发动机原理第二章涡轮ppt课件.ppt

第二节第二节 涡轮任务原理涡轮任务原理P一、功能、任务环境、设计要求及组成一、功能、任务环境、设计要求及组成P功能功能P将燃气的内能转换为机械能并对外输出功率，将燃气的内能转换为机械能并对外输出功率，P带动压气机带动压气机(风扇风扇)、螺旋桨、旋翼、螺旋桨、旋翼(尾桨尾桨)等P任务环境任务环境P高温高温: 热负荷热负荷(1600-1950K)P高速转动高速转动: 离心负荷离心负荷 P高气动负荷高气动负荷: 气动力、气动力矩气动力、气动力矩P轴负荷：轴负荷： 传送宏大的扭矩传送宏大的扭矩P设计要求设计要求P提供所需功率、效率高、耐高温、高强度、分提供所需功率、效率高、耐高温、高强度、分量轻量轻P耐高温的高强度资料耐高温的高强度资料P冷却冷却组成组成u静子〔导向器〕静子〔导向器〕u静子叶片静子叶片u内、外环内、外环u转子转子u任务叶片任务叶片u盘盘u轴轴u陈列方式陈列方式u 静子在前静子在前u 转子在后转子在后基元级平面叶栅二、作功原理二、作功原理u高温高压气体在导高温高压气体在导向器中膨胀加速向器中膨胀加速u 热焓热焓  动能动能u叶轮高速转动发出叶轮高速转动发出功率的缘由：功率的缘由：u高速气流冲击任务高速气流冲击任务叶轮叶轮u流经任务叶轮气流流经任务叶轮气流产生的反作用力产生的反作用力1、气流在基元级中的流动、气流在基元级中的流动u截面截面u0 静叶进口静叶进口u1 静叶出口静叶出口u〔动叶进口〕〔动叶进口〕u2 动叶出口动叶出口(1)气流在静子叶栅中的流动气流在静子叶栅中的流动u气体作绝能流动气体作绝能流动u伯努利方程伯努利方程uV1   V0 dp   0 u对于亚音气流，要加速必需经过收敛形对于亚音气流，要加速必需经过收敛形叶栅通道叶栅通道 。

u叶栅向背叛轴向弯曲构成收敛通道叶栅向背叛轴向弯曲构成收敛通道u在静子叶片中的任务原理：膨胀加速并在静子叶片中的任务原理：膨胀加速并转向转向气流在静叶中的流动气流在静叶中的流动u叶型偏离轴线弯曲构成收敛叶型偏离轴线弯曲构成收敛通道通道u在叶栅通道出口处为最小截在叶栅通道出口处为最小截面，称为喉道截面；面，称为喉道截面；u在喉道截面处，气流通常到在喉道截面处，气流通常到达当地音速，又称为临界截达当地音速，又称为临界截面；面；u在临界截面后气流进一步加在临界截面后气流进一步加速，以超音速进入任务轮；速，以超音速进入任务轮；u静子叶片起导向作用又称为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气流在动叶叶栅中的流动u基元级速度三角形基元级速度三角形u进口：进口：u气流以气流以V1流向动叶流向动叶u由于叶片转动切线由于叶片转动切线速度速度U1u气流以相对速度气流以相对速度W1进入动叶进入动叶u出口：出口：u气流以相对速度气流以相对速度W2 流出动叶流出动叶u由于叶片转动切线由于叶片转动切线速度速度U2u气流以绝对速度气流以绝对速度V2流出动叶流出动叶速度三角形u将进、出口速度将进、出口速度三角形叠画在一三角形叠画在一同同uW和和V均向背叛转均向背叛转动方向发生偏转动方向发生偏转u 相对速度添加相对速度添加uW2   W1 u绝对速度降低绝对速度降低uV2   V1 伯努利方程伯努利方程绝对坐标系绝对坐标系 气体膨胀功、动能增量气体膨胀功、动能增量 输出轮缘功并耗损摩擦功输出轮缘功并耗损摩擦功相对坐标系相对坐标系 dp   0 W2   W1 叶型弯曲构成收敛通道叶型弯曲构成收敛通道 相对速度添加，压力降低相对速度添加，压力降低两式相减，得：两式相减，得： 涡轮对外输出轮缘功涡轮对外输出轮缘功绝对动能绝对动能  机械能机械能相对动能相对动能  膨胀加速膨胀加速 产生反作用力产生反作用力u提高每一提高每一级涡轮的膨的膨胀作功才干，要提高作功才干，要提高轮缘功功Wuu轮缘功功Wuu 动量矩原理推量矩原理推导出出u U– 切切线速度速度  WU – 扭速扭速u添加添加输出功率：出功率：U、扭速。

扭速u由于气流在由于气流在涡轮中作膨中作膨胀加速流加速流动,气流不易分气流不易分别u 因此允因此允许气流的气流的转角角较大大产生大的扭速生大的扭速扭速WU涡轮涡轮一级涡轮输出功率可以带动多级压气机一级涡轮输出功率可以带动多级压气机 压气机压气机2、涡轮级、涡轮级u涡轮级沿叶高由基元级涡轮级沿叶高由基元级叠加而成；叠加而成；u因沿叶高的切线速度大因沿叶高的切线速度大小不同，相对速度大小小不同，相对速度大小和方向均不同，速度三和方向均不同，速度三角形不同；角形不同；u沿叶高叶片是改动的沿叶高叶片是改动的3、全台涡轮、全台涡轮u沿发动机轴向为扩张形气流通道沿发动机轴向为扩张形气流通道流向流向三、热力过程及主要参数三、热力过程及主要参数1、热力过程、热力过程理想情况：理想情况：绝热等熵膨胀绝热等熵膨胀实践情况：实践情况：多变膨胀多变膨胀hS34i4P3*P4*理想膨胀功理想膨胀功实践膨胀功实践膨胀功u膨胀比：膨胀比：u流量：流量：u转速：转速：u多变膨胀功：多变膨胀功：u绝热效率：绝热效率：涡轮的主要参数涡轮的主要参数u涡轮效率〔涡轮效率〔0.88 ~ 0.92)：：u叶型流动损失〔分别、摩擦〕叶型流动损失〔分别、摩擦〕u端面损失〔潜流、径向间隙漏气〕端面损失〔潜流、径向间隙漏气〕u冷却气流掺入冷却气流掺入u带冠、自动间隙控制带冠、自动间隙控制u涡轮膨胀功与进口气流总温、膨胀比、绝热效涡轮膨胀功与进口气流总温、膨胀比、绝热效率成正比。

率成正比三、涡轮特性三、涡轮特性u当涡轮膨胀比添加到一当涡轮膨胀比添加到一定时，涡轮进口流量类定时，涡轮进口流量类似参数坚持常数似参数坚持常数u称流量类似参数坚持常称流量类似参数坚持常数的形状为：数的形状为：u 临界或超临界形状临界或超临界形状u涡轮效率随膨胀比变化涡轮效率随膨胀比变化较平缓小小 节节u涡轮作功原理涡轮作功原理u叶片陈列方式叶片陈列方式u速度三角形速度三角形u级作功才干及其影响要素级作功才干及其影响要素u主要参数〔膨胀比、效率、膨胀功等〕主要参数〔膨胀比、效率、膨胀功等〕u涡轮通用特性涡轮通用特性u当涡轮膨胀比添加到一定时，涡轮进口流量当涡轮膨胀比添加到一定时，涡轮进口流量类似参数坚持常数，处于临界或超临界形状类似参数坚持常数，处于临界或超临界形状u涡轮效率随膨胀比变化较平缓涡轮效率随膨胀比变化较平缓u高热负荷、高气动和离心负荷下可靠任务高热负荷、高气动和离心负荷下可靠任务。