资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 燃气涡轮,概述,（功能、分类、基本结构等）,；,轴流式燃气涡轮的工作原理；,轮周功、轮周效率、速度比；,多级涡轮；,涡轮特性；,燃气涡轮的冷却。,3-1,轴流式燃气涡轮的工作原理,一、涡轮级的概念,一列静叶栅（或称喷嘴环）和其后面的一列动叶栅共同构成的轴流式涡轮的一个级。,单级涡轮：整台涡轮只有一个,“,级,”,多级涡轮：整台涡轮包含有几个,“,级,”,一般,轴流式燃气涡轮,采用多级。,三个特征截面：,0-0,喷嘴进口；,1-1,喷嘴出口；,2-2,工作叶轮的出口。,二、工作原理,涡轮中的能量转换过程主要是,在动叶栅中,气流的转向,来实现的。,涡轮级中燃气参数的变化,喷嘴 叶轮,1,、冲动式涡轮,燃气只在喷嘴中膨胀加速，进入动叶栅中不再膨胀；,依靠高速气流产生对动叶的冲击力来使叶轮旋转作功。,工作叶片进出口气流的压力和相对速度几乎不变，即,P,1,p,2,，,w,1,w,2,工作动叶片的通道一般是等截面的。,2,、反动式涡轮,除了在喷嘴中膨胀加速外，燃气进入动叶栅中继续膨胀而加速；,加速气流在流出动叶栅时，会对动叶产生反推力，同样会使叶轮旋转而获得机械功。,这样叶轮旋转作功，,既依靠高速气流的冲击力，又靠加速气流的反动力。,P,2,w,1,工作动叶片的通道一般是收敛的,.,3,、反动度,T,在反动式涡轮中，静叶栅（喷嘴）内的燃气只是部分地膨胀到某一中间压力，其余地继续,在动叶栅中膨胀,。,定义,：,燃气在动叶栅中的理论焓降与在整个涡轮级内的理论焓降之比，又称为热力学反动度,T,=,H,2s,/,H,s,一般,T,=0.30.5,T,=0,时，冲动式涡轮；,T,=0.5,时，能量损失最小。,4,、叶片叶型,涡轮级中能量转换大，即气流速度高且转折大，,相对于压气机叶型，,涡轮叶片厚实且弯曲角大,。,冲动级的动叶片更为厚实、弯曲角更大。,三、基元级及其速度三角形,气体在涡轮级中的流动是,十分复杂的三元流动,，气流参数沿着半径方向、圆周方向都是不均匀的，而且沿轴向是变化的。,采用基元级的分析方法，流动简化为一元轴向分析,。,1,、基元级定义,将,平均直径处的环形叶栅,展开成平面叶栅，由喷嘴和动叶的平面叶栅组成的级，,称为基元级,。,（注意：与压气机级中的基元级定义不同！）,涡轮基元级的选取,喷嘴 叶轮,D,m,1,1,2,2,静叶,动叶,u,注意,:,(1),静叶在前,动叶在后,;,(2),叶片间通道截面渐缩,;,(3),叶片运动方向由叶腹,叶背,;,(4),叶片厚实且弯曲角大。,2,、基元级的速度三角形,如果工作叶轮以圆周速度,u,旋转的话，那么气流的绝对速度,c,就是其相对速度,w,和圆周速度的矢量和，,即,c=w+u,喷嘴,0-1,燃气流过喷嘴后，压力降低、温度下降，流速,c,增加；,喷嘴相当于一个静止喷管（减压增速），流道截面逐渐收敛。,静叶,动叶,u,动叶进口处,1-1,气流以速度,c,1,和气流角,1,自喷嘴流出；,动叶栅以,u,1,旋转；,那么气流以相对速度,w,1,与,进气角,1,进入动叶栅。,w,1,=c,1,u,1,u,静叶,动叶,一般,1,=1420,动叶出口处,2-2,动叶栅通道收敛，气流流过膨胀加速，则,压力降低、相对速度,w,2,增加,；且气流方向改变、转折较大，出气角,2,1,；,那么气流以绝对速度,c,2,流出动叶栅，,与叶栅额线的夹角为,2,。,c,2,=,w,2,+u,2,u,静叶,动叶,一般,1,=1420,基元级的速度三角形,把进出口的速度三角形画在一起。,注意：,一般,c,2x,c,1x,(c,2x,c,1x,),；,气流转折角,很大,（,90,）,，,进出口速度三角形是分开的,；,一般圆周速度,u,1,u,2,。,(,轴流级,u,1,u,2,),反动式,涡轮基元级的速度,2,1,2,1,w,1,w,2,c,1,c,2,u,1,u,2,叶栅额线,T,0,c,1u,c,2u,c,2u,很小（,接近轴向出气,），而预旋,c,1u,却很大,则,c,1u,和,u,一起决定,L,的数值,（,L=u,c,u,）,。,90,c,2x,c,1x,压气机级,基元级的速度,2,1,2,1,w,1,w,2,c,x,c,1,c,2,u,u,叶栅额线,轴向分速度,c,x,气流转折角,c,2u,c,1u,预旋,c,1u,很小，而,c,2u,较大,则,c,2u,和,u,一起决定,L,的,数值。,T,=0.5,基元级的速度三角形,2,1,2,1,w,1,w,2,c,1,c,2,u,u,假设：,c,2x,=,c,1x,u,1,=,u,2,=u,c,1,=,w,2,1,=,2,w,1,=,c,2,1,=,2,进出口速度,关于轴对称,大小相等方向相反,T,=0,冲动式,基元级的速度三角形,2,1,2,1,w,1,w,2,c,1,c,2,u,u,假设：,c,2x,=,c,1x,u,1,=,u,2,=u,w,1,=,w,2,1,=,2,相对速度,w,1,、,w,2,关于轴对称,大小相等方向相反,气流速度的变化是反映能量转换的重要表达式。,通过,基元级内的能量转换情况,来确定气流速度。,四、涡轮基元级中各速度的确定,1,、喷嘴出口（,c,1s,与,c,1,）,喷嘴中（,0-1s,），气体流动为稳定流动。,绝热膨胀,：,q=0,；喷嘴静止不动：,L=0,气体总焓不变；则气体动能增加时，其静焓降低，即静压能转换为动能。,理想情况：,理想情况：,喷嘴中的理论焓降,喷嘴中的膨胀比,实际流动（,0-1,）：,有摩阻及其他阻力存在；,燃气的绝热指数和比热容均不是常数。,c,1,i,1s,两种表示,:,(1),用,速度系数,表示：,(2),用,多变膨胀过程,(n 0,时，,w,2,w,1,对于理想情况,1-2s,，在相对坐标系中：,气体继续膨胀，静焓降低、相对动能增加，,即静压能转换为动能。,实际流速：,w,2,w,2s,涡轮级的理想焓降,动叶中的理想焓降,冲动式,T,=0,w,2,=,w,1,若不考虑损失，,=1,，,w,2,=,w,1,动叶出口的,绝对速度,c,2,由速度三角形求得,c,2,余速：,若被下级利用，则为下一级进口速度；,若不被利用，则为余速损失。,c,2,=w,2,+u,2,五、通过喷嘴的流量 及通流面积的确定,若参数,p,0,*,、,T,0,*,及背压,p,1,给定：,已知喷嘴出口截面面积,A,时，可求出流量,G,T,；,或者，已知设计流量，要求确定出口截面积。,理想情况下：,理想情况下：,临界压比,临界截面上的参数只与气体性质有关，用来计算,G,T,更方便。,无因次流量,（相对密度）,无因次速度,图,3-5(p,81,),实际流动,存在粘性摩擦阻力,气流在喉部截面后某一截面达到音速,，即最有效流通截面不在喉部。,则喉部的实际最大相对密流,q(,),1,，但相差很小，一般不超过,0.1%,。,故粘性影响很小。,3-2,轮周功、轮周效率、速度比 及多级涡轮,一、轮周功,Lu,1.,定义,气体在涡轮级的动叶中，把本身具有的能量经过转换后变成轴上的机械功。,即气体对动叶作的功。,意义,代表了整个涡轮级的能量转换过程。,规律,能量守恒关系（,稳定流动能量方程、伯努利方程,）,动量守恒关系（,欧拉方程,）,
展开阅读全文