燃气涡轮发动机-第6章涡轮.ppt

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,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