燃气轮机冷却空气量计算及变工况分析姜聪(湖北省电力勘测设计院，湖北武汉，430000)StudyoncalculationandpartloadoperationofcoolingairallocationforgasturbineJIANGCong（HuBeiElectricPowerDesignInstitute，HuBeiWuhan，430000）Abstract:Basedontheinformationsofhurgegasturbine,thispaperhasresearchedthewaysofcalculationaboutcooling-airproportionofSienensV94.3.AccordingthecoolingmodeLandtheoremtothebladeofturbinegas,wecangetthemodelofcalculationaboutcooling-airproportion.Thiswayiseasytocomperhend,andtheprecisionisfulfilltorealisticrequirement.KeyWords:Gasturbine;Coolingair;Calculationmethods摘要：根据大型燃气轮机的结构和性能资料，本文对西门子V94．3燃气轮机冷却空气量的计算方法进行了研究。从燃气透平叶片冷却方式和机理入手，得到燃机冷却空气量的计算模型。该方法简单理解容易，计算精度满足实际工程分析需要。关键词：燃气轮机,冷却空气,计算方法1前言随着燃气轮机在电力工业中的应用，大容量高参数的机组可以得到较高的效率和经济收益。然而，透平初温受到材料等因素的制约，不能无限制地提高。所以对燃机高温部件的冷却就显得尤为重要。所以，对于燃机技术，冷却空气量的计算和分析对于了解燃机实际性能和制造技术都有重大的实际意义。本文通过对燃机叶片几种冷却方式的分析，采用热力学、传热学理论分别推导出冷却空气量的计算方法，计算方法简单、易于理解，计算精度满足实际工程和理论分析需要。2冷却空气量计算数学模型燃气轮机的冷却空气系统按冷却工质可以分为开式空气冷却系统和闭式空气冷却系统；按叶片的冷却方式分：对流冷却（内冷却）、气膜冷却（外冷却）、冲击冷却和蒸发冷却等。本文首先建立冷却空气量计算模型，然后以具体燃机分析计算，验证计算模型方法的准确性。2.1对流冷却当冷却空气和燃气在空心叶片内外壁面流过时，通过冷却空气进行对流传热降低叶片工作温度。在空心动叶片出气边中间沿半径方向有一组大小不同、型式不同的小孔,对流冷却后的冷却空气即通过动叶上这些小孔排入主燃气流继续做功。冷却空气的排出除靠冷却空气本身的压力之外,还可以借助离心力作用被甩出,增加了冷却空气的流动速度,改善了冷却效果。对流冷却是通过冷却空气和燃气间的对流换热，达到冷却叶片的目的。对流换热的流程见图1。图1燃机叶片对流换热流程图由能量平衡可得对流换热的传热量：1（1）由对流传热计算公式可得：（2）假设，定义冷却效率：（3）联立上面（1）、（2）式可得：（4）其中：T表示温度；W表示质量流量；A表示面积，V表示体积流量；下脚标c和g分别表示冷却空气和燃气；下脚标i和o表示进口和出口状态点；T表示对流换热壁温；表示对流换热系数；表示对流换热面积；和分别表示冷却空气、燃气的定压比热容。图2燃机叶片示意图及相关参数又定义面积比，叶片参数如图2所示，其中H为叶高；为栅距；为弦长。，所以，（5）将式（3）、（5）代入（4）得：即（6）定义数：=，冷却效力，令可得：（7）即得到对流冷却空气量计算模型：（8）2.2气膜冷却在空心叶片的表面上开有许多排小孔或缝隙,冷却空气从这些小孔或缝隙顺着燃气流动的方向流出,在叶片表面形成一层气膜,把叶片表面与2燃气隔开而对叶片起到保护作用,减少燃气对叶片表面的热交换,同时又冷却叶片，如图3所示，冷却气膜和燃气间进行换热，从而达到冷却叶片的目的。流程与对流换热相似，见图4。图3燃机气膜冷却示意图气膜冷却换热平衡：（9）其中，为气膜冷却情况下的传热系数；为冷却气膜温度，即燃气与冷却空气局部冷却后的绝热温度；为气膜冷却效力，。图4燃机气膜冷却流程图结合上文对流冷却关系式可得：（10）冷却空气比例：（11）2.3蒸发冷却蒸发冷却相当于闭式蒸发冷却，是通过水的蒸发吸热来达到冷却叶片的目的，见图5、6。蒸发冷却相比空气冷却有以下优点：冷却效果好，节省压缩空气，提高燃机效率。图5燃机蒸发冷却示意图参考文献[3]中得到蒸气冷却时换热系数与没有蒸发冷却时换热系数关系为：（12）其中表示单位面积冷却空气量，，为蒸发冷却换热系数。图6燃...
