燃气涡轮发动机-第6章 涡轮.ppt

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1、第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮主要内容主要内容6.1、概述、概述6.2、涡轮的基本结构、涡轮的基本结构6.3、涡轮部件的冷却、涡轮部件的冷却6.4、典型典型故障故障第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.1 概述概述定定义义 将将将将热热热热燃燃燃燃气气气气的的的的能能能能量量量量转转转转换换换换成成成成机机机机械械械械能能能能为为为为驱驱驱驱动动动动压压压压气气气气机机机机和和和和附附附附件件件件提提提提供供供供功功功功率率率率；在在在在涡涡涡涡扇扇扇扇发发发发动动动动机机机机中中中中还还还还用用用用来来来来驱驱驱驱动动动动风风风风扇扇扇扇；在在在在涡涡涡涡

2、轮轮轮轮螺螺螺螺旋旋旋旋桨桨桨桨和和和和涡涡涡涡轮轮轮轮轴轴轴轴发发发发动动动动机机机机中中中中它它它它还还还还为为为为螺螺螺螺旋旋旋旋桨桨桨桨和和和和旋旋旋旋翼翼翼翼提提提提供供供供轴轴轴轴功率。功率。功率。功率。从从从从燃燃燃燃烧烧烧烧室室室室出出出出来来来来的的的的燃燃燃燃气气气气中中中中吸吸吸吸收收收收能能能能量量量量，并并并并将将将将其其其其膨膨膨膨胀胀胀胀到到到到较较较较低低低低的压力和温度，产生扭矩。的压力和温度，产生扭矩。的压力和温度，产生扭矩。的压力和温度，产生扭矩。第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.1 概述概述定定义义 按按按按燃燃燃燃气气气气流流流流动

3、动动动的的的的方方方方向向向向：轴轴轴轴流流流流式式式式和和和和径径径径向向向向式式式式，除除除除了了了了少少少少数数数数小小小小功功功功率率率率的的的的涡涡涡涡轮轮轮轮外外外外，现现现现代代代代航航航航空空空空燃燃燃燃气气气气涡涡涡涡轮轮轮轮发发发发动动动动机机机机的的的的涡涡涡涡轮几乎都采用轴流式。轮几乎都采用轴流式。轮几乎都采用轴流式。轮几乎都采用轴流式。6.1 概述概述分分类类径向涡轮和轴流式涡轮径向涡轮和轴流式涡轮径向涡轮和轴流式涡轮径向涡轮和轴流式涡轮单级功率大，可靠性高，适用单级功率大，可靠性高，适用于功率较小的动力装置。于功率较小的动力装置。尺寸小，流量大，效率高，尺寸小，流量

4、大，效率高，适用于大功率装置。适用于大功率装置。第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.1 概述概述 按转子数目可分为：单转子、双转子和三转子。按转子数目可分为：单转子、双转子和三转子。按转子数目可分为：单转子、双转子和三转子。按转子数目可分为：单转子、双转子和三转子。分分类类第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.1 概述概述 轴轴轴轴流流流流式式式式涡涡涡涡轮轮轮轮按按按按涡涡涡涡轮轮轮轮叶叶叶叶片片片片形形形形式式式式：冲冲冲冲击击击击式式式式、反反反反力力力力式式式式和和和和冲击反力式。冲击反力式。冲击反力式。冲击反力式。分分类类第第6章章 燃气涡轮发动机燃

5、气涡轮发动机-涡轮涡轮6.1 概述概述 轴轴轴轴流流流流式式式式涡涡涡涡轮轮轮轮按按按按涡涡涡涡轮轮轮轮叶叶叶叶片片片片形形形形式式式式：冲冲冲冲击击击击式式式式、反反反反力力力力式式式式和和和和冲击反力式。冲击反力式。冲击反力式。冲击反力式。分分类类第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.1 概述概述燃燃气气涡涡轮轮的的特特点点功率大功率大功率大功率大燃气温度高燃气温度高燃气温度高燃气温度高转速高转速高转速高转速高要求效率高要求效率高要求效率高要求效率高质量轻、尺寸小质量轻、尺寸小质量轻、尺寸小质量轻、尺寸小现代大功率航空燃气涡

6、轮发动机中，单现代大功率航空燃气涡轮发动机中，单现代大功率航空燃气涡轮发动机中，单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级涡轮输出功率可高达级涡轮输出功率可高达级涡轮输出功率可高达41790KW,41790KW,41790KW,41790KW,一片涡一片涡一片涡一片涡轮叶片可发出约轮叶片可发出约轮叶片可发出约轮叶片可发出约597kW597kW597kW597kW的功率。的功率。的功率。的功率。涡轮前平均滞止温度高达涡轮前平均滞止温度高达涡轮前平均滞止温度高达涡轮前平均滞止温度高达1800k1800k1800k1800k 2100k2100k2100k2100k，远远超过普通钢，

7、远远超过普通钢，远远超过普通钢，远远超过普通钢的熔点的熔点的熔点的熔点1490k1490k1490k1490k。平均直径处叶片的圆周速度为平均直径处叶片的圆周速度为平均直径处叶片的圆周速度为平均直径处叶片的圆周速度为500m/s500m/s500m/s500m/s 对对对对每每每每一一一一级级级级压压压压气气气气机机机机和和和和涡涡涡涡轮轮轮轮来来来来说说说说，压压压压气气气气机机机机是是是是旋旋旋旋转转转转的的的的工工工工作作作作叶叶叶叶片片片片在在在在前前前前，静静静静子子子子叶叶叶叶片片片片在在在在后后后后；涡涡涡涡轮轮轮轮则则则则相相相相反反反反，静静静静子子子子叶片在前，工作叶片在后

8、。叶片在前，工作叶片在后。叶片在前，工作叶片在后。叶片在前，工作叶片在后。6.1 概述概述涡涡轮轮与与压压气气机机的的区区别别轴流式双级涡轮示意图轴流式双级涡轮示意图轴流式双级涡轮示意图轴流式双级涡轮示意图 压压压压气气气气机机机机叶叶叶叶片片片片间间间间的的的的通通通通道道道道是是是是扩扩扩扩张张张张通通通通道道道道，气气气气流流流流在在在在其其其其间间间间的的的的流流流流动动动动是是是是压压压压缩缩缩缩过过过过程程程程。涡涡涡涡轮轮轮轮则则则则相相相相反反反反，叶叶叶叶片片片片间间间间的的的的通通通通道道道道是是是是收敛通道，气流在其间的流动是膨胀过程。收敛通道，气流在其间的流动是膨胀过程

9、。收敛通道，气流在其间的流动是膨胀过程。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。压气机是外界对其作功，涡轮是对外作功。压气机是外界对其作功，涡轮是对外作功。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。压气机级数多，涡轮级数少。压气机级数多，涡轮级数少。压气机级数多，涡轮级数少。第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.1 概述概述 涡轮的导向器和叶轮通道。涡轮的导向器和叶轮通道。涡轮的导向器和叶轮通道。涡轮的导向器和叶轮通道。涡涡轮轮的的工工作作第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.1 概述概述导向器和叶轮通道

10、内的燃气参数变化。导向器和叶轮通道内的燃气参数变化。导向器和叶轮通道内的燃气参数变化。导向器和叶轮通道内的燃气参数变化。涡涡轮轮的的工工作作第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.2 涡轮的基本结构涡轮的基本结构 导向器、叶轮和连接件。导向器、叶轮和连接件。导向器、叶轮和连接件。导向器、叶轮和连接件。基基本本组组成成第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.2 涡轮的基本结构涡轮的基本结构涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。组组成成CFM54CFM54CFM54

11、CFM54发动机高压转子发动机高压转子发动机高压转子发动机高压转子第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.2 涡轮的基本结构涡轮的基本结构涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。组组成成第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.2 涡轮的基本结构涡轮的基本结构涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。组组成成第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.2

12、涡轮的基本结构涡轮的基本结构涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。组组成成第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.2 涡轮的基本结构涡轮的基本结构涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。涡轮盘、涡轮轴、转子叶片及连接零件。组组成成第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮F134F134F134F134发动机涡轮导向器叶片发动机涡轮导向器叶片发动机涡轮导向器叶片发动机涡轮导向器叶片6.2 涡轮的基本结

13、构涡轮的基本结构涡涡轮轮导导向向器器带气膜和对流冷却的涡轮导向器叶片带气膜和对流冷却的涡轮导向器叶片带气膜和对流冷却的涡轮导向器叶片带气膜和对流冷却的涡轮导向器叶片 第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.2 涡轮的基本结构涡轮的基本结构涡涡轮轮导导向向器器第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.3 涡轮部件的冷却涡轮部件的冷却冷冷却却系系统统 涡轮叶片冷却的不同方式：涡轮叶片冷却的不同方式：涡轮叶片冷却的不同方式：涡轮叶片冷却的不同方式：对流冷却对流冷却冲击冷却冲击冷却气膜冷却气膜冷却发散冷却发散冷却冷却空气从叶片内若干专门的冷却空气从叶片内若干专门的通道流过，与

14、壁面产生热交换，通道流过，与壁面产生热交换，将热量带走将热量带走使一股或多股冷却空气射流正使一股或多股冷却空气射流正对着被冷却的表面。对着被冷却的表面。冷却空气进入叶片内腔，通过冷却空气进入叶片内腔，通过叶片壁面上大量小孔流出，在叶片壁面上大量小孔流出，在叶片表面形成一层气膜。叶片表面形成一层气膜。冷却空气从叶片内腔通过叶片冷却空气从叶片内腔通过叶片壁面上无数微孔渗出，像出汗壁面上无数微孔渗出，像出汗一样，在叶片表面形成气膜。一样，在叶片表面形成气膜。第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.3 涡轮部件的冷却涡轮部件的冷却对对流流冷冷却却冷却通道形状：圆形、扁圆形和其他形状冷却通

15、道形状：圆形、扁圆形和其他形状叶身精铸处叶身精铸处9个个径向小圆孔径向小圆孔冷却空气由中冷却空气由中间叶跟两侧小间叶跟两侧小孔流入叶身孔流入叶身叶跟温度减低叶跟温度减低140左右左右第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.3 涡轮部件的冷却涡轮部件的冷却冲冲击击冷冷却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，导流叶片开有小孔和缝隙，对准叶片内表面特别需要冷对准叶片内表面特别需要冷却的部位，加强冷却效果却的部位，加强冷却效果冷却空气从圆管两端进入，冷却空气从圆管两端进入，由圆管前缘小孔排出，冷却由圆

16、管前缘小孔排出，冷却叶片前缘。叶片前缘。第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.3 涡轮部件的冷却涡轮部件的冷却气气膜膜冷冷却却导向器导向器导向器导向器冷冷却却空空气气由由叶叶片片端端部部进进入入叶叶片片内内腔腔，通通过过叶叶片片壁壁面面上上的的大大量量小小孔孔流流出出，在在叶叶片片表表面面形形成成一一层层气气膜膜，将将叶叶片片表表面面与与炽炽热热的的燃燃气气隔隔开开；兼兼有有隔隔热热和和散散热的双重作用。热的双重作用。散散热热效效果果比比对对流流冷冷却却好好，一一 般般 可可 达达400400。第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.3 涡轮部件的冷却涡轮部件的冷

17、却发发散散冷冷却却优优点点：冷冷却却效效果果好好,500800摄氏摄氏;缺缺点点：多多空空材材料料容容易易堵堵塞塞，叶叶片片温温度度会会升升高高，并并进进一一步步加加速速氧氧化和限制气流透过。化和限制气流透过。第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.3 涡轮部件的冷却涡轮部件的冷却混混合合冷冷却却采用对流、冲击和气膜三中冷却方式采用对流、冲击和气膜三中冷却方式第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮6.4 涡轮的主要故障涡轮的主要故障第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮 启动停车引起的热冲击和热疲劳现象往往成为导向启动停车引起的热冲击和热疲劳现象往往成为导向叶片的主要故障之一。叶片的主要故障之一。6.4 涡轮的主要故障涡轮的主要故障第第6章章 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机-涡轮涡轮