航空发动机结构与系统课件 24涡轮

《航空发动机结构与系统》项目2：发动机的主要机件单元2.4：涡轮主讲教师：1.1涡轮的功用将燃气的热能转换成旋转的机械能，带动压气机和附件转动。在涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机中，涡轮还为螺旋桨和旋翼提供功率。《发动机构造与系统》任务1涡轮的概述《发动机构造与系统》涡轮涡轮转子涡轮静子1.2涡轮的组成转子组件静子组件轴轮盘叶片叶片机匣涡轮1.3涡轮的分类《发动机构造与系统》根据气流在涡轮内流动方向、作用方式、级数的多少、转子数目的多少，涡轮有四种分类方式1、轴流式涡轮、径向式涡轮2、冲击式、反力式、冲击反力式3、单级涡轮、多级涡轮4、单转子涡轮、双转子涡轮、三转子涡轮1.4涡轮的分类《发动机构造与系统》轴流式涡轮径向式涡轮涡轮按照气体流动方向轴流式涡轮径向式涡轮《发动机构造与系统》冲击式涡轮涡轮按照作用方式反力式涡轮冲击式式涡轮反力式涡轮1.4涡轮的分类《发动机构造与系统》按照级数的多少单级涡轮多级涡轮涡轮单级涡轮多级涡轮1.4涡轮的分类按照级数的多少单转子涡轮多转子涡轮涡轮双转子涡轮单转子涡轮双转子涡轮多转子涡轮1.4涡轮的分类1.5.涡轮的工作原理气体在收敛形的静子叶片（导向器）内流动时，速度增加，同时方向改变，温度、压力下降。气体以非常大的速度冲击涡轮，速度减小，将气体的动能转化为转子叶片（共作叶轮）的动能（此处需添加一个动画或者视频）请观察，找出涡轮转子由什么组成？任务2涡轮转子组件1.涡轮叶片2.1涡轮转子组件组成2.涡轮盘3.涡轮轴涡轮叶片叶身中间叶根榫头2.1.1涡轮叶片请观察，叶片有什么特点？高压涡轮转子与叶片（1）叶身特点2.1.1涡轮叶片涡轮叶片涡轮叶片与导向器叶片都是扭曲的：不同半径处的做功量相等；保证出口气流速度均匀。（1）叶身特点2.1.1涡轮叶片叶片厚且横截面弯曲大；截面沿高度变化大；叶栅通道为收敛形；叶片作功量大；通道形式多为等内径或等中径；涡轮叶片是扭曲的。（1）叶身特点2.1.1涡轮叶片（2）中间叶根（伸根）2.1.1涡轮叶片涡轮叶片叶身中间叶根榫头（2）中间叶根（伸根）2.1.1涡轮叶片涡轮叶片叶身中间叶根榫头降低叶片对盘的传热冷却空气导入减小应力集中伸根处可安装阻尼材料（2）中间叶根（伸根）2.1.1涡轮叶片涡轮叶片（3）

榫头2.1.1涡轮叶片工作条件轮缘温度为500——650℃；离心力大自由膨胀,减少热应力、热传导性好、强度好要求结构特点多齿承载、倒锥型、间隙装入（3）

榫头2.1.1涡轮叶片涡轮部件对材料的要求：高温下高的持久强度;蠕变强度，疲劳强度;热稳定性，好的物理性质和工艺性。（4）涡轮工作叶片材料2.1.1涡轮叶片材料工艺的选择演变：A)锻造(60年代)

B)精铸(70年代)C)定向结晶(80年代)D)单向结晶(80年代)（4）涡轮工作叶片材料2.1.1涡轮叶片1.涡轮叶片

涡轮转子组件2.涡轮盘3.涡轮轴高压涡轮盘外缘榫槽2.2涡轮盘涡轮叶片

高压压气机第四级冷却气体榫槽

压气机出口气体安装边支板

边缘

毂

前安装边

后轴

涡轮盘

旋转级间封严件

叶片保持器

涡轮转子组件低压压气机气体2.2.1涡轮盘的功用涡轮盘的作用？与其它部件的关系？2.2.1涡轮盘的功用涡轮盘的作用？与其它部件的关系？涡轮盘的功用是：（待补充）以第1级为例第1级低压涡轮叶片//榫槽

榫槽第一级低压涡轮叶盘采用镍合金制造轮盘外缘有安装叶片的榫槽。2.2.2涡轮盘材料及结构特点CFM56-3发动机高压涡轮转子前轴后轴2.3涡轮轴涡轮转子组件涡轮轴高压涡轮后轴高压涡轮盘高压涡叶片前旋转空气封严件后旋转空气封严件2.3涡轮轴涡轮轴高速转动，带动压气机和附件转动任务3涡轮静子组件静子组件叶片机匣静子组件也称为导向器，其主要作用是用来对经过涡轮转子后的气体起导向作用3.1涡轮机匣涡轮机匣通常是圆柱形或者圆锥形的薄壁壳体，其用来固定导向器叶片，还借助前后安装边分别与燃烧室和喷管连接，用于传递相邻部件的负荷。因此机匣是发动机承力系统的重要构件。3.2叶片导向器叶片由外环、内环和导向器叶片组成，导向叶片在涡轮最前端，所以工作温度最高，工作条件最恶劣。导向叶片是空心的，里面是冷空气通道，叶身有许多冷却气孔，用来对叶片进行气膜冷却4.1冷却的目的提高涡轮前温度温度场均匀减小热应力增加使用寿命减小涡轮间隙，提高涡轮效率任务4涡轮的冷却4.2冷却方法对流冷却——将冷却空气引入叶片内部，通过对流冷却；气膜冷却——气流由叶片表面小孔排出，在叶片表面产生一层冷却气膜；冲击冷却——几股冷空气射流正对着被冷却表面，强化局部换热；4.2.1冷却方式——对流冷却两种形式进气口，三种通气孔《发动机构造与系统》

冷却空气从叶片底部和顶部的孔进入，流经叶片内部通路，最后从叶片后缘流出同燃气流汇合。《发动机构造与系统》4.2.2冷却方式——气膜冷却冷却空气经在涡轮叶型上钻的小孔流人热燃气，在涡轮叶片和导向器的外壁形成薄的气膜，该冷却气膜阻止热燃气同涡轮材料直接接触。

涡轮叶片的冷却《发动机构造与系统》4.2.3冷却方式——对流冷却冷却空气首先流进嵌入叶型空心的管，管上有许多小孔作为喷嘴，冷却空气通过这些喷嘴冲击叶型内壁。

涡轮的性能参数是指能够代表涡轮性能好坏的一些指标，包括：涡轮落压比涡轮功涡轮效率涡轮功率任务5涡轮的性能参数涡轮进口总压与出口总压的比值。5.1落压比其大小反映了燃气在涡轮内的膨胀程度！012345341kg燃气在涡轮中理想绝热膨胀时所做的功为理想绝热膨胀功，用符号来表示。5.2涡轮功①理想绝热膨胀功②涡轮实际功

lkg燃气在涡轮中膨胀时，涡轮轴上实际输出的功称涡轮功，用符号