燃气透平冷却系统

主要内容：该混合流经叶片径向向外流动。正常运转时，蒸汽经第二喷嘴径向向内流动，在叶轮和间隔装置之间径向向外流动。经喷嘴级的部分蒸汽跟径向向外流动的蒸汽混合，以冷却透平叶片。剩余部分蒸汽流入透平燃气流内。混合蒸汽/空气冷却，对于透平叶片非正常高温是有效的。 2100433B

双层静子和组合式转子有显著的优点，在燃气透平中得到普遍应用。在进口燃气初温很高的燃气透平中，持环与燃气也隔开，形成多层结构的静子。通常冷却后轮盘的温度最高不超过 550℃，以便采用热膨胀系数低、导热系数高且较便宜的珠光体钢来做轮盘。机匣则能在更低的温度（例如 400℃左右）下工作，以便能用球墨铸铁等较普通的材料来制造。

燃气透平的静叶片较多地用抗热疲劳性能好的钴基高温材料制作，动叶片则广泛用镍基高温材料制作。为增强抗热腐蚀的能力，叶片表面较普遍地采用防腐蚀的保护措施，例如防腐蚀涂层和表面渗铝等。

叶片冷却 　采用由空气从内部冷却的空心叶片后，可使叶片在实际温度高于材料许可值的燃气包围下，本身温度仍低于材料的许可值而安全工作。这样就能在已有的高温材料基础上更多地提高燃气初温，从而有效地提高燃气轮机效率。因此，发展冷却叶片和提高冷却效果，是提高燃气轮机效率的一条重要途径。图2中，对流、冲击、气膜和综合冷却是常用的几种叶片冷却方式。综合冷却是前三者的联合应用，能有效地提高冷却效果，并使冷却后叶片的温度趋于均匀。发散冷却的效果比综合冷却好得多，用水来冷却叶片也能达到很好的效果，这两种冷却方式尚处于试验阶段。2100433B

燃气透平（图 ）由于在高温下工作，热膨胀、热应力、热腐蚀和冷却等问题突出，对结构设计的要求很高。从燃烧室来的燃气，经过进气蜗壳、3个透平级和扩压器后排出。它的静子由机匣（又称气缸）、持环和静叶片等组成，静叶片装在持环上，持环再装在机匣上，是一种双层结构的静子。在机匣与持环之间有绝热材料，还通以空气（从压气机中引来，其他部位用的冷却空气也由此引来）冷却，因而机匣的工作温度较低。由拉杆螺栓将轮盘等联接而成的组合式转子，能减少热应力。动叶片以承载能力强的枞树形叶根装在轮盘上。转子中也通以冷却空气，以降低轮盘等的工作温度。

燃气透平一般采用轴流式,仅在燃气流量很小(例如100千瓦以下的燃气轮机中)时才较多采用向心式。轴流式燃气透平主要由静子和转子组成。静子中装有静叶片，转子上装有动叶片。从燃气轮机燃烧室来的高温混合气体在静子的第一级静叶片中膨胀加速后流入动叶片，对动叶片产生作用力使转子旋转，把燃气的能量转化为机械功，使燃气透平能带动负荷和压气机运行。由一列静叶片和一列动叶片组成的透平级的转换能量有限，故常用多个级来完成能量转换。在燃气透平中一般为2～5级。为达到高效率，燃气透平中都采用扭转叶片，并在大量实验数据的基础上精心设计。此外，燃气透平出口装有扩压器，使排气扩压降速，以减少出口速度损失。因此，燃气透平效率可达到较高水平，一般为85～91%。