船舶动力装置概论第九次课
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气冷叶片的结构形式主要有以下几种形式： 1、对流冷却 2、喷射式冷却 3、气膜冷却 4、发散冷却
船舶动力装置概论第九次课
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
1、对流冷却
冷却空气流经叶片内壁上的冷 却孔通道或缝隙时，冷却空气与叶 片壁面发生对流换热，把叶身上的 热量带走，从而达到冷却的目的， 冷却效果一般为200~250℃。
冷却孔通道的形状可有多种， 如圆孔形、三角形、翼形或扁形孔 等。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
2、喷射式冷却 利用冷却空气形成的一股或多股射流对着被冷却表面喷射，以增
大叶片型面与冷却空气之间的换热系数，增强冷却效果。这种喷射式 冷却方式可以用在涡轮工作叶片上，但更普遍的还是用在导向涡轮器 叶片上。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
2、静子 静子包括静叶，机匣和所有的静止零件。机匣是圆柱或圆锥形的薄
壳体，是燃气轮机主承力系统的重要部件之一。涡轮轴承的支撑靠机匣 传力到安装支点。通常为了加工和安装方便，机匣是分段的。各段间用 法兰连接。此连接应保证有足够的刚度，在热态工作时不应使刚度减小。 在轴向和径向的定位面设计时必须保证上述要求。
要求：
(1)必须有足够高的效率；
(2)必须能承受高温、热冲击和热应力的作用；
(3)外廓尺寸要求、结构要紧凑、重量要轻；
(4)充分考虑涡轮部件的冷却问题，以满足燃气轮机不
断增长的性能和可靠性等方面的要求；
(5)充分注意零部件和组件的热定心问题。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
1)盘与轴的联接
涡轮盘与涡轮轴在联接处承受很大负荷，有扭矩、轴向力、转子重 量，惯性力及不平衡力引起的弯矩，以及由转子不平衡、燃气压力脉动 等原因造成的振动负荷，此外，还处在较高的温度环境下工作，具有一 定的热负荷，应减少轮盘向轴和轴承的传热。
动叶顶部同机匣内表面的间隙，对于动叶工作效率和可靠性有很大影 响。同时冷态和热态的间隙会有变化，特别是在停机时，机匣冷却较快， 而内部的动叶冷却较慢。此时务必防止发生动叶与静叶相互刮磨的现象， 以提高可靠性。
静叶的安装形式有多种。静叶内环和涡轮轮盘间必须有密封 防止漏泄的措施，以提高涡轮的效率。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
3)、工作叶片与轮盘的联接 叶片用枞树型榫头和轮
盘联结。叶片靠楔形根部上 的枞树型齿装在涡轮盘上的 相应齿槽内，齿面承受叶片 离心力弯曲力矩作用而承受 剪力和弯曲；齿的工作表面 承受挤压；榫头各个截面承 受拉伸。
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上节主要内容
3.3 燃烧室
燃油雾化与喷油嘴 燃烧室结构的新发展 燃烧室的故障
本节主要内容
3.4 燃气涡轮
概述 结构 涡轮叶片冷却
3.5船用燃气轮机发展
国外舰船用燃气轮机概况 国内舰船用燃气轮机概况
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
一、概述
燃气涡轮是燃气轮机的另一主要部件，它的功用是把来自燃烧室的高 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（船舶螺旋桨或发动机）。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
轴流式涡轮中，按转子数目不同可分为单转子、双转子和三转子三种。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
涡轮的工作条件也十分恶劣：高温、高转速、频繁剧烈热冲击、不均
匀加热以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。 涡轮是燃气轮机中热负荷最大的部件。因此，对涡轮的设计提出以下
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
3、气膜冷却
冷却空气从叶盆端部进入叶 盆内部，而后透过壁面上的小孔 流出，在顺着燃气方向的叶盆外 壁处形成一层空气气膜，此气膜 把叶片外表面与炽热的燃气隔离 开来，从而达到隔热、冷却的目 的。
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第三章 船舶燃气轮机装置
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
三、涡轮叶片的冷却
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
透平第一级涂层
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
为了提高燃气初温的高标准要求，必须把研制开发高级耐热 合金，在热端零件表面喷涂屏障涂层和开发先进的高温涡轮冷却 技术，三者很好的结合起来才能更有效。
盘与轴的联接分为不可拆式和可拆式两大类结构形式。
(1)、不可拆式结构 (a)销钉联接 (b)整体结构或焊接
(2)、可拆式结构 (a)螺钉联接 (b)短螺栓联接
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
2)、盘与盘的联接 在多级涡轮转子中，盘与盘之间的联接与是结构设计中的主要问 题。盘与盘间的联接也分为不可拆卸和可拆卸两种结构。
按燃气流动方向，燃气涡轮可分为轴流式和径流式，而径流式又可分 为离心式和向心式，因离心式效率很低，故很少使用。
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，同时对其尺寸、重量也有严格的要 求。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
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3.4燃气涡轮
4、发散冷却
二、结构
涡轮有转子和静子两部分组成。 1、转子
涡轮转子是涡轮转动部分的总称，由涡轮盘、涡轮轴、工作叶片及 连接零件等组成。
这些基本要求是：采用优质、抗腐蚀、耐高温的结构材料；采用有效 的冷却、隔热、均温、润滑密封方法和合理的结构形式，以避免和减少 零部件、组件的热应力、热变形、热疲劳和振动，保证转子工作时具有 高的效率、良好的热定心，具有可靠的联接、足够的强度，并使转子具 有尽可能紧凑的结构，小尺寸和轻重量，以及足够长的使用寿命。
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1、对流冷却
冷却空气流经叶片内壁上的冷 却孔通道或缝隙时，冷却空气与叶 片壁面发生对流换热，把叶身上的 热量带走，从而达到冷却的目的， 冷却效果一般为200~250℃。
冷却孔通道的形状可有多种， 如圆孔形、三角形、翼形或扁形孔 等。
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2、喷射式冷却 利用冷却空气形成的一股或多股射流对着被冷却表面喷射，以增
大叶片型面与冷却空气之间的换热系数，增强冷却效果。这种喷射式 冷却方式可以用在涡轮工作叶片上，但更普遍的还是用在导向涡轮器 叶片上。
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2、静子 静子包括静叶，机匣和所有的静止零件。机匣是圆柱或圆锥形的薄
壳体，是燃气轮机主承力系统的重要部件之一。涡轮轴承的支撑靠机匣 传力到安装支点。通常为了加工和安装方便，机匣是分段的。各段间用 法兰连接。此连接应保证有足够的刚度，在热态工作时不应使刚度减小。 在轴向和径向的定位面设计时必须保证上述要求。
要求：
(1)必须有足够高的效率；
(2)必须能承受高温、热冲击和热应力的作用；
(3)外廓尺寸要求、结构要紧凑、重量要轻；
(4)充分考虑涡轮部件的冷却问题，以满足燃气轮机不
断增长的性能和可靠性等方面的要求；
(5)充分注意零部件和组件的热定心问题。
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1)盘与轴的联接
涡轮盘与涡轮轴在联接处承受很大负荷，有扭矩、轴向力、转子重 量，惯性力及不平衡力引起的弯矩，以及由转子不平衡、燃气压力脉动 等原因造成的振动负荷，此外，还处在较高的温度环境下工作，具有一 定的热负荷，应减少轮盘向轴和轴承的传热。
动叶顶部同机匣内表面的间隙，对于动叶工作效率和可靠性有很大影 响。同时冷态和热态的间隙会有变化，特别是在停机时，机匣冷却较快， 而内部的动叶冷却较慢。此时务必防止发生动叶与静叶相互刮磨的现象， 以提高可靠性。
静叶的安装形式有多种。静叶内环和涡轮轮盘间必须有密封 防止漏泄的措施，以提高涡轮的效率。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
3)、工作叶片与轮盘的联接 叶片用枞树型榫头和轮
盘联结。叶片靠楔形根部上 的枞树型齿装在涡轮盘上的 相应齿槽内，齿面承受叶片 离心力弯曲力矩作用而承受 剪力和弯曲；齿的工作表面 承受挤压；榫头各个截面承 受拉伸。
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3.3 燃烧室
燃油雾化与喷油嘴 燃烧室结构的新发展 燃烧室的故障
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3.4 燃气涡轮
概述 结构 涡轮叶片冷却
3.5船用燃气轮机发展
国外舰船用燃气轮机概况 国内舰船用燃气轮机概况
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
一、概述
燃气涡轮是燃气轮机的另一主要部件，它的功用是把来自燃烧室的高 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（船舶螺旋桨或发动机）。
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轴流式涡轮中，按转子数目不同可分为单转子、双转子和三转子三种。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
涡轮的工作条件也十分恶劣：高温、高转速、频繁剧烈热冲击、不均
匀加热以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。 涡轮是燃气轮机中热负荷最大的部件。因此，对涡轮的设计提出以下
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3、气膜冷却
冷却空气从叶盆端部进入叶 盆内部，而后透过壁面上的小孔 流出，在顺着燃气方向的叶盆外 壁处形成一层空气气膜，此气膜 把叶片外表面与炽热的燃气隔离 开来，从而达到隔热、冷却的目 的。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
三、涡轮叶片的冷却
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透平第一级涂层
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
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15
第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
为了提高燃气初温的高标准要求，必须把研制开发高级耐热 合金，在热端零件表面喷涂屏障涂层和开发先进的高温涡轮冷却 技术，三者很好的结合起来才能更有效。
盘与轴的联接分为不可拆式和可拆式两大类结构形式。
(1)、不可拆式结构 (a)销钉联接 (b)整体结构或焊接
(2)、可拆式结构 (a)螺钉联接 (b)短螺栓联接
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3.4燃气涡轮
2)、盘与盘的联接 在多级涡轮转子中，盘与盘之间的联接与是结构设计中的主要问 题。盘与盘间的联接也分为不可拆卸和可拆卸两种结构。
按燃气流动方向，燃气涡轮可分为轴流式和径流式，而径流式又可分 为离心式和向心式，因离心式效率很低，故很少使用。
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，同时对其尺寸、重量也有严格的要 求。
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第三章 船舶燃气轮机装置
3.4燃气涡轮
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4、发散冷却
二、结构
涡轮有转子和静子两部分组成。 1、转子
涡轮转子是涡轮转动部分的总称，由涡轮盘、涡轮轴、工作叶片及 连接零件等组成。
这些基本要求是：采用优质、抗腐蚀、耐高温的结构材料；采用有效 的冷却、隔热、均温、润滑密封方法和合理的结构形式，以避免和减少 零部件、组件的热应力、热变形、热疲劳和振动，保证转子工作时具有 高的效率、良好的热定心，具有可靠的联接、足够的强度，并使转子具 有尽可能紧凑的结构，小尺寸和轻重量，以及足够长的使用寿命。