ηT
GT ⋅ T3* p* 3
*
(ηT*)max
nT T3*
GT ⋅ T3* ( ) max p* 3
效率特性
流量特性
nT T3*
(πT*)最佳
( cu )最佳
1
临界压比 气流速度达到当地音速) (气流速度达到当地音速)
πT*
2效率特性线
• 在一定的转速下，与最佳速度比相对应的膨胀 在一定的转速下， 为最佳，涡轮效率最高。 比(πT*)为最佳，涡轮效率最高。当膨胀比增加 或减少时，都使速度比偏离最佳值，导致流阻 或减少时，都使速度比偏离最佳值， 增大，效率下降。 增大，效率下降。 • 转速降低时，效率曲线向膨胀比减小的方向移 转速降低时， 动，相应的最高效率也有所减小。 相应的最高效率也有所减小。
• 假设各级的级效率相等
*
H η = *= Hs
* T
η
* st
∑H
i =1
n
* is
H
* s
= η (1 + α ) > η
* st
n i =1
* st
由于重热，
* H is > H s* ∑ i =1
n
* * 令 ∑ H is = ( 1 + α )H s
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。
涡轮特性
流量、功率、效率等
• 研究在非设计工况下，涡轮的性能参数 研究在非设计工况下，涡轮的性能参数 依从于涡轮工况参数变化时的规律性。 依从于涡轮工况参数变化时的规律性。 工况参数变化时的规律性
转速、进气参数、背压等
涡轮的变工况举例
• 涡轮变工况时，喷嘴出口气流角α1变化很小， 但叶轮的气流进气角β1变化可能很大，而动叶 片几何进气角β1c不变 • 冲角 = β1c-β1发生变化 冲角i β • 气流进入工作叶栅时，会发生撞击和分离，冲 气流进入工作叶栅时，会发生撞击和分离， 角愈大愈严重。 角愈大愈严重。
(3)级数 n愈多，重热愈有利，系 数 α ↑ 。 愈多，重热愈有利，
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 致涡轮效率降低的。
二、 涡轮特性
• 设计工况： • ——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 • ——能保证气流绕流叶片时不致于产生撞击和分离。 • 变工况： • ——在不同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。
１、多级涡轮的总膨胀比变化时，对第一级 多级涡轮的总膨胀比变化时， 喷嘴工作的影响最小，而对最后一级工作 喷嘴工作的影响最小， 叶栅的影响最大。 叶栅的影响最大。 ２、当多级涡轮的总膨胀比不变时，转速参 当多级涡轮的总膨胀比不变时， 数的变化对各级膨胀比的分配影响很小。
涡轮总膨胀比变化时的影响
• 当膨胀比小于设计值时，各级膨胀比均会减小： 当膨胀比小于设计值时，各级膨胀比均会减小： • • • 膨胀比 π• *↑ T • 轴向分速 最后一级的膨胀比减小得最多； 最后一级的膨胀比减小得最多； 而第一级喷嘴的膨胀比减小得最少。 而第一级喷嘴的膨胀比减小得最少。 最后一级工作叶栅的膨胀比增加得最多； 最后一级工作叶栅的膨胀比增加得最多； 而第一级喷嘴的膨胀比增加得最少。 而第一级喷嘴的膨胀比增加得最少。 增加直到涡轮出口处c cx增加直到涡轮出口处cx达到当地音速为止 其他各级c 均小于当地音速。 其他各级cx均小于当地音速。
G T T3* p
* 3
p π = p
* T
* 3 * 4
nT T
* 3
LT * T3
η
* T
涡轮特性的表示
G T T3* π * , n T 一般 = f1 T * p3 T3*
* π * , n T ηT = f 2 T T3*

G T* n 或者 * π T = f1 T * 3 , T* p3 T3
G T* n * ηT = f 2 T * 3 , T* p3 T3
三、涡轮级的特性线
ηT
GT ⋅ T3* p* 3
*
(ηT*)max
nT T3*
GT ⋅ T3* ( ) max p* 3
效率特性
流量特性
nT T3*
(πT*)最佳
( cu )最佳
1
临界压比 气流速度达到当地音速) (气流速度达到当地音速)
（二）出现负冲角i<0 （β1↑） 出现负冲角 ） u/c1 ↑
• 流阻增加，示方法
• 通常采用相似参数来绘制，以相似参数为坐标 通常采用相似参数来绘制， 采用相似参数来绘制 绘制的特性线为通用特性 通用特性， 绘制的特性线为通用特性，不受具体参数变化 的影响。 的影响。
• 当膨胀比大于设计值时，各级膨胀比和cx均增加 ： 当膨胀比大于设计值时，各级膨胀比和c
c • x↑
LT = ∑ LTi = ∑ H = ∑η H = η
i =1 i =1 * i i =1 * sti * is
n
n
n
* st
∑H
i =1
n
* is
(设各级的级效率相同)
内功率（轴功率） 内功率（轴功率）
NT = GT LT [kW]
或
* Ts T
GT 为燃气流量，kg/s。 为燃气流量，
NT = GT L η [kW]
涡轮重热系数 一般，α = 0.01 ~ 0.02
α = f (π ，η ，n)
* T * st
* (1) 膨胀比 π T 愈大，涡轮前几级的磨 擦热在后面诸级中 愈大，
得到更大应用，故 α ↑ ； 得到更大应用，
* (2)级效率 η st 愈低，则磨擦热愈大， 重热愈明显，则 α ↑ ； 愈低，则磨擦热愈大， 重热愈明显，
涡轮变工况时，速度比u/c1会变化
（一）出现正冲角i>0 （β1↓） 出现正冲角 ） u/c1 ↓
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。 气流撞击叶背前缘； 气流撞击叶背前缘； 在叶腹引起旋涡和分离。 在叶腹引起旋涡和分离。 工作叶片表 面(或喷嘴出 口处) 口处)引起旋 涡和分离
ηT
GT ⋅ T3* p* 3
*
(ηT*)max
nT T3*
GT ⋅ T3* ( ) max p* 3
效率特性
流量特性
nT T3*
(πT*)最佳
( cu )最佳
1
临界压比 气流速度达到当地音速) (气流速度达到当地音速)
πT*
四、多级涡轮的特性线
与涡轮级特性非常相似，但具有以下特点： 与涡轮级特性非常相似，但具有以下特点：
第四章 燃气透平工作原理和结构
1、燃气透平工作原理 2、燃气透平的基本参数和特性 3、燃气透平结构 4、燃气轮机振动事故处理
一、多级压力级涡轮的基本参数
1、膨胀比πT* 膨胀比π
* * * * π T = π T 1 × π T 2 × ⋅ ⋅ ⋅ × π Tn
n为级数。
2．涡轮的轴功率
（1）内功率NT 内功率N ——涡轮内功 涡轮内功L ——涡轮内功LT为各级轴功之和
一、涡轮的变工况
• 所谓涡轮工况的变化，通常指各工况参数的变化： • (1)转速nT； (1)转速n 转速 • (2)涡轮级前压力和温度（p3*、T3*）等进气参数的变化； (2)涡轮级前压力和温度（ 涡轮级前压力和温度 • (3)涡轮级后背压 （p4）等参数的变化。 (3)涡轮级后背压 等参数的变化。 • 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； • 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。
LTs = C pT T3* (1 − π
−3
k −1 − T * kT T
)[kJ/kg]
或者：
NT = GT Lu ×10 [kW]
2 2 c12 − c2 w2 − w12 [J/kg] Lu = + 2 2
(2)有效功率 (2)有效功率
N e = NTη m
涡轮的效率η 3．涡轮的效率ηT* （绝热膨胀效率）
πT*
特性曲线的变化特点
1流量特性线 流量特性线
• 当转速不变，膨胀比πT*达到临界比值时，流量 当转速不变，膨胀比π 达到临界比值时， 达到最大值。若继续增大πT* 值，则最大流量值 达到最大值。若继续增大π 保持不变，级的通流部分出现堵塞现象。 保持不变，级的通流部分出现堵塞现象。 • 在相同的膨胀比下，转速降低，会使流量有所增 在相同的膨胀比下，转速降低， 加，但影响相当小。 但影响相当小。