叶轮机械原理.ppt

7.1涡轮的基元级基元级流动气流通过涡轮基元级速度的变化导叶的作用：膨胀加速＋降温＋导向动叶的作用：做功＋膨胀＋导向涡轮压气机叶栅通道形状的差异哪是压力面？气流通过涡轮基元级速度的变化燃气通过涡轮基元级膨胀作功，燃气的总温和总压都降低。导向器：改变气流方向。导向器通道呈收敛形，气流膨胀加速，气体静压p、静温T、静焓h相应降低。气流在导向器出口处的速度c1接近声速，有时甚至略超过声速。速度c1具有很大的切线方向分速度。由于涡轮的工作轮前缘以切线速度u1运动着，因此气流相对于工作轮前缘的运动速度为w1。012T0T1T2p0p1p2c0c1c2工作轮：工作轮叶栅通道也呈收敛形，气流在其中继续膨胀加速，气体静压p、静温T、静焓h进一步降低。同时，气流通过工作轮叶栅改变流动方向。由于涡轮工作轮叶栅是收敛通道，气流在其中减压加速，不易产生分离，因此与压气机工作轮叶栅相比，涡轮工作轮叶栅可以有大得多的气流转折角Δβ，可以达到90～100°。工作轮出口气流的相对速度w2大于进口相对速度w1，但是对于发动机的绝对坐标系来说，工作轮出口气流的绝对速度c2却小于工作轮进口绝对速度c1添加标题气流通过涡轮基元级膨胀作功原理01添加标题条件？进出口轮缘速度相等03添加标题从能量方程推导得到的膨胀功公式为：02添加标题压气机和涡轮轮缘功的比较？04速度三角形添加标题添加标题添加标题C2uC2a涡轮基元级反力度Ω＝0.5，c1u＝u＋c2u＝w2uc1和w2大致对称。w1u=c2u反力度大于零的涡轮称为：反力式涡轮。u1＝u2c1a＝c2a运动反力度Ω＝0c1u－c2u＝2u，c1u－u＝u＋c2u，即w1u＝w2u动叶特征：进出口形状对称。气体流经动叶只拐弯不膨胀。称为“冲击式”涡轮二者差异？航空发动机中典型涡轮平均半径处反力度为uw2uw1u载荷系数/负荷系数物理意义：涡轮级的做功能力典型数值范围HT↑，冲击涡轮速度三角形给定轮缘功时，可以根据无量纲参数HT，ΩT和C1a/C2a，静叶出口气流角?1确定速度三角形。负荷系数大，做功能力强当一定时，，气流偏离轴向，动能损失大流量因子/流量系数与基元级流通能力和叶片形状有关,在一定圆周速度下，大的流量因子标志着设计者想通过增大气流轴向分速的办法来减小叶片高度应用涡轮叶栅中的流动等熵马赫数定义：叶栅通道形式：涡轮叶栅中的流动涡轮叶栅中的流动*加图*加图*加3图***换图****除了圆周速度u之外，决定压气机轮缘功的主要是动叶出口的切向分速c2u。c1u是预旋，它可以为零（轴向进气时c1u＝0）。至于涡轮，由于它的出口紧接尾喷管，一般总希望它的出口绝对速度c2接近轴向，因此c2u很小，决定涡轮轮缘功Lu的主要是c1u；而c2u的数值较小（当a2＝90°时c2u＝0）。在涡轮中，反映燃气流量的一般采用静叶出口的气流角a1，而不直接采用轴向速度c1u。原因是这个角度不但能反映轴向速度c1a的大小（c1a＝c1utana1），而且它可以与叶片长短和效率等联系起来，这在后面还要提到。另外在压气机中，由于一级增压比很小，可以近似认为c1a≈c2a。但是在涡轮中，由于一级的膨胀很大，如果再认为两者相等，就会导致较大的误差。根据目前设计经验，两者之比值为c1a/c2a≈0.75~0.85。综合以上分析，决定涡轮基元级速度三角形的主要参数有五个：c1u、a、c2u、u和c1a/c2a。设计涡轮时，决定了这五个参数之后，速度三角形就完全确定了。*反力度就是用来衡量燃气在动叶中的膨胀占全基元级总膨胀功的百分比的参数。＝0的涡轮动叶具有进出口形状对称特征。气体流经动叶只拐弯不膨胀，这样的涡轮被称为“冲击式”涡轮，它的优点是动叶叶尖漏气损失极小（因动叶前后无静压差），但也因为气体流经叶栅通道不加速膨胀，没有顺压强梯度，因而气流易于分离，效率较低。“冲击式”涡轮仅用于蒸气涡轮和发动机辅助系统。气流流经反力式涡轮动叶为降压加速过程，气流不易分离，因而效率较高，适用于航空燃气涡轮发动机。反力度过大会导致动叶叶尖泄漏损失增大和静叶膨胀不足，一般来讲，平均半径处的反力度控制在0.25～0.4之间*流量因子是基元级的重要特性参数。当流量因子变化时，基元级流通能力和叶片形状会有相应变化。在一定圆周速度下，选择大的流量因子标志着设计者想通过增大气流轴向分速的办法来减小叶片高度。因而，高的是轻型、大流量、高速涡轮的一个特征。反之，在既定圆周速度下，如小，表明设计者想在小气体流量下，把通道中的叶片造得尽量高。*流量因子是基元级