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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Aref 73

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/a2 76

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Lm 78

4.3.7 确定扩压器的长度Ld 79

4.3.8 确定燃烧室长度Lb 82

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δ 258

8.3.4 稠度b/t（或相对栅距t/b）和安装角γ 260

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