《渦輪工作原》PPT課件.ppt

第二節(jié) 渦輪工作原理,一、功能、工作環(huán)境、設(shè)計(jì)要求及組成 功能 將燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并對(duì)外輸出功率， 帶動(dòng)壓氣機(jī)(風(fēng)扇)、螺旋槳、旋翼(尾槳)等。 工作環(huán)境 高溫: 熱負(fù)荷(1600-1950K) 高速轉(zhuǎn)動(dòng): 離心負(fù)荷 高氣動(dòng)負(fù)荷: 氣動(dòng)力、氣動(dòng)力矩 軸負(fù)荷： 傳遞巨大的扭矩 設(shè)計(jì)要求 提供所需功率、效率高、耐高溫、高強(qiáng)度、重量輕 耐高溫的高強(qiáng)度材料 冷卻,組成,靜子（導(dǎo)向器） 靜子葉片 內(nèi)、外環(huán) 轉(zhuǎn)子 工作葉片 盤 軸 排列方式 靜子在前 轉(zhuǎn)子在后,基元級(jí)平面葉柵,二、工作原理,高溫高壓氣體在導(dǎo)向器中膨脹加速 熱焓 動(dòng)能 高速氣流沖擊工作葉輪，使葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出功率。,1、氣流在基元級(jí)中的流動(dòng),截面 0 靜葉進(jìn)口 1 靜葉出口 （動(dòng)葉進(jìn)口） 2 動(dòng)葉出口,(1)氣流在靜子葉柵中的流動(dòng),氣體作絕能流動(dòng) 伯努利方程 V1 V0 dp 0 對(duì)于亞音氣流，要加速必須經(jīng)過(guò)收斂形葉柵通道 。 葉柵向背離軸向彎曲形成收斂通道。 在靜子葉片中的工作原理：膨脹加速,氣流在靜葉中的流動(dòng),葉型偏離軸線彎曲形成收斂通道 在葉柵通道出口處為最小截面，稱為喉道截面； 在喉道截面處，氣流通常達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲伲址Q為臨界截面； 在臨界截面后氣流進(jìn)一步加速，以超音速進(jìn)入工作輪； 靜子葉片起導(dǎo)向作用又稱為導(dǎo)向器。,(2)氣流在動(dòng)葉葉柵中的流動(dòng),基元級(jí)速度三角形 進(jìn)口： 氣流以V1流向動(dòng)葉 由于葉片轉(zhuǎn)動(dòng)切線速度U1 氣流以相對(duì)速度W1進(jìn)入動(dòng)葉 出口： 氣流以相對(duì)速度W2 流出動(dòng)葉 由于葉片轉(zhuǎn)動(dòng)切線速度U2 氣流以絕對(duì)速度V2流出動(dòng)葉,速度三角形,將進(jìn)、出口 速度三角形 疊畫在一起, W和V均向 背離轉(zhuǎn)動(dòng)方 向發(fā)生偏轉(zhuǎn) W2 W1 V2 V1,伯努利方程 絕對(duì)坐標(biāo)系 膨脹功、動(dòng)能增量 輸出輪緣功、 耗損于摩擦功 相對(duì)坐標(biāo)系 dp 0 W2 W1 葉型彎曲形成收斂通道 相對(duì)速度增加，壓力降低 兩式相減，得： 渦輪對(duì)外輸出輪緣功 絕對(duì)動(dòng)能 機(jī)械能 相對(duì)動(dòng)能 膨脹加速 產(chǎn)生反作用力,要提高每一級(jí)渦輪的膨脹作功能力，要提高Wu 輪緣功Wu 動(dòng)量矩原理推導(dǎo)出 U 切線速度 WU 扭速 增加輸出功率：U、扭速。 由于氣流在渦輪中作膨脹加速流動(dòng),氣流不易分離 因此允許氣流的轉(zhuǎn)角較大。 一級(jí)渦輪輸出功率可以帶動(dòng)多級(jí)壓氣機(jī),扭速,渦輪 壓氣機(jī),2、渦輪級(jí),渦輪級(jí)沿葉高由基元級(jí)疊加而成； 因沿葉高的切線速度大小不同，相對(duì)速度大小和方向均不同，速度三角形不同； 沿葉高葉片是扭轉(zhuǎn)的。,3、全臺(tái)渦輪,沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸向?yàn)閿U(kuò)張形氣流通道,三、熱力過(guò)程及主要參數(shù),1、熱力過(guò)程 理想情況： 絕熱等熵膨脹 實(shí)際情況： 多變膨脹,h,S,3,4i,4,P3*,P4*,理想膨脹功,實(shí)際膨脹功,主要參數(shù) 膨脹比： 流量： 轉(zhuǎn)速： 多變膨脹功： 絕熱效率：,渦輪效率（0.88 0.92)： 葉型流動(dòng)損失（分離、摩擦） 端面損失（潛流、徑向間隙漏氣） 冷卻氣流摻入 帶冠、主動(dòng)間隙控制 渦輪功與進(jìn)口氣流總溫、膨脹比、絕熱效率成正比。,三、渦輪特性,當(dāng)渦輪膨