发动机部件涡轮PPT课件

低二次损失,提高涡轮的效率; ➢ 相邻叶片的叶冠抵紧后可以减小叶片的扭曲变形和弯曲变
形,增强叶片的刚度, 提高叶片的振动频率; 当叶片产生 振动时, 相邻叶冠间产生摩擦, 可以吸收振动能量, 起到 的减振作用; ➢ 带冠涡轮叶片可以采用对气动有利的薄叶型。且有利于叶 片与机匣之间的间隙的控制, 减少轴向漏气,更有效地提 高涡轮效率。
主动间隙控制
➢根据发动机的工作状 态，人为控制机匣的 膨胀量，以保证涡轮 径向间隙最小。
➢通常是在涡轮机匣外 面加上数圈冷气管。
➢按预定调节规律改变 冷却空气的供应量 和温度。
例如：CFM56-3发动机
➢它的高压涡轮机匣外面罩一个集气环形成集 气室。
➢在不同的工作状态下，引入不同温度的冷却 空气。
➢ 工作叶轮：工作叶片间的通道 是收敛形的, 燃气流过工作叶 轮叶片通道时, 相对速度增大, 方向改变, 压力降低, 温度降低, 推动工作叶轮高速旋转, 向外 输出功, 使绝对速度减小。将 热能转变为功。总压，总温都 下降。
➢ 涡轮叶片
➢ 涡轮的工作叶片由叶身和榫头两部分组成。 ➢ 涡轮叶片的叶身分为带冠和不带冠两种。 ➢ 带冠涡轮叶片可以减小叶片尖部由叶盆向叶背的漏气,降
➢ 冷却涡轮叶片的冷空气 是从压气机出口处通过 管道引来, 冷却后的空 气随燃气一起流过涡轮。 因此, 需要进行冷却的 叶片是空心的。
➢ 在这里冷却的方法有: 导热,冲击, 对流换热, 气膜冷却等。
对流冷却
20
喷射式冷却(或称冲击式冷却)
21
。
涡轮间隙
➢ 涡轮机匣与工作叶片叶尖之间的距离叫涡轮径向间 隙。
➢ 外部冷却式机匣：
➢ 利用飞行中外界大气的速度头通过进口流入空气收集器内, 并经过内壁上沿周向均匀分布的许多孔去冷却涡轮外环,
➢ 然后再冷却尾喷管并排入 大气。
➢ 这种冷却方法构造简单, 加工方便, 重量较轻, 但 冷却效果较差。
涡轮间隙控制
➢ 涡轮间隙控制—内部冷却式机匣,靠从压空机出口引入空气到 涡轮机匣外套内，控制机匣的膨胀量。
➢ 涡轮间隙对涡轮效率有很大的影响, 据估算, 涡轮 间隙若增加1 毫米, 涡轮效率下降2.5％,这将使发 动机耗油率增加2.5％, 所以为了减少损失, 提高效 率,应尽可能减小径向间隙。
➢ 为了减少损失、提高效率、应尽可能减小径向间隙。 ➢ 控制涡轮间隙的方法是控制涡轮机匣的膨胀量，使
涡轮间隙保持为
发动机部件
➢五大部件（component） ➢进气道（inlet duct） ➢压气机（compressor） ➢燃烧室（burner） ➢涡轮（burbine） ➢尾喷管（nozzle）
涡轮导向叶片和转子叶片
涡轮的分类
➢ 冲击式涡轮 ➢ 推动涡轮旋转的扭矩是由于气流方向改变而产生的。 ➢ 冲击式涡轮的工作叶片的特征是前缘和后缘较薄, 而中间 较厚。
功率被压气机吸收, 可以带动5－7级或更多级压气机, 因 此, 在同一台发动机中, 涡轮的级数要比轴流式压气机的 级数少得多。
涡轮间隙
➢ 涡轮间隙是随所用材料和发动机的工作状态及飞行条件的不 同而变化的。
➢ 涡轮间隙变化 ➢ 无冷却式机匣 ➢装配间隙为2mm ➢起动间隙为7mm ➢高转速间隙5mm ➢停车时为0mm ➢ 冷却机匣 ➢装配间隙为2mm ➢起动间隙为3.2mm ➢高转速间隙1.2mm ➢停车时为0mm
➢ 冷却式机匣可采用两种方式: 外部冷却式和内部冷 却式。又叫被动冷却式和主动冷却式。
➢ 由于涡轮通道是收敛的, 燃气在其中是加速降压, 存在负 压力梯度, 所以附面层中的气体微团就不容易分离, 气流 的转折角可以较大, 也就是说涡轮叶片比压气机叶片弯曲 的程度要大, 燃气膨胀的程度大, 输出的轮缘功就大。
➢ 其次是涡轮燃气的温度高。 ➢ 目前流量大的一级涡轮可以输出一两万千瓦的功率, 这些
➢ 反力式涡轮 ➢ 推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改 变而产生的。 ➢ 反力式涡轮工作叶片的特征是前缘较厚, 而后缘较薄。
➢ 冲击－反力式涡轮 ➢ 推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改 变而产生的。 ➢ 目前燃气涡轮发动机中多采用冲击－反力式涡轮。
涡轮部件的特性
➢ 温度：温度高、温度不均、工况变化； ➢ 转速：转速高-离心负荷大、平衡困难； ➢ 功率：叶片平均功率大、级数少。
➢ 缺点:
➢ 加功精度要求高。容易出现裂纹。
涡轮叶片的冷却
➢提高涡轮前燃气温度是提高燃气涡轮发动机 性能的有效措施。然而提高涡轮前燃气温度 受到涡轮部件结构强度的限制, 为了解决这 个问题, 必需对涡轮叶片采取冷却。
➢涡轮叶片的冷却一般只有第一级涡轮叶片或 第一、第二级涡轮叶片需要冷却。
涡轮叶片的冷却
技术要求
➢高效率 ➢尺寸小，结构紧凑 ➢足够的高温强度 ➢热定心好，热应力小 ➢良好的冷却系统 ➢适当选择材料
涡轮的结构
涡轮的组成
➢ 静子—由导向器组成； 转子—由工作叶轮组成；
➢ 导向器（涡轮喷嘴环）： 燃
气在涡轮喷嘴环内气流速度增 加, 压力下降, 并改变流动方向, 来满足工作叶轮进口处对气流 方向的要求, 将压力位能和热 能转变为动能; 总压下降，总 温不变。
➢在慢车和起飞时,引高压9级后的空气； ➢爬高时引高压9级和5级的混合后的空气； ➢巡航时,引高压5级的空气。 ➢采用主动控制间隙增加了冷却空气的消耗量,造成
发动机推力下降, 同时还会使发动机的结构复杂, 重量增加。
基元级速度三角形
➢涡轮的轮缘功：
➢ 在亚音速压气机中, 压气机功约在40kj/kg以内, 而涡轮 的轮缘功则在200－300kj/kg之间。
➢ 枞树型榫头：
➢ 优点:
➢重量轻: 由于叶片榫头呈楔形, 所以材 料利用合理, 接近等强度, 因而这种榫 头的重量轻。
➢强度大, 能承受大的载荷;
➢ 在高温下工作对应力集中不敏感:
➢ 这种榫头有间隙地插入榫槽内, 允许 受热后自由膨胀, 因而, 减小了叶片和 轮缘联接处的应力, 同时可以利用榫头 的装配间隙, 通入冷却空气, 对榫头和 轮缘进行冷却。装拆及更换叶片方便。