北航-发动机原理(第2章涡轮).ppt

第二节 涡轮工作原理P一、功能、工作环境、设计要求及组成@功能将燃气的内能转换为机械能并对外输出功率，带动压气机(风扇)、螺旋桨、旋翼(尾桨)等@工作环境@高温: 热负荷(1600-1950K)@高速转动: 离心负荷 @高气动负荷: 气动力、气动力矩@轴负荷： 传递巨大的扭矩@设计要求提供所需功率、效率高、耐高温、高强度、重量轻@耐高温的高强度材料@冷却组成u静子（导向器）u静子叶片u内、外环u转子u工作叶片u盘u轴u排列方式静子在前转子在后基元级平面叶栅二、工作原理u高温高压气体在 导向器中膨胀加 速热焓  动能u高速气流冲击工 作叶轮，使叶轮 高速转动，发出 功率1、气流在基元级中的流动u截面u0 静叶进口u1 静叶出口（动叶进口）u2 动叶出口(1)气流在静子叶栅中的流动u气体作绝能流动 伯努利方程V1  V0 dp  0 对于亚音气流，要加速必须经过收敛形叶栅通道 叶栅向背离轴向弯曲形成收敛通道 在静子叶片中的工作原理：膨胀加速气流在静叶中的流动u叶型偏离轴线弯曲形成收敛 通道u在叶栅通道出口处为最小截 面，称为喉道截面；u在喉道截面处，气流通常达 到当地音速，又称为临界截 面；u在临界截面后气流进一步加 速，以超音速进入工作轮；u静子叶片起导向作用又称为 导向器。

2)气流在动叶叶栅中的流动u基元级速度三角形l进口： 气流以V1流向动叶 由于叶片转动切线速度U1 气流以相对速度W1进入动叶l出口： 气流以相对速度W2 流出动叶 由于叶片转动切线速度U2 气流以绝对速度V2流出动叶速度三角形将进、出口 速度三角形 叠画在一起, W和V均向背离转动方 向发生偏转W2  W1 V2  V1伯努利方程u绝对坐标系膨胀功、动能增量输出轮缘功、耗损于摩擦功u相对坐标系dp  0 W2  W1叶型弯曲形成收敛通道相对速度增加，压力降低u两式相减，得：涡轮对外输出轮缘功u绝对动能  机械能u相对动能  膨胀加速产生反作用力u要提高每一级涡轮的膨胀作功能力，要提高Wuu轮缘功Wu动量矩原理推导出U– 切线速度 WU – 扭速u增加输出功率：U、扭速u由于气流在涡轮中作膨胀加速流动,气流不易分离因此允许气流的转角较大u一级涡轮输出功率可以带动多级压气机扭速涡轮 压气机2、涡轮级u涡轮级沿叶高由基元级 叠加而成；u因沿叶高的切线速度大 小不同，相对速度大小 和方向均不同，速度三 角形不同；u沿叶高叶片是扭转的。

3、全台涡轮沿发动机轴向为扩张形气流通道三、热力过程及主要参数u1、热力过程u理想情况： 绝热等熵膨胀u实际情况： 多变膨胀hS34i4P3*P4*理想膨胀功实际膨胀功u主要参数u膨胀比：u流量：u转速：u多变膨胀功：u绝热效率：涡轮效率（0.88 ~ 0.92)： 叶型流动损失（分离、摩擦） 端面损失（潜流、径向间隙漏气） 冷却气流掺入 带冠、主动间隙控制 涡轮功与进口气流总温、膨胀比、绝热效率成正比三、涡轮特性u当涡轮膨胀比增加 到一定时，涡轮进口 流量相似参数保持常 数；u称流量相似参数保 持常数的状态为：临界或超临界状态u涡轮效率随膨胀比 变化较平缓。