纪火电动力的主要发展方向，我国将是世界最大的燃气轮机潜在市场。 第2章燃气轮机热力循环 2.1热力循环的概念 热力循环是指热力系统经过一系列状态变化，重新回复到原来状态的全部过程。热力循环分为正向循环及逆向循环。将热能转换为机械功的循环称为正向循

实验报告

现代机械工程基础实验2(机制) (数控部分)实验报告 院（部）：机电工程学院 班级：机械123班 姓名：尤樟华 学号：20120711101 指导教师：王全景 日期：2015年12月31日

目录 一、现代机械工程基础实验2 (数控部分)的目的和意义 (1) 1.1实验目的 (1) 1.2实验意义 (1) 1.3实践日期 (1) 1.4实践地点 (1) 1.5所用设备 (1) 二、加工前的准备 (2) 2.1加工图纸 (2) 2S OLID W ORKS三维造型 (3) 三、工艺分析 (5) 3.1数控车床加工零件工艺分析 (5) 3.1.1零件结构和加工工艺要求分析 (5) 3.1.2毛坯和材料的选择 (6) 3.1.3加工工序 (6) 3.1.4拟定加工工序卡 (7) 3.2数控铣床加工零件工艺分析 (8) 3.2.1零件结构和加工工艺要求分析 (8) 3.2.2毛坯和材料的选择 (8) 3.2.3基准的选择 (9) 3.2.4加工路线的设计 (9) 3.2.5刀具选择 (10) 3.2.6切削用量选择 (10) 3.2.7拟定加工工序卡 (11) 3.3加工中心加工零件工艺分析 (12) 3.3.1零件结构和加工工艺要求分析 (12)

3.3.2毛坯和材料的选择 (12) 3.3.3基准的选择 (13) 3.2.4在CAXA制造工程师软件中仿真 (13) 四、加工程序 (16) 4.1数控车床加工程序 (16) 4.2数控铣床加工程序 (17) 4.3加工中心加工程序 (18) 五、工作过程 (19) 5.1机用平口钳的使用 (19) 5.2千分表的正确使用方法 (20) 5.3对刀过程 (21) 六、心得体会.......................................................................................................................................... - 22 -