發(fā)動機(jī)部件渦輪課件

飛機(jī)發(fā)動機(jī)及控制—發(fā)動機(jī)部件發(fā)動機(jī)部件五大部件（component）進(jìn)氣道（inletduct）壓氣機(jī)（compressor）燃燒室（burner）渦輪（burbine）尾噴管（nozzle）渦輪導(dǎo)向葉片和轉(zhuǎn)子葉片渦輪的分類

沖擊式渦輪

推動渦輪旋轉(zhuǎn)的扭矩是由于氣流方向改變而產(chǎn)生的。沖擊式渦輪的工作葉片的特征是前緣和后緣較薄,而中間較厚。反力式渦輪

推動渦輪旋轉(zhuǎn)的扭矩是由于氣流速度的大小和方向的改變而產(chǎn)生的。反力式渦輪工作葉片的特征是前緣較厚,而后緣較薄。沖擊－反力式渦輪

推動渦輪旋轉(zhuǎn)的扭矩是由于氣流速度的大小和方向的改變而產(chǎn)生的。目前燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中多采用沖擊－反力式渦輪。

渦輪部件的特性溫度：溫度高、溫度不均、工況變化；轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速高-離心負(fù)荷大、平衡困難；功率：葉片平均功率大、級數(shù)少。技術(shù)要求高效率尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊足夠的高溫強(qiáng)度熱定心好，熱應(yīng)力小良好的冷卻系統(tǒng)適當(dāng)選擇材料渦輪的結(jié)構(gòu)渦輪的組成

靜子—由導(dǎo)向器組成；轉(zhuǎn)子—由工作葉輪組成；導(dǎo)向器（渦輪噴嘴環(huán)）：燃?xì)庠跍u輪噴嘴環(huán)內(nèi)氣流速度增加,壓力下降,并改變流動方向,來滿足工作葉輪進(jìn)口處對氣流方向的要求,將壓力位能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?總壓下降，總溫不變。工作葉輪：工作葉片間的通道是收斂形的,燃?xì)饬鬟^工作葉輪葉片通道時(shí),相對速度增大,方向改變,壓力降低,溫度降低,推動工作葉輪高速旋轉(zhuǎn),向外輸出功,使絕對速度減小。將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α？倝?，總溫都下降。渦輪葉片渦輪的工作葉片由葉身和榫頭兩部分組成。渦輪葉片的葉身分為帶冠和不帶冠兩種。帶冠渦輪葉片可以減小葉片尖部由葉盆向葉背的漏氣,降低二次損失,提高渦輪的效率;相鄰葉片的葉冠抵緊后可以減小葉片的扭曲變形和彎曲變形,增強(qiáng)葉片的剛度,提高葉片的振動頻率;當(dāng)葉片產(chǎn)生振動時(shí),相鄰葉冠間產(chǎn)生摩擦,可以吸收振動能量,起到的減振作用;帶冠渦輪葉片可以采用對氣動有利的薄葉型。且有利于葉片與機(jī)匣之間的間隙的控制,減少軸向漏氣,更有效地提高渦輪效率。樅樹型榫頭：優(yōu)點(diǎn):重量輕:由于葉片榫頭呈楔形,所以材料利用合理,接近等強(qiáng)度,因而這種榫頭的重量輕。強(qiáng)度大,能承受大的載荷;在高溫下工作對應(yīng)力集中不敏感:

這種榫頭有間隙地插入榫槽內(nèi),允許受熱后自由膨脹,因而,減小了葉片和輪緣聯(lián)接處的應(yīng)力,同時(shí)可以利用榫頭的裝配間隙,通入冷卻空氣,對榫頭和輪緣進(jìn)行冷卻。裝拆及更換葉片方便。缺點(diǎn):加功精度要求高。容易出現(xiàn)裂紋。渦輪葉片的冷卻提高渦輪前燃?xì)鉁囟仁翘岣呷細(xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)性能的有效措施。然而提高渦輪前燃?xì)鉁囟仁艿綔u輪部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制,為了解決這個(gè)問題,必需對渦輪葉片采取冷卻。渦輪葉片的冷卻一般只有第一級渦輪葉片或第一、第二級渦輪葉片需要冷卻。渦輪葉片的冷卻冷卻渦輪葉片的冷空氣是從壓氣機(jī)出口處通過管道引來,冷卻后的空氣隨燃?xì)庖黄鹆鬟^渦輪。因此,需要進(jìn)行冷卻的葉片是空心的。在這里冷卻的方法有:導(dǎo)熱,沖擊,對流換熱,氣膜冷卻等。20對流冷卻21噴射式冷卻(或稱沖擊式冷卻)。渦輪間隙渦輪機(jī)匣與工作葉片葉尖之間的距離叫渦輪徑向間隙。渦輪間隙對渦輪效率有很大的影響,據(jù)估算,渦輪間隙若增加1毫米,渦輪效率下降2.5％,這將使發(fā)動機(jī)耗油率增加2.5％,所以為了減少損失,提高效率,應(yīng)盡可能減小徑向間隙。為了減少損失、提高效率、應(yīng)盡可能減小徑向間隙。控制渦輪間隙的方法是控制渦輪機(jī)匣的膨脹量，使渦輪間隙保持為最佳值。渦輪間隙渦輪間隙是隨所用材料和發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)及飛行條件的不同而變化的。渦輪間隙變化無冷卻式機(jī)匣裝配間隙為2mm起動間隙為7mm高轉(zhuǎn)速間隙5mm停車時(shí)為0mm冷卻機(jī)匣裝配間隙為2mm起動間隙為3.2mm高轉(zhuǎn)速間隙1.2mm停車時(shí)為0mm冷卻式機(jī)匣可采用兩種方式:外部冷卻式和內(nèi)部冷卻式。又叫被動冷卻式和主動冷卻式。外部冷卻式機(jī)匣：利用飛行中外界大氣的速度頭通過進(jìn)口流入空氣收集器內(nèi),并經(jīng)過內(nèi)壁上沿周向均勻分布的許多孔去冷卻渦輪外環(huán),然后再冷卻尾噴管并排入大氣。這種冷卻方法構(gòu)造簡單,加工方便,重量較輕,但冷卻效果較差。渦輪間隙控制

渦輪間隙控制—內(nèi)部冷卻式機(jī)匣,靠從壓空機(jī)出口引入空氣到渦輪機(jī)匣外套內(nèi)，控制機(jī)匣的膨脹量。

主動間隙控制根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，人為控制機(jī)匣的膨脹量，以保證渦輪徑向間隙最小。通常是在渦輪機(jī)匣外面加上數(shù)圈冷氣管。按預(yù)定調(diào)節(jié)規(guī)律改變冷卻空氣的供應(yīng)量和溫度。例如：CFM56-3發(fā)動機(jī)它的高壓渦輪機(jī)匣外面罩一個(gè)集氣環(huán)形成集氣室。在不同的工作狀態(tài)下，引入不同溫度的冷卻空氣。在慢車和起飛時(shí),引高壓9級后的空氣；爬高時(shí)引高壓9級和5級的混合后的空氣；巡航時(shí),引高壓5級的空氣。采用主動控制間隙增加了冷卻空氣的消耗量,造成發(fā)動機(jī)推力下降,同時(shí)還會使發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,重量增加?；壦俣热切螠u輪的輪緣功：在亞音速壓氣機(jī)中,壓氣機(jī)功約在40kj/kg以內(nèi),而渦輪的輪緣功則在200－300kj/kg之間。由于渦輪通道是收斂的,燃?xì)庠谄渲惺羌铀俳祲?存在負(fù)壓力梯度,所以附面層中的氣體微團(tuán)就不容易分離,氣流的轉(zhuǎn)折角可以較大,也就是說渦輪葉片比壓氣機(jī)葉片彎曲的程度要大,燃?xì)馀蛎浀某潭却?輸出的輪緣功就大。其次是渦輪燃?xì)獾臏囟雀?。目前流量大的一級渦輪可以輸出一兩萬千瓦的功率,這些功率被壓氣機(jī)吸收,可以帶動5－7級或更多級壓氣機(jī),因此,在同一臺發(fā)動機(jī)中,渦輪的級數(shù)要比軸流式壓氣機(jī)的級數(shù)少得多。渦輪葉片的特點(diǎn)(1).渦輪葉片比壓氣機(jī)葉片要厚。其原因有兩個(gè):一個(gè)是渦輪葉片受熱嚴(yán)重,金屬材料的強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低,為了保證葉片的強(qiáng)度,所以渦輪葉片較厚。另一個(gè)原因是渦輪葉片需要冷卻,所以渦輪葉片是空心的,以便通冷卻空氣。(2).渦輪葉片比壓氣機(jī)葉片彎曲的程度要大。渦輪主要參數(shù)—渦輪落壓比渦輪落壓比是渦輪進(jìn)口處的總壓與渦輪出口處的總壓之比,即渦輪落壓比隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律1.當(dāng)渦輪導(dǎo)向器最小截面處處于臨界或超臨界狀態(tài)時(shí)，渦輪的落壓比為常數(shù)；2.當(dāng)渦輪導(dǎo)向器最小截面處處于臨界或超臨界狀態(tài),而噴管處于亞臨界狀態(tài)時(shí),隨著轉(zhuǎn)速下降,渦輪的落壓比下降;這時(shí)渦輪落壓比的變化是由最后一級渦輪落壓比的變化造成的,而其它各級渦輪的落壓比不隨轉(zhuǎn)速而變化。3.當(dāng)渦輪和噴管均處于亞臨界狀態(tài)時(shí),隨著轉(zhuǎn)速減小,渦輪的落壓比減小。各級落壓比都減小,而且越靠后的級落壓比減小得越多。渦輪主要參數(shù)—絕熱渦輪功1kg燃?xì)馔ㄟ^絕熱的過程從膨脹到所輸出的功稱為絕熱渦輪功。

流動損失:包括“葉型損失”和“二次損失”。葉型損失有:附面層內(nèi)的摩擦損失；尾跡損失；尾跡和主流的摻混損失；附面層中的分離損失；波阻損失。二次損失有:發(fā)生在葉尖和機(jī)匣內(nèi)壁間徑向間隙處的漏氣損失;發(fā)生在葉尖處由葉盆向葉背流動的潛流損失等。渦輪常見故障

渦輪常見故障：渦輪常見故障是裂紋，其原因是熱應(yīng)力。整臺發(fā)動機(jī)受熱最嚴(yán)重的部件是第一級渦輪導(dǎo)向器。渦輪葉片出現(xiàn)裂紋具有下述特征：裂紋常出現(xiàn)在或橫穿過葉片的前緣與后緣，而且裂紋的方向與葉片的長度相“垂直”。在維護(hù)過程中使用強(qiáng)光源和放大鏡對渦輪葉片進(jìn)行仔細(xì)地檢查經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量St