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第二节涡轮工作原理,一、功能、工作环境、设计要求及组成功能将燃气的内能转换为机械能并对外输出功率，带动压气机(风扇)、螺旋桨、旋翼(尾桨)等。工作环境高温:热负荷(1600-1950K)高速转动:离心负荷高气动负荷:气动力、气动力矩轴负荷：传递巨大的扭矩设计要求提供所需功率、效率高、耐高温、高强度、重量轻耐高温的高强度材料冷却,组成,静子（导向器）静子叶片内、外环转子工作叶片盘轴排列方式静子在前转子在后,基元级平面叶栅,二、作功原理,高温高压气体在导向器中膨胀加速热焓动能叶轮高速转动发出功率的原因：高速气流冲击工作叶轮流经工作叶轮气流产生的反作用力,1、气流在基元级中的流动,截面0静叶进口1静叶出口（动叶进口）2动叶出口,(1)气流在静子叶栅中的流动,气体作绝能流动伯努利方程V1V0dp0对于亚音气流，要加速必须经过收敛形叶栅通道。叶栅向背离轴向弯曲形成收敛通道。在静子叶片中的工作原理：膨胀加速并转向,气流在静叶中的流动,叶型偏离轴线弯曲形成收敛通道在叶栅通道出口处为最小截面，称为喉道截面；在喉道截面处，气流通常达到当地音速，又称为临界截面；在临界截面后气流进一步加速，以超音速进入工作轮；静子叶片起导向作用又称为导向器。,(2)气流在动叶叶栅中的流动,基元级速度三角形进口：气流以V1流向动叶由于叶片转动切线速度U1气流以相对速度W1进入动叶出口：气流以相对速度W2流出动叶由于叶片转动切线速度U2气流以绝对速度V2流出动叶,速度三角形,将进、出口速度三角形叠画在一起W和V均向背离转动方向发生偏转相对速度增加W2W1绝对速度降低V2V1,伯努利方程绝对坐标系气体膨胀功、动能增量输出轮缘功并耗损摩擦功相对坐标系dp0W2W1叶型弯曲形成收敛通道相对速度增加，压力降低两式相减，得：涡轮对外输出轮缘功绝对动能机械能相对动能膨胀加速产生反作用力,提高每一级涡轮的膨胀作功能力，要提高轮缘功Wu轮缘功Wu动量矩原理推导出U切线速度WU扭速增加输出功率：U、扭速。由于气流在涡轮中作膨胀加速流动,气流不易分离因此允许气流的转角较大产生大的扭速。,扭速WU,涡轮,一级涡轮输出功率可以带动多级压气机,压气机,2、涡轮级,涡轮级沿叶高由基元级叠加而成；因沿叶高的切线速度大小不同，相对速度大小和方向均不同，速度三角形不同；沿叶高叶片是扭转的。,3、全台涡轮,沿发动机轴向为扩张形气流通道,流向,三、热力过程及主要参数,1、热力过程理想情况：绝热等熵膨胀实际情况：多变膨胀,h,S,3,4i,4,P3*,P4*,理想膨胀功,实际膨胀功,膨胀比：流量：转速：多变膨胀功：绝热效率：,涡轮的主要参数,涡轮效率（0.880.92)：叶型流动损失（分离、摩擦）端面损失（潜流、径向间隙漏气）冷却气流掺入带冠、主动间隙控制涡轮膨胀功与进口气流总温、膨胀比、绝热效率成正比。,三、涡轮特性,当涡轮膨胀比增加到一定时，涡轮进口流量相似参数保持常数称流量相似参数保持常数的状态为：临界或超临界状态涡轮效率随膨胀比变化较平缓。,小节,涡轮作功原理叶片排列方式速度三角形级作功能力及其影响因素主要参数（膨胀比、效率、膨胀功等）涡轮通用特性当涡轮膨胀比增加到一定时，涡轮进口流量相似参数保持常数，处于临界或超临界状态涡轮效率随膨胀比变化较平缓高热负荷、高气动和离心负荷下可靠工作,
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