叶片机原理课件：涡轮基元级.ppt

1、涡轮基元级一、在基元级中气流的流动与膨胀做功1、流动静叶通道渐缩，气流V ，P动叶中类似压气机，叶背叶盆压差推动工作轮旋转做功静叶在前，动叶在后膨胀加速，以利作功降温保护动叶（静叶易于 采取冷却措施）2、作功只有动叶旋转做功，列动叶轮缘功：212221212)(hhcchhLu（绝对坐标）2212221wwhh（u1=u2 相对坐标）2221222221wwccLuLu取决于气体绝对动能和相对动能的变化压气机与涡轮作功能力的比较:流道型式压气机:通道扩张,减速扩压,逆压梯度气流易分离涡轮:通道收敛,加速降压,负压梯度气流不易分离初始条件:涡轮中气体速度远远高于压气机,利于做功,而马赫数可能低于

2、压气机二、基元级速度三角形1、决定速度三角形的主要参数压气机:ca、cu、u、wuuuucucuL1122uuucucuL1122)(12uuuuccucuL反映流量速度C1a，用静叶出口气流角 表示1aacc212、涡轮基元级反力度燃气在动叶中膨胀作功占整个基元级膨胀功的百分数反力度定义式：假定c1a=c2aLuww)2122(212221222221wwccLuuLccccwwccwwccww21122)(212221222121222221212222212122ucccuccccuuuuaua21212122222121几种特殊反力度值:0Kuccuu221uucuuc21动叶进出口形

3、状对称,气流不加速5.0Kuccuu212121 wccucuu1Kuucc21K过高(大于0.750.8)叶尖漏气静叶温降小,动叶工作条件变恶劣过小顺压梯度变小或为零,气流易分离,降低效率uuww21c1w2w1c2uuc1w1w2c2uuuuc1w1w2c2冲击式涡轮反力式涡轮3、基元级的载荷系数ucHuT2uHLTu圆周速度的利用程度如何确定速度三角形？已知、uaaTLccH121/uLcc212221ucHuT)1(2)1(221TuTuHucHuc)/(tan2112111aaaauacccccc给定选取三、涡轮叶栅中的流动四、叶型损失及工程估算1、涡轮的叶型和叶型损失弯度大：加功量

4、大，顺压梯度保证效率厚度大：增加强度，进口Ma低保证实现叶型损失1）边界层摩擦损失2）尾迹损失，尾迹与主流掺混损失3）边界层分离损失4）气流穿过激波损失及与边界层干扰损失再生热对压气机：热量加给气体需消耗更多压缩功对涡轮：热量增加了气体内能，获得更多膨胀功2、涡轮叶栅的出口速度计算1）静叶2211adadchh等熵：)(2)(2111adpadadhhchhc)(1 12)1(12111kkadppTRkkTTTRkk)(1 121111kkadppTRkkcc速度损失系数静叶出口静压静叶进口总温总压、p 1pT动能损失：)11(2)(212212221cccLadnbf98.096.0总压恢

5、复系数表示损失：)()/()(/)(/1111111ccccnbadpppp2）动叶)(1 1211212kkwwppTRkkw)()/(2212wwwwwpp)11(2222wLwf速度损失系数动叶进出口总压、动叶进口总温、211wwwppT3、涡轮叶栅出气角计算是否有局部超音速亚临界：临界压比 /12ppk11超临界：临界压比 /12ppkcnbcrcnbqq11sin)()(sin1162 涡轮级和多级涡轮一、级间气流组织rcdrdpu20)(121222drdcdrrcdrdrdLauu（一）等环量叶片32 1 KLKcKrcuauuccacruccacrccacruauaua2221

6、11211tantantan 211rr优点：流动无旋，效率高，与实测数据吻合缺点：C1u径向变化剧烈，从而导致反力度变化急剧,甚至根部出现负值径向变化急剧 11)(1r)(2r局部扩张变化趋势相反 21uccuu212112（二）等 叶片1常数常数Lu1常数常数1212cosa1cos1rcrcuc1u、c1a r优点：静叶为直叶片，加工方便，有利冷却（三）中间扭向规律（四）可控涡设计以三元计算为基础，合理规定沿叶高环量分布，使反力度变化均匀趋势较为平缓,避免根部反力度负值常数常数umuLrc1二、级的流动损失1）叶型损失2）环面边界层损失3）潜流损失4）漏气损失三 涡轮效率和涡轮功率adu

7、seadTTLLLL提高效率减小二次流损失安装轮箍，减小潜流加迷宫，减小漏汽)11(113kkTadTRkkL涡轮出口总压涡轮进口总温总压、落压比或膨胀比 p p T 43343ppT涡轮功率：TkkTgTgTTRkkmLmN)11(113四 多级涡轮1、单级功率不够2、从整体考虑不能为追求单级而使直径过大3、受尺寸或效率等特殊要求（一）采用多级的原则：（二）各级中功的分配：逐级下降1、末级最小，易使出气接近轴向减小损失2、第一级大，静叶膨胀功较大，温降大，有利于后面级。（三）多级效率高于单级63 涡轮特性一、涡轮的非设计工作状态1、u/c1 等于设计值流场相似，不发生撞击分离，正常工作2、u

8、/c1 大于设计值攻角减小，但低于20才会发生分离，效率明显降低3、u/c1 小于设计值攻角增加，但高于12才会发生分离，效率明显降低二、涡轮的相似工况Re3.54.0104 进入自模化状态 33pTma3Tn有临界截面时用落压比：43ppT),(),(33323331pTmTnfpTmTnfaTaTTkkTTTRkkL)11(113),(33333pTmTnfTLaT),(),(353433TTTaTnfTnfpTm),(363TTTnfTL二、单级涡轮的特性3Tn不变：)1(33pTmaT )2(TT接近临界阻塞静叶出口气流静叶压降 33pTmaT )3(2T 22wT动叶压降C2w2c22w222c i cu TT11叶盆气流分离燃气速度降低TC1第四节 涡轮部件的材料、工艺和冷却一、提高涡轮进口温度的必要性和可能性二、先进涡轮叶片材料和涂层三、先进冷却技术四、冷却对涡轮效率的影响