發(fā)動機部件渦輪課件

飛機發(fā)動機及控制—發(fā)動機部件發(fā)動機部件五大部件（component）進氣道（inletduct）壓氣機（compressor）燃燒室（burner）渦輪（burbine）尾噴管（nozzle）渦輪導向葉片和轉子葉片渦輪的分類

沖擊式渦輪

推動渦輪旋轉的扭矩是由于氣流方向改變而產生的。沖擊式渦輪的工作葉片的特征是前緣和后緣較薄,而中間較厚。反力式渦輪

推動渦輪旋轉的扭矩是由于氣流速度的大小和方向的改變而產生的。反力式渦輪工作葉片的特征是前緣較厚,而后緣較薄。沖擊－反力式渦輪

推動渦輪旋轉的扭矩是由于氣流速度的大小和方向的改變而產生的。目前燃氣渦輪發(fā)動機中多采用沖擊－反力式渦輪。

渦輪部件的特性溫度：溫度高、溫度不均、工況變化；轉速：轉速高-離心負荷大、平衡困難；功率：葉片平均功率大、級數(shù)少。技術要求高效率尺寸小，結構緊湊足夠的高溫強度熱定心好，熱應力小良好的冷卻系統(tǒng)適當選擇材料渦輪的結構渦輪的組成

靜子—由導向器組成；轉子—由工作葉輪組成；導向器（渦輪噴嘴環(huán)）：燃氣在渦輪噴嘴環(huán)內氣流速度增加,壓力下降,并改變流動方向,來滿足工作葉輪進口處對氣流方向的要求,將壓力位能和熱能轉變?yōu)閯幽?總壓下降，總溫不變。工作葉輪：工作葉片間的通道是收斂形的,燃氣流過工作葉輪葉片通道時,相對速度增大,方向改變,壓力降低,溫度降低,推動工作葉輪高速旋轉,向外輸出功,使絕對速度減小。將熱能轉變?yōu)楣??？倝海倻囟枷陆?。渦輪葉片渦輪的工作葉片由葉身和榫頭兩部分組成。渦輪葉片的葉身分為帶冠和不帶冠兩種。帶冠渦輪葉片可以減小葉片尖部由葉盆向葉背的漏氣,降低二次損失,提高渦輪的效率;相鄰葉片的葉冠抵緊后可以減小葉片的扭曲變形和彎曲變形,增強葉片的剛度,提高葉片的振動頻率;當葉片產生振動時,相鄰葉冠間產生摩擦,可以吸收振動能量,起到的減振作用;帶冠渦輪葉片可以采用對氣動有利的薄葉型。且有利于葉片與機匣之間的間隙的控制,減少軸向漏氣,更有效地提高渦輪效率。樅樹型榫頭：優(yōu)點:重量輕:由于葉片榫頭呈楔形,所以材料利用合理,接近等強度,因而這種榫頭的重量輕。強度大,能承受大的載荷;在高溫下工作對應力集中不敏感:

這種榫頭有間隙地插入榫槽內,允許受熱后自由膨脹,因而,減小了葉片和輪緣聯(lián)接處的應力,同時可以利用榫頭的裝配間隙,通入冷卻空氣,對榫頭和輪緣進行冷卻。裝拆及更換葉片方便。缺點:加功精度要求高。容易出現(xiàn)裂紋。渦輪葉片的冷卻提高渦輪前燃氣溫度是提高燃氣渦輪發(fā)動機性能的有效措施。然而提高渦輪前燃氣溫度受到渦輪部件結構強度的限制,為了解決這個問題,必需對渦輪葉片采取冷卻。渦輪葉片的冷卻一般只有第一級渦輪葉片或第一、第二級渦輪葉片需要冷卻。渦輪葉片的冷卻冷卻渦輪葉片的冷空氣是從壓氣機出口處通過管道引來,冷卻后的空氣隨燃氣一起流過渦輪。因此,需要進行冷卻的葉片是空心的。在這里冷卻的方法有:導熱,沖擊,對流換熱,氣膜冷卻等。20對流冷卻21噴射式冷卻(或稱沖擊式冷卻)。渦輪間隙渦輪機匣與工作葉片葉尖之間的距離叫渦輪徑向間隙。渦輪間隙對渦輪效率有很大的影響,據(jù)估算,渦輪間隙若增加1毫米,渦輪效率下降2.5％,這將使發(fā)動機耗油率增加2.5％,所以為了減少損失,提高效率,應盡可能減小徑向間隙。為了減少損失、提高效率、應盡可能減小徑向間隙?？刂茰u輪間隙的方法是控制渦輪機匣的膨脹量，使渦輪間隙保持為最佳值。渦輪間隙渦輪間隙是隨所用材料和發(fā)動機的工作狀態(tài)及飛行條件的不同而變化的。渦輪間隙變化無冷卻式機匣裝配間隙為2mm起動間隙為7mm高轉速間隙5mm停車時為0mm冷卻機匣裝配間隙為2mm起動間隙為3.2mm高轉速間隙1.2mm停車時為0mm冷卻式機匣可采用兩種方式:外部冷卻式和內部冷卻式。又叫被動冷卻式和主動冷卻式。外部冷卻式機匣：利用飛行中外界大氣的速度頭通過進口流入空氣收集器內,并經過內壁上沿周向均勻分布的許多孔去冷卻渦輪外環(huán),然后再冷卻尾噴管并排入大氣。這種冷卻方法構造簡單,加工方便,重量較輕,但冷卻效果較差。渦輪間隙控制

渦輪間隙控制—內部冷卻式機匣,靠從壓空機出口引入空氣到渦輪機匣外套內，控制機匣的膨脹量。

主動間隙控制根據(jù)發(fā)動機的工作狀態(tài)，人為控制機匣的膨脹量，以保證渦輪徑向間隙最小。通常是在渦輪機匣外面加上數(shù)圈冷氣管。按預定調節(jié)規(guī)律改變冷卻空氣的供應量和溫度。例如：CFM56-3發(fā)動機它的高壓渦輪機匣外面罩一個集氣環(huán)形成集氣室。在不同的工作狀態(tài)下，引入不同溫度的冷卻空氣。在慢車和起飛時,引高壓9級后的空氣；爬高時引高壓9級和5級的混合后的空氣；巡航時,引高壓5級的空氣。采用主動控制間隙增加了冷卻空氣的消耗量,造成發(fā)動機推力下降,同時還會使發(fā)動機的結構復雜,重量增加?；壦俣热切螠u輪的輪緣功：在亞音速壓氣機中,壓氣機功約在40kj/kg以內,而渦輪的輪緣功則在200－300kj/kg之間。由于渦輪通道是收斂的,燃氣在其中是加速降壓,存在負壓力梯度,所以附面層中的氣體微團就不容易分離,氣流的轉折角可以較大,也就是說渦輪葉片比壓氣機葉片彎曲的程度要大,燃氣膨脹的程度大,輸出的輪緣功就大。其次是渦輪燃氣的溫度高。目前流量大的一級渦輪可以輸出一兩萬千瓦的功率,這些功率被壓氣機吸收,可以帶動5－7級或更多級壓氣機,因此,在同一臺發(fā)動機中,渦輪的級數(shù)要比軸流式壓氣機的級數(shù)少得多。渦輪葉片的特點(1).渦輪葉片比壓氣機葉片要厚。其原因有兩個:一個是渦輪葉片受熱嚴重,金屬材料的強度隨著溫度的升高而降低,為了保證葉片的強度,所以渦輪葉片較厚。另一個原因是渦輪葉片需要冷卻,所以渦輪葉片是空心的,以便通冷卻空氣。(2).渦輪葉片比壓氣機葉片彎曲的程度要大。渦輪主要參數(shù)—渦輪落壓比渦輪落壓比是渦輪進口處的總壓與渦輪出口處的總壓之比,即渦輪落壓比隨轉速的變化規(guī)律1.當渦輪導向器最小截面處處于臨界或超臨界狀態(tài)時，渦輪的落壓比為常數(shù)；2.當渦輪導向器最小截面處處于臨界或超臨界狀態(tài),而噴管處于亞臨界狀態(tài)時,隨著轉速下降,渦輪的落壓比下降;這時渦輪落壓比的變化是由最后一級渦輪落壓比的變化造成的,而其它各級渦輪的落壓比不隨轉速而變化。3.當渦輪和噴管均處于亞臨界狀態(tài)時,隨著轉速減小,渦輪的落壓比減小。各級落壓比都減小,而且越靠后的級落壓比減小得越多。渦輪主要參數(shù)—絕熱渦輪功1kg燃氣通過絕熱的過程從膨脹到所輸出的功稱為絕熱渦輪功。

流動損失:包括“葉型損失”和“二次損失”。葉型損失有:附面層內的摩擦損失；尾跡損失；尾跡和主流的摻混損失；附面層中的分離損失；波阻損失。二次損失有:發(fā)生在葉尖和機匣內壁間徑向間隙處的漏氣損失;發(fā)生在葉尖處由葉盆向葉背流動的潛流損失等。渦輪常見故障

渦輪常見故障：渦輪常見故障是裂紋，其原因是熱應力。整臺發(fā)動機受熱最嚴重的部件是第一級渦輪導向器。渦輪葉片出現(xiàn)裂紋具有下述特征：裂紋常出現(xiàn)在或橫穿過葉片的前緣與后緣，而且裂紋的方向與葉片的長度相“垂直”。在維護過程中使用強光源和放大鏡對渦輪葉片進行仔細地檢查經常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量St