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第1章 技术要求和设计原则1

1.1 动力装置对燃气轮机设计提出的技术要求1

1.1.1 技术指标4

1.1.2 技术要求4

1.2 燃气轮机设计原则和设计方法5

1.3 燃气轮机设计内容和设计阶段6

1.4 燃气轮机设计训练的任务和内容8

第2章 燃气轮机的型式和主要参数的选择以及热力循环计算9

2.1 燃气轮机型式的选择9

2.1.1 简单循环、复杂循环与联合循环9

2.1.2 单轴、分轴、双轴和多轴12

2.1.3 功率传递方式和倒车方式14

2.2 燃气轮机各主要部件型式的选择16

2.2.1 压气机16

2.2.2 涡轮17

2.2.3 燃烧室18

2.2.4 回热器19

2.3 燃气轮机参数的选择20

2.3.1 燃气最高温度T？（常称燃气初温）的选取21

2.3.2 总增压比π？的选取23

2.3.3 总压恢复系数的选择24

2.3.4 冷却及泄漏损失选择25

2.3.5 各部件效率的估计27

2.4 燃气轮机热力循环计算28

2.4.1 燃气轮机循环计算概述28

2.4.2 循环计算主要性能指标28

2.4.3 工质的热力性质计算29

2.4.4 燃气热力性质计算解析式30

2.4.5 燃气轮机热力循环计算实例32

参考文献40

第3章 多级轴流压气机方案计算42

3.1 通流部分形状的选择44

3.2 转速和圆周速度的选择47

3.3 第一级轮毂比与末级叶高的选择48

3.4 各级平均直径上基元级主要气动特性值的选择49

3.5 通流部分方案计算54

参考文献67

第4章 燃烧室方案计算68

4.1 燃烧室设计概述68

4.2 燃烧室总体布置方案69

4.2.1 小功率燃气轮机69

4.2.2 大、中功率工业及运输式燃气轮机70

4.2.3 流路方案选择71

4.3 燃烧室总体尺寸的确定73

4.3.1 确定燃烧室最大横截面积Aref73

4.3.2 燃烧室内径Di、外径Do和平均中径Dm的确定74

4.3.3 火焰管横截面积、火焰管直径和火焰管个数的确定75

4.3.4 计算火焰管横截面积分割比a1/a276

4.3.5 确定火焰管头部几何形状77

4.3.6 确定火焰管燃烧区长度Lc和掺混段的长度Lm78

4.3.7 确定扩压器的长度Ld79

4.3.8 确定燃烧室长度Lb82

4.4 燃烧室主要零部件选型85

4.4.1 扩压器86

4.4.2 火焰管头部进气装置90

4.4.3 燃气掺混装置92

4.4.4 火焰管冷却保护装置93

4.4.5 燃气导管97

4.4.6 点火装置97

4.5 火焰管进气量分配98

4.5.1 一次空气98

4.5.2 气膜冷却空气99

4.5.3 掺混空气100

4.6 低污染燃烧方案选择100

4.6.1 燃气轮机燃烧室中NOx的产生原理及抑制方法100

4.6.2 燃气轮机燃烧室典型低NOx燃烧技术101

参考文献106

第5章 多级轴流涡轮方案计算107

5.1 通流部分形状的选择108

5.2 燃气涡轮叶片冷却方法的选择109

5.3 圆周速度和转速的选择以及第一级与末级的直径和叶高的确定111

5.4 第一级与末级叶片的强度估算113

5.5 各级平均直径上基元级主要参数的选择114

5.6 通流部分方案计算117

参考文献134

第6章 进排气道主要尺寸的估计135

6.1 进气管道主要尺寸的估计136

6.1.1 进气道的组成、要求和技术指标136

6.1.2 进口流道截面积以及导流罩与进口锥的计算138

6.1.3 进口防护网罩139

6.1.4 进气稳压室主要尺寸及进气口位置139

6.2 排气管道主要尺寸的估计142

6.2.1 排气管的功用和基本型式142

6.2.2 排气管气动性能指标142

6.2.3 排气管扩张比n的选择以及扩压器与蜗壳的扩张比nd和nv的分配144

6.2.4 环形扩压器的型式和主要尺寸的选择以及成型方法146

6.2.5 蜗壳主要尺寸的确定156

参考文献159

第7章 燃气轮机的总体结构、重量估算以及通流部分的零件材料160

7.1 燃气轮机的总体结构160

7.1.1 总体布置型式160

7.1.2 燃气轮机支承的基本要求161

7.1.3 燃气轮机的膨胀死点161

7.1.4 燃气轮机的支承方式162

7.1.5 转子的支点数目与支承方案164

7.1.6 燃气轮机的传力方案165

7.1.7 推力轴承位置的选择167

7.2 作用于燃气轮机通流部分零部件上的气体负荷168

7.2.1 气体力169

7.2.2 主要部件气体轴向力的计算169

7.2.3 气体轴向力的作用方向171

7.2.4 通流部分零部件上的气体扭矩172

7.3 燃气轮机的重量估算173

7.3.1 压气机和涡轮重量的估算173

7.3.2 承力构件重量175

7.3.3 燃烧室重量175

7.3.4 其他设备重量176

7.3.5 燃气轮机的总重量177

7.4 通流部分主要零件的材料178

7.4.1 压气机叶片材料178

7.4.2 火焰管材料181

7.4.3 涡轮叶片材料183

参考文献186

第8章 叶片设计187

8.1 沿径向气流参数分布规律的选择及其计算187

8.1.1 计算方法187

8.1.2 沿径向分布规律及其通用计算公式189

8.1.3 沿径向分布规律的比较及选择197

8.1.4 沿径向气流参数分布规律的计算198

8.2 平面叶栅主要几何参数的确定及气动特性的估计212

8.2.1 叶片造型方法212

8.2.2 平面叶栅的几何参数及气流参数214

8.2.3 NGTE轴流压气机平面叶栅试验数据统计曲线及其应用218

8.2.4 NACA轴流压气机平面叶栅试验数据统计曲线及其应用226

8.2.5 Ainley-Dunham轴流涡轮级气动性能估计方法237

8.3 平面叶栅叶型型线以及几何参数的选择250

8.3.1 原始叶型和中弧线250

8.3.2 叶背与叶盆型线257

8.3.3 攻角i和落后角δ258

8.3.4 稠度b/t（或相对栅距t/b）和安装角γ260

8.3.5 叶型厚度和弦长的选择262

8.3.6 轴向间隙δa与径向间隙δr以及超高△的选择264

8.4 叶片造型方法及其步骤267

参考文献285

第9章 通流部分主要零件的强度与振动288

9.1 转子叶片的应力分析288

9.1.1 叶片离心拉应力计算288

9.1.2 叶片弯应力计算291

9.1.3 叶形截面几何参数计算303

9.1.4 叶片热应力计算305

9.1.5 叶片上总应力及强度储备307

9.1.6 叶片的蠕变计算及断裂寿命308

9.1.7 叶片榫头强度310

9.1.8 叶冠设计319

9.2 叶片的振动计算321

9.2.1 等截面叶片的自振频率322

9.2.2 变截面叶片的自振频率322

9.2.3 叶片的动频率、温度对振动频率的影响324

9.2.4 叶片的共振325

9.2.5 叶片的振动应力326

9.3 转子临界转速和不平衡响应计算326

9.3.1 转子临界转速－Riccati传递矩阵法327

9.3.2 转子不平衡响应计算338

9.4 燃烧室的强度与振动341

9.4.1 燃烧室壳体的静强度341

9.4.2 火焰管的使用寿命预测344

9.4.3 圆柱形壳体的自由振动频率的计算345

参考文献347

第10章 燃气轮机变工况性能计算348

10.1 引言348

10.1.1 研究燃气轮机变工况性能的目的348

10.1.2 燃气轮机变工况性能计算方法概述348

10.2 燃气轮机新型变工况计算方法的提出350

10.2.1 变工况下涡轮通流部分燃气参数相对值的确定350

10.2.2 变工况时燃气和空气绝对参数的确定367

10.2.3 燃气轮机功率、油耗的确定373

10.2.4 变工况性能计算中各因素迭代的修正374

10.2.5 实例计算375

10.3 燃气轮机新型变工况计算方法的特点分析380

10.3.1 变工况计算方法中涡轮特性算法的稳定性特点分析380

10.3.2 变工况计算方法中总体性能的新形式数学模型的特点分析386

参考文献389

附录 本书计算所用EXCEL表格说明390

索引391