叶轮机简介和应用.ppt

叶轮机械应用举例 多级离心压缩机 1、吸气室； 2、叶轮； 3、扩压器； 4、弯道； 5、回流器； 6、蜗室； 7、8、轴端密封； 9、隔板密封； 10、轮盖密封； 11、平衡盘； 12、推力盘； 13、联轴器； 14、卡环； 15、主轴； 16、机壳； 17、支持轴承； 18、止推轴承； 19、隔板； 20、回流器导流叶片； 21、中间冷却吸气管； 22、出气管 叶轮机械应用举例 多级离心压缩机 叶轮机械应用举例 涡轮增压器 叶轮机械应用举例 涡轮增压器 图 1.10 40GP轴流式涡轮增压器[9] 1、压气机壳；2、扩压器；3、压气机盖；4、压气端轴封；5、活塞环；6、吸气导流罩；7、活塞环座；8、主轴；9、导风轮；10、压气机调整片；11、压气机衬套；12、压气机叶轮；13、轴承；14、压气机端轴承座；15、止推板；16、止推轴承；17、导油罩；18、止推轴承；19、轴承；20、涡轮端轴承座；21、中间机壳；22、涡轮叶片；23、气封；24、喷嘴内环；25、炭晶圈；26、挡油板； 27、涡轮盘；28、喷嘴叶片；29、喷嘴外环；30、31、底脚；32、涡轮进气壳 叶轮机械应用举例 航空发动机中的叶轮机械 航空发动机中的叶轮机械 航空发动机的分类： 航空发动机中的叶轮机械 涡扇发动机 涡喷发动机 涡轴发动机 涡桨发动机 桨扇发动机 航空发动机中的叶轮机械 最早出现的航空燃气涡轮发动机： 航空发动机中的叶轮机械 航空燃气涡轮发动机的压气机和涡轮主要参数： 叶轮机械内部流动的复杂性 内外流区别 叶型不是孤立存在 旋转叶片从根到尖的展向流动变化大 非对称进出口边界条件 目的不同。以通道激波举例说明 叶轮机械内部流动的复杂性 流动复杂性 流动的三维性 流体的可压缩性 激波 流体的粘性 边界层 二次流 ：周向二次流、径向二次流（潜流）、间隙流 流动的非定常性 失速、喘振 转静干涉 叶轮机械内部流动的复杂性 叶轮机械叶片内部流动的复杂性示意 叶轮机械发展追溯 公元220年前，发明风车(中国) 公元1000年前，走马灯出现(中国) 二十世纪初，一维设计（蒸汽轮机） 二三十年代，二维设计与试验（叶栅） 四十年代初，逐步形成了亚音速轴流式压气机气动设计的理论（NASA-SP-36） 三十年代后，简单径向平衡的计算方法 六十年代，准三维设计、三维流动分析 近十年，随计算机技术的有效应用，叶轮机械又进入另一个快速发展期，其主要表现为： 叶片不再是叶型的简单积叠，三维叶片型面对流动的影响被更充分地反映； 三维数值技术的有效利用加速了叶轮机械的设计成型周期，其中包括对粘性和非定常特性更细化的考虑； 实验技术随着测试及数据处理能力的提高能够提供更详细的流动细节 叶轮机械内部复杂流动的简化模型 叶轮机械内部复杂流动的简化模型 20世纪五十年代，中国旅美学者吴仲华先生提出两个流面（S1和S2 ）的理论，叶片机设计的理论计算研究开始取得突破性进展。 20世纪60年代Novak等人发展出了S2流面上的流线曲率法（流线迭代法）。 流线曲率法将三维空间问题化简为S2流面上的准三维问题。 补充两个模型方程（经验关系式）： 流动损失模型 和 落后角模型 叶轮机械内部复杂流动的简化模型 吴仲华两族流面理论 Wu，C.H.，A General Through-Flow Theory of Fluid Flow with Subsonic or Supersonic Velocity in Turbomachines of Arbitrary Hub and Casing Shapes，NACA TN 2302，1951. Wu，C.H.，A General Theory of Three-Dimensional Flow in Subsonic and Supersonic Turbomachines of Axial-，Radial-，and Mixed-Flow Types，NACA TN 2604，1952. 叶轮机械内部复杂流动的简化模型 图 1.13 S1流面示意图[1] 图 1.14 S2流面示意图[1] 叶轮机械内部复杂流动的简化模型 S1流面：与某等轴向平面的交线是个圆弧 反映叶片之间的流动，本质上存在翘曲 简化为以子午面线为母线，绕叶轮机械轴旋成的回转面 早期：圆锥面（轴流级）；目前：采用任意回转面的概念 决定基元流，早期为叶栅流动 叶轮机械内部复杂流动的简化模型 S2流面：与某等轴向平面的交线是条径向线 反映叶片间展向的平均流动 表现形式： 中心流面法 周向平均法 轴对称法 叶轮机械气动设计过程简介 性能预估 通流设计 叶片造型设计 三维数值分析 实验验证 叶轮机械气动设计过