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重型燃气轮机冷却透平建模与热力性能分析研究取得进展
发稿时间:2019-06-14         作者:郑露霞          来源:能源动力研究中心     【字号:

  透平叶片冷却是提高透平进口温度,从而提高燃气轮机循环效率的重要手段之一。燃气轮机厂商对透平冷却信息、内部热力参数和技术参数通常都是保密的。建立准确的透平冷却模型,对准确预测重型燃气轮机热力性能至关重要。先进能源动力重点实验室研究人员结合多个不同简化程度的燃气轮机透平冷却热力模型,进行了透平冷却空气量的计算和冷却模型间的相互校核验证,探索不同级别重型燃气轮机的部件、整机性能及冷却技术水平进展规律,并为不同冷却模型针对不同级别燃气轮机应用时的参数取值提供参考。 

  研究人员以GE公司不同级别的典型重型燃气轮机为研究对象,采用简单热力学平衡模型,引入能量损失,计算各燃气轮机的当量透平前温、部件效率等关键参数,并实现了功率和效率的数据匹配。采用一级静叶的半经验公式冷却模型,结合透平一级动叶入口温度,估算了各燃气轮机的燃烧室出口温度、一级静叶冷却空气量和总冷却空气量,并给出了不同级别燃气轮机的叶片统一温度Tbu的建议取值。图1为计算获得的各级别燃气轮机不同定义下的透平初温。研究结果表明,BEFHA级燃气轮机的总冷却空气比例分别在16%18%20%22%左右。 

  为了消除经验参数选取给性能模拟带来的不确定性,研究人员建立了集成0维半经验公式模型和准1维模型的联合计算模型,从而确定了模型经验参数Z和叶片统一温度Tbu的取值。采用该联合模型对PG9351FA燃气轮机一级静叶进行了计算和参数分析,并回带到燃气轮机整机的准1维连续膨胀冷却模型中进行了验证。对GE公司最新型的9HA.02燃气轮机进行了参数分析,获得了气膜冷却系数、热障涂层Biot数、叶片金属Biot数等H级燃气轮机冷却技术水平参数。由于9HA.02燃气轮机透平一级静叶采用了新型定向凝固单晶合金材料,推算得到透平一级静叶和冷却透平段叶片最高容许温度差值可达200℃,一级静叶的叶片最高容许温度为1090℃,相比于F级燃气轮机大幅度提高。计算结果表明,H级燃气轮机冷却技术水平较F级明显提升;9HA.02燃气轮机的一级静叶冷却空气约占总冷却空气的1/4,明显低于F级燃气轮机的1/2 

 

 
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