动力与能源工程学院动力机械及工程学科专题研究课程设计学 号：专 业：动力机械及工程学生姓名： 任课教师： 2009 年 12 月燃气轮机叶片冷却技术的发展1 概述燃气轮机作为大型动力装置，广泛应用于发电，船舶，航空航天等工业领域。其主要性能指标为系统循环热效率和输出功率，它们均随涡轮转子燃气进口温度（RIT）的增加而增加。据计算，RIT 在 1073～1273 K 范围内每提高100℃，燃气轮机的输出功率将增加 20%～25%，节省燃料 6%～7%。所以，要使燃气轮机性能的不断提高，关键在于提高 RIT，但伴随而 RIT 的提高，燃气轮机热端部件材料的耐热问题也随之而来。目前，燃气轮机的 RIT 远高于涡轮叶片金属材料的熔点；下一代燃气轮机若以氢气和人造气为燃料，RIT 将会更高，如果不能成功的解决这一问题，用提高 RIT 来提高燃气轮机性能只能是个美好的愿望。先进的冷却技术可使热端部件能承受更高的工作温度，提高燃气轮机的循环热效率，延长燃气轮机使用寿命，提高系统工作的安全性和可靠性。据推算，如果无冷却导向叶片材料的使用温度能达到 1470 K，则该导向叶片采用内部对流冷却时，可使涡轮进口温度提高到 2200 K。由此可见，开展叶片冷却技术的研究具有十分重要的意义。2 燃气轮机气冷技术的发展进程早期的涡轮叶片没有采用冷却技术，RIT 受叶片材料的限制，很难超过 1 323 K。为了突破这一瓶颈，气体冷却技术被应用到实践中，这一技术是用来自不同压缩级的压缩空气作为冷剂对燃气涡轮的热端部件进行冷却，可大幅提高燃气初温。由于空气容易获取，实践成本较低，空气冷却得以快速发展，应用颇广。但随着人们对燃气轮机性能的要求不断提高，继续使用空气冷却将消耗掉大量的压缩气，这对燃气轮机的整体性能的提高不利。据估计，按现有传统复合冷却技术，当高性能涡轮系统 RIT > 1763 K 时约有 35 %的压缩空气用于热通道组件的冷却，用于燃烧的空气更少，这将大大减少了涡轮系统的循环热效率和输出功率。另外，冷却空气的流道由于提高燃气轮机的初温和高压冷却空气的流动以及冷却空气与主流燃气的掺混带来较大的热力和气动损失。这些因素将降低燃气轮机的热效率，且各种损失还随冷却介质流量的增加而增加，将与提高 RIT 的收益相抵消。为了解决这一问题，一方面需要改进气冷结构和发展新型结构，另一方面则可以采用其它介质来代替空气作冷却介质。新介质被要求既易得可用，冷却效果好，损失较小，又能保持...
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