轴流涡轮设计第二部分.ppt

在图59中E3发动机是GE公司设计(Crow等,1980) LART代表联信(Liu，1979)研制的低展弦比涡轮(LowAspect Ratio Turbine) FRDC是普惠公司设计的小型涡轮(Ewen，1973) DEMO I和DEMO II同样是由加普惠设计(Okapuu，1974) RAE是英国皇家空军研究所研制(Bryce，1985) HLT(Highly Loaded Turbine)是加普惠研制(Moustapha，1987) HWRT(High Work Research Turbine)由加普惠研制(Vlasic，1996) 全部这些涡轮都是高膨胀比涡轮，绝大部分还具有较高的载荷系数和跨声速流动特征。 高载荷轴流涡轮叶片 可控子午型线（周向） 多级涡轮 多级采用的原则 ： 单级功率不够 受到马赫数的限制，轴流式压气机圆周速度较低。如采用单级涡轮，则需加大圆周速度，可能造成涡轮的直径过，增大发动机迎风面积增大。 涡轮的最大尺寸受到限制或者需要保证一定的效率时。 多级涡轮 多级采用的优点 ： 级数多，每级焓降较小，工作时圆周速度不高，涡轮的安全性好，寿命长 级焓降减少，变工况性能也较好 多级涡轮中，上一级的损失会引起下一级温度的升高，使各级理想焓降之和大于整个涡轮的理想焓降，这个现象称为重热现象 多级涡轮 参数分配原则 ：（考虑涡轮级间的协调以及部件间的匹配） 功的分配：总焓降逐级下降为佳。 末级功小，易使末级出口气流接近轴向，能量损失较小。可以减少加力燃烧室进口扩压段的整流损失 第一级功大则焓降大，反力度一定时，第一级静中叶气流的膨胀功就大，气流在静叶中的温度降降低就多，对强度有利 缺点：第一级轴向速度一般较低，?1较大，若分配功大，则气流转折角大，流动损失大。 多级涡轮 ?1的分配：一般前小后大。(72°-65°) -(60°-55°) 前面级的叶片不致过短（二次损失较小）,而后面级的叶片不致过长（容易保证强度） 流道的扩张变化也较和缓 ? 1角愈大，则环形面积愈大，叶片长。 ? 1角越小，则环形面积越小，叶片短。 多级涡轮 中径上的反力度分配：前小后大。 在焓降前大后小的分配方案下，第一级反力度小就可以降低工作轮前的温度。这里叶片又短，所以可以小一些。 后面几级要选得大，则是为了避免叶根出现负的反力度。 流道形式：等内径、等外径、等中径 高压涡轮 低压涡轮 Facility Operation Concept 由气源站供气，气源站压缩机由电机带动 气源站提供的压缩空气流量2.5kg/s-16.0kg/s 跨声速涡轮试验台 跨声速涡轮试验台三维模型图 轴流涡轮初步设计 应该检查的一些参数 质量流量、膨胀比、效率 转子出口周向流动角 静子和转子进出口轮缘和轮毂半径 叶片前缘和尾缘半径 静子叶片和转子叶片弦长 转子进口攻角 反动度 Zewifel载荷系数 轴流涡轮初步设计 1质量流量如果不能满足设计要求，通过调整喷嘴环叶片角度实现对质量流量的调节。 流量大，如何调节；流量小，如何调节？ 速度三角形是怎样变化的？反动度如何变化？ 在导流叶片出口流动角发生变化后，还应该改变转子叶片进口叶片角。 2转子叶片进口攻角和出口周向绝对气流角大小通过调节进出口叶片角实现。 3 转子出口周向流动角分布如何不满足要求，比如说在10度左右，如何调节？对流量，反动度有什么影响？ 应增大转子叶片出口叶片角，可能会引起流量的小幅度下降，反动度应该增大。对于流量的变化，应重新调节导流叶片出口流动角。 4 转子出口沿叶高方向上总压分布是否均匀？如果不均匀，比如说叶尖低，叶根高，轮缘轮毂形线不变，如何调节？ 减小叶尖出口叶片角，或者增大叶根出口叶片角，可以使转子叶片出口压强分布均匀。 5叶尖和叶根位置上反动度过大或者过小，如何调节？ 可以采用两种调节方法 一是改变轮缘或者轮毂直径。 反动度过大，意味着气流在动叶中膨胀过度。对于叶尖，通过增大动叶出口轮缘半径解决问题；对于轮毂，通过减小轮毂半径解决。 反动度过小，对于叶尖，减小轮缘半径，提高转子出口相对速度。对于叶根，增大轮毂半径。 轴流涡轮初步设计 二是改变转子出口叶片角度 反动度过大，减小转子出口叶片角。 反动度过小，增大转子出口叶片角。在转子出口叶片角增大后，会导致转子出口周向绝对气流角增大。 所谓反问题是这样定义的，设计人员给定的是叶片性能，根据性能设计出需要的叶片形状。比如在设计中给定叶片表面的速度分布和压强分布，在设计中可通过修改局部叶片形状获得满足规定的速度分布和压强分布。后一种方法包括设计人员所说的半反问题、全反问题等方法。 叶片设计中的正问题和反问题