1、第二節(jié) 渦輪工作原理,一、功能、工作環(huán)境、設(shè)計要求及組成 功能 將燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機械能并對外輸出功率， 帶動壓氣機(風扇)、螺旋槳、旋翼(尾槳)等。 工作環(huán)境 高溫: 熱負荷(1600-1950K) 高速轉(zhuǎn)動: 離心負荷 高氣動負荷: 氣動力、氣動力矩 軸負荷： 傳遞巨大的扭矩 設(shè)計要求 提供所需功率、效率高、耐高溫、高強度、重量輕 耐高溫的高強度材料 冷卻,組成,靜子（導向器） 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,基元級平面葉柵,二、作功原理,高溫高壓氣體在導向器中膨脹加速 熱焓 動能 葉輪高速轉(zhuǎn)動發(fā)出功率的原因： 高速氣流沖擊工作葉輪 流經(jīng)工作葉輪氣

2、流產(chǎn)生的反作用力,1、氣流在基元級中的流動,截面 0 靜葉進口 1 靜葉出口 （動葉進口） 2 動葉出口,(1)氣流在靜子葉柵中的流動,氣體作絕能流動 伯努利方程 V1 V0 dp 0 對于亞音氣流，要加速必須經(jīng)過收斂形葉柵通道 。 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：膨脹加速并轉(zhuǎn)向,氣流在靜葉中的流動,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，氣流通常達到當?shù)匾羲?，又稱為臨界截面； 在臨界截面后氣流進一步加速，以超音速進入工作輪； 靜子葉片起導向作用又稱為導向器。,(2)氣流在動葉葉柵中的流動,基元級速度三角形 進口： 氣流

3、以V1流向動葉 由于葉片轉(zhuǎn)動切線速度U1 氣流以相對速度W1進入動葉 出口： 氣流以相對速度W2 流出動葉 由于葉片轉(zhuǎn)動切線速度U2 氣流以絕對速度V2流出動葉,速度三角形,將進、出口速度三角形疊畫在一起 W和V均向背離轉(zhuǎn)動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn) 相對速度增加 W2 W1 絕對速度降低 V2 V1,伯努利方程 絕對坐標系 氣體膨脹功、動能增量 輸出輪緣功并耗損摩擦功 相對坐標系 dp 0 W2 W1 葉型彎曲形成收斂通道 相對速度增加，壓力降低 兩式相減，得： 渦輪對外輸出輪緣功 絕對動能 機械能 相對動能 膨脹加速 產(chǎn)生反作用力,提高每一級渦輪的膨脹作功能力，要提高輪緣功Wu 輪緣功Wu 動量矩原理推

4、導出 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,氣流不易分離 因此允許氣流的轉(zhuǎn)角較大產(chǎn)生大的扭速。,扭速WU,渦輪,一級渦輪輸出功率可以帶動多級壓氣機,壓氣機,2、渦輪級,渦輪級沿葉高由基元級疊加而成； 因沿葉高的切線速度大小不同，相對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、全臺渦輪,沿發(fā)動機軸向為擴張形氣流通道,流向,三、熱力過程及主要參數(shù),1、熱力過程 理想情況： 絕熱等熵膨脹 實際情況： 多變膨脹,h,S,3,4i,4,P3*,P4*,理想膨脹功,實際膨脹功,膨脹比： 流量： 轉(zhuǎn)速： 多變膨脹功： 絕熱效率：,渦輪的主要參數(shù),渦輪效率（0.88 0.92)： 葉型流動損失（分離、摩擦） 端面損失（潛流、徑向間隙漏氣） 冷卻氣流摻入 帶冠、主動間隙控制 渦輪膨脹功與進口氣流總溫、膨脹比、絕熱效率成正比。,三、渦輪特性,當渦輪膨脹比增加到一定時，渦輪進口流量相似參數(shù)保持常數(shù) 稱流量相似參數(shù)保持常數(shù)的狀態(tài)為： 臨界或超臨界狀態(tài) 渦輪效率隨膨脹比變化較平緩。,小 節(jié),渦輪作功原理 葉片排列方式 速度三角形 級作功能力及其影響因素 主要參數(shù)（膨脹比、效率、膨脹功等） 渦輪通用