燃气涡轮发动机-第6章涡轮.ppt

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1、第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,主要内容,6.1、概述,6.2、涡轮的基本结构,6.3、涡轮部件的冷却,6.4、典型故障,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.1 概述,定义,将热燃气的能量转换成机械能为驱动压气机和附件提供功率；在涡扇发动机中还用来驱动风扇；在涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机中它还为螺旋桨和旋翼提供轴功率。,从燃烧室出来的燃气中吸收能量，并将其膨胀到较低的压力和温度，产生扭矩。,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.1 概述,定义,按燃气流动的方向：轴流式和径向式，除了少数小功率的涡轮外，现代航空燃气涡轮发动机的涡轮几乎都采用轴流式。,6.1 概述,分类,径向涡轮和轴流式涡轮,单级功率大，可靠

2、性高，适用于功率较小的动力装置。,尺寸小，流量大，效率高，适用于大功率装置。,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.1 概述,按转子数目可分为：单转子、双转子和三转子。,分类,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.1 概述,轴流式涡轮按涡轮叶片形式：冲击式、反力式和冲击反力式。,分类,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.1 概述,轴流式涡轮按涡轮叶片形式：冲击式、反力式和冲击反力式。,分类,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.1 概述,燃气涡轮的特点,功率大,燃气温度高,转速高,要求效率高,质量轻、尺寸小,现代大功率航空燃气涡轮发动机中，单级涡轮输出功率可高达41790KW,

3、一片涡轮叶片可发出约597kW的功率。,涡轮前平均滞止温度高达1800k2100k，远远超过普通钢的熔点1490k。,平均直径处叶片的圆周速度为500m/s,对每一级压气机和涡轮来说，压气机是旋转的工作叶片在前，静子叶片在后；涡轮则相反，静子叶片在前，工作叶片在后。,6.1 概述,涡轮与压气机的区别,轴流式双级涡轮示意图,压气机叶片间的通道是扩张通道，气流在其间的流动是压缩过程。涡轮则相反，叶片间的通道是收敛通道，气流在其间的流动是膨胀过程。,压气机是外界对其作功，涡轮是对外作功。,压气机级数多，涡轮级数少。,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.1 概述,涡轮的导向器和叶轮通道。,涡轮的工作,第

4、6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.1 概述,导向器和叶轮通道内的燃气参数变化。,涡轮的工作,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.2 涡轮的基本结构,导向器、叶轮和连接件。,基本组成,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.2 涡轮的基本结构,涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。,组成,CFM54发动机高压转子,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.2 涡轮的基本结构,涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。,组成,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.2 涡轮的基本结构,涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。,组成,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.2 涡轮的基本结构,涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。,组成,第6

5、章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.2 涡轮的基本结构,涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。,组成,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,F134发动机涡轮导向器叶片,6.2 涡轮的基本结构,涡轮导向器,带气膜和对流冷却的涡轮导向器叶片,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.2 涡轮的基本结构,涡轮导向器,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.3 涡轮部件的冷却,冷却系统,涡轮叶片冷却的不同方式：,对流冷却,冲击冷却,气膜冷却,发散冷却,冷却空气从叶片内若干专门的通道流过，与壁面产生热交换，将热量带走,使一股或多股冷却空气射流正对着被冷却的表面。,冷却空气进入叶片内腔，通过叶片壁面上大量小孔流出，在叶片表面形成一层

6、气膜。,冷却空气从叶片内腔通过叶片壁面上无数微孔渗出，像出汗一样，在叶片表面形成气膜。,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.3 涡轮部件的冷却,对流冷却,冷却通道形状：圆形、扁圆形和其他形状,叶身精铸处9个径向小圆孔,冷却空气由中间叶跟两侧小孔流入叶身,叶跟温度减低140左右,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.3 涡轮部件的冷却,冲击冷却,使用与局部高温区的强化冷却，在叶片前缘首先得到采用,导流叶片开有小孔和缝隙，对准叶片内表面特别需要冷却的部位，加强冷却效果,冷却空气从圆管两端进入，由圆管前缘小孔排出，冷却叶片前缘。,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.3 涡轮部件的冷却,气膜冷却,导向器,冷却

7、空气由叶片端部进入叶片内腔，通过叶片壁面上的大量小孔流出，在叶片表面形成一层气膜，将叶片表面与炽热的燃气隔开；兼有隔热和散热的双重作用。散热效果比对流冷却好，一般可达400400。,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.3 涡轮部件的冷却,发散冷却,优点：冷却效果好,500800摄氏;缺点：多空材料容易堵塞，叶片温度会升高，并进一步加速氧化和限制气流透过。,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.3 涡轮部件的冷却,混合冷却,采用对流、冲击和气膜三中冷却方式,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,6.4 涡轮的主要故障,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,启动停车引起的热冲击和热疲劳现象往往成为导向叶片的主要故障之一。,6.4 涡轮的主要故障,第6章 燃气涡轮发动机-涡轮,