葉輪機械原理_第七章2

1、17.3 渦輪級和多級渦輪 將葉高不同半徑上將葉高不同半徑上的基元級疊加起來的基元級疊加起來 渦輪級渦輪級將幾個級串聯(lián)起來將幾個級串聯(lián)起來 多級渦輪。多級渦輪。2 研究區(qū)域：葉片環(huán)軸向間隙研究區(qū)域：葉片環(huán)軸向間隙級空間的氣流組織級空間的氣流組織簡化徑向平衡方程簡化徑向平衡方程rcdrdpu20121222drdcdrrcdrdrdLauu)(渦輪葉片設計中常用的變化規(guī)律： 等環(huán)量設計，等a1葉片設計，通用扭向規(guī)律，可控渦設計 3等環(huán)量葉片等環(huán)量葉片 級空間的氣流組織級空間的氣流組織constLconstcconstrcuau111111222arctanarctanarctanauauaucc

2、ccuccuwwc1accuuc1uuwcuC2uC2a半徑半徑，c1u、c2u, c1a、c2a 1和和 1 ， 2 與壓氣機的區(qū)別？與壓氣機的區(qū)別？優(yōu)點：流動無旋，優(yōu)點：流動無旋，ca分布均勻，分布均勻，效率較高，而且計算簡便，與實效率較高，而且計算簡便，與實測數(shù)據(jù)比較一致。測數(shù)據(jù)比較一致。缺點：反力度沿葉高變化劇烈，缺點：反力度沿葉高變化劇烈，根部可能出現(xiàn)反力度。根部可能出現(xiàn)反力度。 4等等a1葉片（靜葉）葉片（靜葉） 級空間的氣流組織級空間的氣流組織wwc1accuuc1uuwcuC2uC2a半徑半徑，c1u、 c1a 動葉：動葉：Lu沿徑向不變的條件沿徑向不變的條件 優(yōu)點：靜葉基本上

3、是直葉片，便優(yōu)點：靜葉基本上是直葉片，便于加工，而且便于做成空心葉片，于加工，而且便于做成空心葉片，進行內(nèi)部冷卻。承力支桿。進行內(nèi)部冷卻。承力支桿。constLconstu1constrcconstrcau121211coscos改善反力度和靜葉出口馬赫數(shù)改善反力度和靜葉出口馬赫數(shù)等參數(shù)的分布等參數(shù)的分布5通用扭向規(guī)律通用扭向規(guī)律 級空間的氣流組織級空間的氣流組織constLconstrcumu1m=1，等環(huán)量扭向規(guī)律，等環(huán)量扭向規(guī)律m=cos2a1，等，等a1扭向規(guī)律扭向規(guī)律cos2a1=m=1，中間規(guī)律，中間規(guī)律0 m cos2a1，(小輪轂比小輪轂比)6可控渦設計可控渦設計 級空間的氣流

4、組織級空間的氣流組織規(guī)定環(huán)量（或控制旋渦）沿葉片高度按一定規(guī)律變化，以獲得規(guī)定環(huán)量（或控制旋渦）沿葉片高度按一定規(guī)律變化，以獲得反力度沿葉高較緩慢變化的長葉片設計方法。反力度沿葉高較緩慢變化的長葉片設計方法。運用能反映變功、變熵和流線曲率等因素對流場影響的三維流運用能反映變功、變熵和流線曲率等因素對流場影響的三維流場計算方法場計算方法 mccRcrcrpmmmmusincos221*()1cossinmuummmmmccc rchsTcrcrrrrRcm7優(yōu)點：優(yōu)點： 級空間的氣流組織級空間的氣流組織反力度沿葉高分布均勻，根部反力度提高，尖部反力度降低反力度沿葉高分布均勻，根部反力度提高，尖部

5、反力度降低靜葉根部出馬赫數(shù)和動葉頂部出口馬赫數(shù)相應減小靜葉根部出馬赫數(shù)和動葉頂部出口馬赫數(shù)相應減小 減弱靜葉葉片表面邊界層內(nèi)潛移現(xiàn)象，避免了過多的減弱靜葉葉片表面邊界層內(nèi)潛移現(xiàn)象，避免了過多的附面層在根部的堆積，降低葉柵根部的能量損失附面層在根部的堆積，降低葉柵根部的能量損失多級渦輪可控多級渦輪可控渦設計中，增渦設計中，增大動葉出口環(huán)大動葉出口環(huán)量的設計量的設計改善動葉根部流動狀態(tài)，減小頂部徑向間隙漏氣量改善動葉根部流動狀態(tài)，減小頂部徑向間隙漏氣量 反力反力度均度均勻化勻化增大渦輪作功能力增大渦輪作功能力渦輪動葉出口的絕對氣流角會偏離軸渦輪動葉出口的絕對氣流角會偏離軸向較遠（可達向較遠（可達3

6、0），出口級需加一），出口級需加一排靜葉將氣流拐為軸向。排靜葉將氣流拐為軸向。 8級的流動損失級的流動損失v葉型損失葉型損失v環(huán)面邊界層引起的摩擦損失和對渦損失環(huán)面邊界層引起的摩擦損失和對渦損失 v潛流損失、漏氣損失潛流損失、漏氣損失v冷氣摻混損失冷氣摻混損失 來流邊界層來流邊界層橫向流動橫向流動 端壁端壁 通道渦通道渦馬蹄渦馬蹄渦 9降低二次流損失方案降低二次流損失方案直葉片直葉片傾斜傾斜彎葉片彎葉片三維造型對負荷分布的影響三維造型對負荷分布的影響 本質上都是控制負荷本質上都是控制負荷的三維分布，最終達到控的三維分布，最終達到控制二次流、葉片表面邊界制二次流、葉片表面邊界層等流動的目的層等流

7、動的目的端壁的控制端壁的控制10葉尖帶冠葉尖冷氣射流葉尖負荷的影響機匣形狀的影響葉尖形狀的影響降低泄漏損失方案降低泄漏損失方案11渦輪效率和渦輪功率渦輪效率和渦輪功率 滯止絕熱效率滯止絕熱效率 *seuTTadadLLLL單級渦輪的效率范圍：單級渦輪的效率范圍：0.88-0.91 總功率的計算總功率的計算 *adTTLLkkTadRTkkL13111*TgTLmN *TkkTgTRTkkmN1311112多級渦輪多級渦輪 多級采用的原則多級采用的原則 ：單級功率不夠單級功率不夠 受到馬赫數(shù)的限制，軸流式壓氣受到馬赫數(shù)的限制，軸流式壓氣機圓周速度較低。如采用單級渦機圓周速度較低。如采用單級渦輪，

8、則需加大圓周速度，可能造輪，則需加大圓周速度，可能造成渦輪的直徑過，增大發(fā)動機迎成渦輪的直徑過，增大發(fā)動機迎風面積增大。風面積增大。 渦輪的最大尺寸受到限制或者需要渦輪的最大尺寸受到限制或者需要保證一定的效率時。保證一定的效率時。13多級渦輪多級渦輪 多級采用的優(yōu)點多級采用的優(yōu)點 ：級數(shù)多，每級焓降較小，工作時圓周速度不高，渦輪的安全級數(shù)多，每級焓降較小，工作時圓周速度不高，渦輪的安全性好，壽命長性好，壽命長級焓降減少，變工況性能也較好級焓降減少，變工況性能也較好 多級渦輪中，上一級的損失會引起下一級溫度的升高，使多級渦輪中，上一級的損失會引起下一級溫度的升高，使各級理想焓降之和大于整個渦輪的

9、理想焓降，這個現(xiàn)象稱為各級理想焓降之和大于整個渦輪的理想焓降，這個現(xiàn)象稱為重熱現(xiàn)象重熱現(xiàn)象 14多級渦輪多級渦輪 參數(shù)分配原則參數(shù)分配原則 ：（考慮渦輪級間的協(xié)調以及部件間的匹配）：（考慮渦輪級間的協(xié)調以及部件間的匹配）功的分配：總焓降逐級下降為佳。功的分配：總焓降逐級下降為佳。 末級功小，易使末級出口氣流接近軸向，能量損失較末級功小，易使末級出口氣流接近軸向，能量損失較小?？梢詼p少加力燃燒室進口擴壓段的整流損失小?？梢詼p少加力燃燒室進口擴壓段的整流損失第一級功大則焓降大，反力度一定時，第一級靜中葉第一級功大則焓降大，反力度一定時，第一級靜中葉氣流的膨脹功就大，氣流在靜葉中的溫度降降低就多，氣

10、流的膨脹功就大，氣流在靜葉中的溫度降降低就多，對強度有利對強度有利 缺點：第一級軸向速度一般較低，缺點：第一級軸向速度一般較低，a1較小，若分配功大，較小，若分配功大，則氣流轉折角大，流動損失大。則氣流轉折角大，流動損失大。 15多級渦輪多級渦輪 a1的分配：一般前小后大。的分配：一般前小后大。(18-25) -(30-35) 前面級的葉片不致過短（二次損失較?。┣懊婕壍娜~片不致過短（二次損失較小）,而后面級而后面級的葉片不致過長（容易保證強度）的葉片不致過長（容易保證強度）流道的擴張變化也較和緩流道的擴張變化也較和緩a1角愈小，則環(huán)形面積愈大，葉片長。角愈小，則環(huán)形面積愈大，葉片長。a1角越

11、大，則環(huán)形面積越小，葉片短。角越大，則環(huán)形面積越小，葉片短。 110011sin*cnbgKqpTmA16多級渦輪多級渦輪 中徑上的反力度分配：前小后大。中徑上的反力度分配：前小后大。在焓降前大后小的分配方案下，第一級反力度小就可在焓降前大后小的分配方案下，第一級反力度小就可以降低工作輪前的溫度。這里葉片又短，所以可以小以降低工作輪前的溫度。這里葉片又短，所以可以小一些。一些。后面幾級要選得大，則是為了避免葉根出現(xiàn)負的反力后面幾級要選得大，則是為了避免葉根出現(xiàn)負的反力度。度。 流道形式：等內(nèi)徑、等外徑、等中徑流道形式：等內(nèi)徑、等外徑、等中徑17多級渦輪內(nèi)的絕熱效率多級渦輪內(nèi)的絕熱效率 多級渦輪

12、滯止絕熱效率范圍：多級渦輪滯止絕熱效率范圍：0.91-0.94流動損失：流動損失：絕熱功：絕熱功： PI*IIP*IIIP*3PABCDEFGHIfTfiLL 多變功：多變功：輪緣功：輪緣功：nTniLL uTuiLL kkIIIIIadPPRTkkL111*kkIIIIIIIIIadPPRTkkL111*kkIIIIIIIIadPPRTkkL1311*iadTadLL*TadTuseTLL*seiadiiuseTadTLLL*TadiadTstTLL*假設各級的效率相等假設各級的效率相等 ： *TstT18多級渦輪內(nèi)的重熱系數(shù)多級渦輪內(nèi)的重熱系數(shù) 相同落壓比下，膨脹終了氣體總溫高于等熵膨脹終了總溫氣體膨脹過程中發(fā)生的“流阻”損失，可在其以后膨脹過程中回收一部分，落壓比愈大，則回收得愈多。在多變線一定的前提下（即多變指數(shù)n值一定），落壓比愈大，則渦輪效率的愈高，而和具體的渦輪