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航改燃氣輪機總體設計 版權信息
- ISBN：9787030693952
- 條形碼：9787030693952 ; 978-7-03-069395-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
航改燃氣輪機總體設計 內容簡介
本書首先在簡要介紹燃氣輪機分類、國內外燃氣輪機發展和應用概況燃氣輪機技術回顧和展望，以及航改燃氣輪機設計的一般原則的基礎上，重點論述與航改燃氣輪機總體設計相關的3方面設計技術：總體性能及仿真技術；總體結構設計技術；可靠性、維修性、保障性、安全性、測試性等通用質量特性設計技術。本書取材新穎、實用，是一本關于航改燃氣輪機工程技術的專著。 本書可供高等院校艦船、電力航空等動力專業的師生，以及相關專業的科研、生產、管理、使用部門的工程技術人員參考。
航改燃氣輪機總體設計 目錄
目錄
第1章 概論
1.1 燃氣輪機分類 001
1.2 國內外燃氣輪機的發展概況 002
1.3 國內外地面燃氣輪機的應用概況 012
1.4 燃氣輪機技術回顧和展望 020
1.4.1 燃氣輪機技術回顧要點 020
1.4.2 燃氣輪機技術前景展望 025
1.5 航改燃氣輪機的一般原則 027
1.5.1 總體性能綜合平衡 027
1.5.2 部件結構盡量繼承 028
1.5.3 要盡量與航空母型機資源共享 028
第2章 航改燃氣輪機總體性能及仿真技術
2.1 簡單循環航改燃氣輪機總體性能設計及仿真 029
2.1.1 航改單軸燃氣輪機設計（分軸燃氣輪機） 029
2.1.2 航改雙軸燃氣輪機設計 045
2.2 間冷循環航改燃氣輪機總體性能設計及仿真 054
2.2.1 穩態性能設計方法 054
2.2.2 過渡態性能仿真及驗證 056
第3章 航改燃氣輪機總體結構設計
3.1 航改燃氣輪機總體結構設計基本要求 063
3.1.1 總體結構方案設計原則 063
3.1.2 總體結構方案設計要求 064
3.1.3 主要設計內容 064
3.1.4 航改燃氣輪機需要解決的主要問題 064
3.2 總體結構布局 065
3.2.1 簡單循環燃氣輪機總體結構布局 066
3.2.2 復雜循環燃氣輪機總體結構布局 068
3.3 轉子支承方案 069
3.3.1 轉子支承方案基本原則 069
3.3.2 燃氣發生器單轉子支承方案 070
3.3.3 燃氣發生器雙轉子支承方案 071
3.3.4 動力渦輪轉子支承方案 073
3.4 承力系統結構 074
3.4.1 承力系統設計原則 074
3.4.2 傳力系統 075
3.4.3 承力框架 076
3.5 燃氣輪機軸承的典型支承結構 077
3.5.1 渦輪前軸承支承結構 077
3.5.2 具有彈性支座的滾動軸承支承結構 078
3.5.3 具有油膜減振的滾動軸承支承結構 079
3.5.4 雙排滾珠軸承支承結構 079
3.5.5 滾珠、滾棒并列的支承結構 080
3.5.6 中介軸承支承結構 081
3.5.7 止推軸承位置 081
3.5.8 燃氣輪機所用的滾動軸承 081
3.5.9 空氣系統安排 082
3.6 安裝系統 083
3.6.1 安裝系統概述 083
3.6.2 安裝系統設計原則 084
3.6.3 安裝系統與承力系統 084
3.6.4 安裝系統承力 085
3.6.5 國內外典型燃氣輪機安裝系統分析 088
3.7 艦船燃氣輪機抗沖擊設計 095
3.7.1 沖擊環境 096
3.7.2 抗沖擊設計 096
3.7.3 沖擊防護 098
3.8 環保要求與防護措施 106
3.8.1 噪聲要求與噪聲抑制措施 106
3.8.2 排放要求與排氣污染物控制技術 109
3.9 LM 2500系列燃氣輪機設計案例分析 113
第4章 燃氣輪機通用質量特性設計
4.1 可靠性設計 124
4.1.1 基本理論 124
4.1.2 可靠性模型 127
4.1.3 設計分析 134
4.1.4 試驗與評價 150
4.2 維修性設計 151
4.2.1 基本理論 151
4.2.2 設計分析 154
4.2.3 維修性試驗與評價 159
4.3 保障性設計 160
4.3.1 概述 160
4.3.2 定義 160
4.3.3 保障要素 161
4.3.4 綜合保障主要工作內容 162
4.3.5 制定保障性要求 162
4.3.6 保障性分析 164
4.3.7 保障資源的研制 170
4.3.8 保障性評估 174
4.4 安全性設計 175
4.4.1 基本理論 175
4.4.2 設計分析 178
4.4.3 試驗與評價 182
4.5 測試性設計 183
4.5.1 基本理論 183
4.5.2 設計分析 185
4.5.3 試驗與評價 187
參考文獻 190
第1章 概論
1.1 燃氣輪機分類 001
1.2 國內外燃氣輪機的發展概況 002
1.3 國內外地面燃氣輪機的應用概況 012
1.4 燃氣輪機技術回顧和展望 020
1.4.1 燃氣輪機技術回顧要點 020
1.4.2 燃氣輪機技術前景展望 025
1.5 航改燃氣輪機的一般原則 027
1.5.1 總體性能綜合平衡 027
1.5.2 部件結構盡量繼承 028
1.5.3 要盡量與航空母型機資源共享 028
第2章 航改燃氣輪機總體性能及仿真技術
2.1 簡單循環航改燃氣輪機總體性能設計及仿真 029
2.1.1 航改單軸燃氣輪機設計（分軸燃氣輪機） 029
2.1.2 航改雙軸燃氣輪機設計 045
2.2 間冷循環航改燃氣輪機總體性能設計及仿真 054
2.2.1 穩態性能設計方法 054
2.2.2 過渡態性能仿真及驗證 056
第3章 航改燃氣輪機總體結構設計
3.1 航改燃氣輪機總體結構設計基本要求 063
3.1.1 總體結構方案設計原則 063
3.1.2 總體結構方案設計要求 064
3.1.3 主要設計內容 064
3.1.4 航改燃氣輪機需要解決的主要問題 064
3.2 總體結構布局 065
3.2.1 簡單循環燃氣輪機總體結構布局 066
3.2.2 復雜循環燃氣輪機總體結構布局 068
3.3 轉子支承方案 069
3.3.1 轉子支承方案基本原則 069
3.3.2 燃氣發生器單轉子支承方案 070
3.3.3 燃氣發生器雙轉子支承方案 071
3.3.4 動力渦輪轉子支承方案 073
3.4 承力系統結構 074
3.4.1 承力系統設計原則 074
3.4.2 傳力系統 075
3.4.3 承力框架 076
3.5 燃氣輪機軸承的典型支承結構 077
3.5.1 渦輪前軸承支承結構 077
3.5.2 具有彈性支座的滾動軸承支承結構 078
3.5.3 具有油膜減振的滾動軸承支承結構 079
3.5.4 雙排滾珠軸承支承結構 079
3.5.5 滾珠、滾棒并列的支承結構 080
3.5.6 中介軸承支承結構 081
3.5.7 止推軸承位置 081
3.5.8 燃氣輪機所用的滾動軸承 081
3.5.9 空氣系統安排 082
3.6 安裝系統 083
3.6.1 安裝系統概述 083
3.6.2 安裝系統設計原則 084
3.6.3 安裝系統與承力系統 084
3.6.4 安裝系統承力 085
3.6.5 國內外典型燃氣輪機安裝系統分析 088
3.7 艦船燃氣輪機抗沖擊設計 095
3.7.1 沖擊環境 096
3.7.2 抗沖擊設計 096
3.7.3 沖擊防護 098
3.8 環保要求與防護措施 106
3.8.1 噪聲要求與噪聲抑制措施 106
3.8.2 排放要求與排氣污染物控制技術 109
3.9 LM 2500系列燃氣輪機設計案例分析 113
第4章 燃氣輪機通用質量特性設計
4.1 可靠性設計 124
4.1.1 基本理論 124
4.1.2 可靠性模型 127
4.1.3 設計分析 134
4.1.4 試驗與評價 150
4.2 維修性設計 151
4.2.1 基本理論 151
4.2.2 設計分析 154
4.2.3 維修性試驗與評價 159
4.3 保障性設計 160
4.3.1 概述 160
4.3.2 定義 160
4.3.3 保障要素 161
4.3.4 綜合保障主要工作內容 162
4.3.5 制定保障性要求 162
4.3.6 保障性分析 164
4.3.7 保障資源的研制 170
4.3.8 保障性評估 174
4.4 安全性設計 175
4.4.1 基本理論 175
4.4.2 設計分析 178
4.4.3 試驗與評價 182
4.5 測試性設計 183
4.5.1 基本理論 183
4.5.2 設計分析 185
4.5.3 試驗與評價 187
參考文獻 190
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航改燃氣輪機總體設計 節選
第1章 概論 1.1 燃氣輪機分類 燃氣輪機是以空氣為介質，靠燃燒室內燃料燃燒產生的高溫高壓燃氣推動渦輪（透平）機械連續做功的大功率高性能動力機械。它主要是由壓氣機、燃燒室和渦輪三大部件組成的，再配以進氣、排氣、控制、傳動和其他輔助系統。圖1.1為簡單循環燃氣輪機工作原理。由圖1.1可見：當機組起動成功后，壓氣機連續不斷地從外界大氣中吸入空氣并增壓，被壓縮后的空氣進入燃燒室并與不斷噴入燃燒室的燃料進行混合、點火、燃燒，高溫高壓燃氣在渦輪中膨脹做功，降壓降溫的燃氣經排氣裝置直接排向大氣或引入廢熱鍋爐回收部分余熱后再排入大氣。燃氣在渦輪中所做的機械功中大約2/3被用來帶動壓氣機，消耗在空氣壓縮功耗上；剩余的那部分功，則通過機組的輸出軸帶動外界的各種負載，如發電機、壓縮機、螺旋槳、泵等。上述過程就是在燃氣輪機中將燃料化學能轉化為機械功的工作過程。 圖1.1 簡單循環燃氣輪機工作原理 燃氣輪機按不同分類方法分為不同類型，一般如圖1.2所示。本書敘述的主要內容是輕型燃氣輪機（以航空發動機改型為主）技術方面的內容，它利用了大部分航空發動機部件并吸收了航空發動機先進技術。 燃氣輪機按使用對象區分航空用渦輪噴氣發動機渦輪螺旋槳發動機渦輪軸發動機渦輪風扇發動機艦船用工業用按熱力循環方式區分簡單循環復雜循環聯合循環按轉子數目區分單轉子雙轉子（分軸）多轉子（套軸、三軸）按發展背景、結構形式、功重比區分輕型燃氣輪機（以航空發動機改型為主）重型燃氣輪機微型和超微型燃氣輪機輕型燃氣輪機由于受航空母型機的限制，單臺功率不是很大（目前一般在5萬kW以下），無法全面滿足地面動力的要求，因此工業部門單獨研制了功率等級較大的重型燃氣輪機。重型燃氣輪機早期吸收了蒸汽輪機技術，后來不斷地吸收航空發動機的先進技術和經驗，性能有了很大提高[1]。由此可見，輕、重型燃氣輪機都利用和借鑒了航空發動機先進技術，因此本書也會涉及航空發動機技術的內容。 圖1.2 燃氣輪機分類 按熱力循環方式區分燃氣輪機類型是由于任何熱機都必須借助一定的介質物質（工質）經歷一系列熱力過程才能實現熱轉功的循環而對外做功。按照循環工質流動與組織方式的不同，燃氣輪機會在性能、總體布局及結構上有很大差異。為了提高燃氣輪機性能（熱效率和比功），除了一般簡單循環，本書探索和總結了多種熱力循環方式[2]。圖1.3給出了比圖1.2更為詳細的熱力循環分類。 1.2 國內外燃氣輪機的發展概況 1939年是載入人類科技史的重要年份，這一年有兩類不同用途的燃氣渦輪機械獲得成功應用：瑞士布朗勃法瑞公司（Brown Boveri Company，BBC）研制出世界上**臺4000kW發電用燃氣輪機（πc=4.38， t4＝575℃）；德國人奧海英設計的世界上**臺飛機用燃氣輪機Hes3B裝在He178噴氣式飛機上。從此以后，西方工業國家開始進入了燃氣輪機開發、應用發展階段。表1.1摘要列出了國外和國內燃氣輪機發展的大事記。 表1.1 國外和國內燃氣輪機發展的大事記 從表1.1及有關資料，可以歸納國外燃氣輪機發展歷程的幾點結論。 1.國外燃氣輪機研發、應用起步早 西方國家經過18～19世紀工業革命，奠定了機械制造業基礎，內燃機、蒸汽機、蒸汽輪機在交通運輸、機械傳動等行業獲得廣泛應用。加上熱動力技術的創新，以及熱動力學理論的成熟，至20世紀40年代燃氣輪機進入研發和應用階段也就順理成章了。 我國燃氣輪機的發展起步于20世紀50年代末60年代初，當時的一些燃氣輪機廠主要以自行設計或測繪仿制的方式進行生產，在70年代取得了一定進展，由于當時科研設施老化，研發隊伍滯后，加之對燃氣輪機產業的認識不足，嚴重制約了我國燃氣輪機產業的發展[7]。 2.地面燃氣輪機發展的主要推動力源于沿襲先進航空發動機技術 航空發動機迅猛發展始于第二次世界大戰（1939～1945年），其后經歷軍備競賽、空中優勢、民機市場爭奪，于20世紀50年代出現航空發動機“噴氣化”，60年代出現航空發動機“渦扇化”。至此四種類型航空發動機獲得應用，其后軍用飛機所用航空發動機經歷了五個更新換代階段，其性能及相關技術突飛猛進，參見表1.2所列出的部分軍用航空發動機性能指標。20世紀50～90年代，40年間壓氣機壓比πc從5增加到25；渦輪進口溫度T4（t4）從927℃增加到1527℃，每10年增加150℃；推重比F/W由4增加到10。21世紀正在研發的航空發動機的πc≈30， T4=1427～1727℃， F/W=15～20，民用航空發動機的總壓比達到55以上，以進一步地降低耗油率。由于燃氣輪機和航空發動機大部分的部件結構、整機系統、材料、裝配工藝及設計、制造、服務等體系可共享，所以航改燃氣輪機具有基礎好、風險低、周期短和技術升級快等優勢。航空發動機性能指標有如此驚人的提高，必然會促進整個燃氣輪機技術的發展。 地面燃氣輪機中的輕型燃氣輪機是直接的受益者，表1.2同時列出了部分航空發動機改型為地面燃氣輪機的性能水平變化。對航空發動機的發展也劃分了幾個階段，可以從表1.2中發現在年代上正好滯后一段時間（7～10年）。這段時間是對新型航空發動機的可靠性檢驗，一般需要累計飛行數百萬小時，這樣可以減少改型的風險，縮短周期，減少費用；另外改型機的研制周期也要計入。 重型燃氣輪機的早期發展是沿襲汽輪機技術，其性能指標處于低水平，t4為600～700℃，熱效率ηt<20%。通過充分地吸收先進航空發動機技術，并與傳統的汽輪機技術結合，重型燃氣輪機性能才得以不斷提高。20世紀80年代后期以前，重型燃氣輪機功率增長迅速，但在技術上發展較慢。通用電氣公司由MS3000系列、MS5000系列和MS7000系列，發展到MS9000系列重型燃氣輪機，功率由10MW增大到123MW，壓氣機由15級增加到17級，壓比由7.0增大到12.3，效率由25%提高到32%，聯合循環的功率與效率分別達到167MW和47%。也就是說，
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