1、燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机06A 第第6章章 涡轮涡轮 6.1 涡涡 轮轮 涡轮的功用涡轮的功用 涡轮的功用是使燃气膨胀，推动涡轮旋涡轮的功用是使燃气膨胀，推动涡轮旋转，输出功，去带动压气机和附件。转，输出功，去带动压气机和附件。带动的附件有：发电机、燃油泵、滑油带动的附件有：发电机、燃油泵、滑油泵、齿轮系等。泵、齿轮系等。涡轮分为涡轮分为径向式径向式和和轴流式轴流式两种类型。目两种类型。目前民用航空发动机多用的是轴流式涡轮前民用航空发动机多用的是轴流式涡轮。6.1 涡轮的分类涡轮的分类冲击式涡轮冲击式涡轮 l推动涡轮旋转的扭矩是由于气流方向改变而产生的。推动涡轮旋转的扭矩是由于气流方向改变
2、而产生的。l叶轮前的导向器两个相邻叶片之间的通道是叶轮前的导向器两个相邻叶片之间的通道是收敛形收敛形的，燃气在其的，燃气在其中膨胀加速并使气流拐弯。中膨胀加速并使气流拐弯。l冲击式涡轮的工作叶片的特征是前缘和后缘较薄冲击式涡轮的工作叶片的特征是前缘和后缘较薄,而中间较厚。而中间较厚。反力式涡轮反力式涡轮 l推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改变而产生推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改变而产生的。的。l叶轮前的导向器使燃气流改变方向叶轮前的导向器使燃气流改变方向,但不改变压力。但不改变压力。l反力式涡轮工作叶片的特征是前缘较厚反力式涡轮工作叶片的特征是前缘较厚,而后缘较
3、薄。而后缘较薄。冲击反力式涡轮冲击反力式涡轮 l推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改变而产生推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改变而产生的。一般大约冲击式占的。一般大约冲击式占50%,反力式占反力式占50%。l目前燃气涡轮发动机中多采用冲击反力式涡轮。目前燃气涡轮发动机中多采用冲击反力式涡轮。6.1 涡轮的分类涡轮的分类6.2 涡轮的结构涡轮的结构涡轮的组成涡轮的组成l静子静子 静子由涡轮导向器组成，两个相邻的导向叶片之间静子由涡轮导向器组成，两个相邻的导向叶片之间的通道是的通道是收敛形收敛形的，燃气在其中膨胀加速并使气流的，燃气在其中膨胀加速并使气流拐弯拐弯,将热能转
4、变为动能将热能转变为动能 l转子转子 涡轮转子由涡轮盘、涡轮轴、工作叶片和连接件组涡轮转子由涡轮盘、涡轮轴、工作叶片和连接件组成成，叶片的叶身分为带冠和不带冠两种，榫头是枞，叶片的叶身分为带冠和不带冠两种，榫头是枞树型榫头，一般第一级涡轮叶片或第一、第二级涡树型榫头，一般第一级涡轮叶片或第一、第二级涡轮叶片需要冷却轮叶片需要冷却 6.2 涡轮的结构涡轮的结构6.2 涡轮的结构涡轮的结构盘-轴，盘-盘连接6.2 涡轮的结构涡轮的结构涡轮的一级由一个导向器（涡轮喷嘴环）和一个工作叶涡轮的一级由一个导向器（涡轮喷嘴环）和一个工作叶轮组成。轮组成。将导向器放在前将导向器放在前,是为了改善叶轮的工作条件
5、是为了改善叶轮的工作条件,因为燃气流过导向器时因为燃气流过导向器时,温度将降低温度将降低。涡轮导向器（涡轮喷嘴环）和工作叶轮两个相邻叶片间涡轮导向器（涡轮喷嘴环）和工作叶轮两个相邻叶片间的通道的通道都是收敛形都是收敛形的。的。涡轮是涡轮是多级的多级的，其级数取决于：，其级数取决于：l需要从燃气中吸收的能量；需要从燃气中吸收的能量；l发出该功率时涡轮的转速；发出该功率时涡轮的转速；l所允许的涡轮直径。所允许的涡轮直径。6.2 涡轮的结构涡轮的结构导向器导向器（涡轮喷嘴环）：（涡轮喷嘴环）：燃气在涡轮喷嘴环内气燃气在涡轮喷嘴环内气流速度增加流速度增加,压力下降压力下降,温度下降，并改变流动方温度下
6、降，并改变流动方向向,来满足工作叶轮进口处对气流方向的要求来满足工作叶轮进口处对气流方向的要求,将将压力位能和热能转变为动能压力位能和热能转变为动能;总压下降，总温不总压下降，总温不变。变。工作叶轮工作叶轮：工作叶片间的通道是收敛形的：工作叶片间的通道是收敛形的,燃气流燃气流过工作叶轮叶片通道时过工作叶轮叶片通道时,相对速度增大相对速度增大,方向改变方向改变,压力降低压力降低,温度降低温度降低,推动工作叶轮高速旋转推动工作叶轮高速旋转,向外向外输出功输出功,使绝对速度减小。将热能转变为功。总压，使绝对速度减小。将热能转变为功。总压，总温都下降。总温都下降。6.2 涡轮的结构涡轮的结构导向器叶片
7、和工作叶片都是扭转的导向器叶片和工作叶片都是扭转的,即在即在叶片叶尖叶片叶尖处的倾斜度大处的倾斜度大,而而安装角小安装角小,在叶根处倾斜度小在叶根处倾斜度小,而而安装角大。安装角大。叶片的安装角是叶片的弦线与额线方向之间的夹叶片的安装角是叶片的弦线与额线方向之间的夹角。角。扭转的原因是使燃气在沿叶片长度的所有部位有扭转的原因是使燃气在沿叶片长度的所有部位有相同的作功量相同的作功量并且保证进入排气系统的气流具有并且保证进入排气系统的气流具有均匀的轴向速度。均匀的轴向速度。对导向器叶片的最主要要求是对导向器叶片的最主要要求是“耐热耐热”，虽然采取虽然采取了冷却措施，但仍使用镍合金来制造。了冷却措施
8、，但仍使用镍合金来制造。6.2 涡轮的结构涡轮的结构涡轮叶片涡轮叶片l涡轮的工作叶片由叶身和榫头两部分组成。涡轮的工作叶片由叶身和榫头两部分组成。l涡轮叶片的叶身分为带冠和不带冠两种。涡轮叶片的叶身分为带冠和不带冠两种。l带冠涡轮叶片带冠涡轮叶片可以减小叶片尖部由叶盆向可以减小叶片尖部由叶盆向叶背的漏气叶背的漏气,降低二次损降低二次损失失,提高涡轮的效率提高涡轮的效率;l相邻叶片的叶冠抵紧后可以减小叶片的扭曲变形和弯曲变形相邻叶片的叶冠抵紧后可以减小叶片的扭曲变形和弯曲变形,增强增强叶片的刚度叶片的刚度,提高叶片的振动频率提高叶片的振动频率;当叶当叶 片产生振动时片产生振动时,相邻叶冠间产生摩
9、相邻叶冠间产生摩 擦擦,可以吸收振动能量可以吸收振动能量,起到起到减减 振振作用作用;l带冠涡轮叶片可以采用对气动有带冠涡轮叶片可以采用对气动有 利的薄叶型。且有利于叶片与机利的薄叶型。且有利于叶片与机 匣之间的间隙的控制匣之间的间隙的控制,减少轴向减少轴向 漏气漏气,更有效地更有效地提高涡轮效率提高涡轮效率。l涡轮的工作叶片采用镍基合金。涡轮的工作叶片采用镍基合金。6.2 涡轮的结构涡轮的结构枞树型榫头枞树型榫头：优点优点:l重量轻重量轻:由于叶片榫头呈楔形由于叶片榫头呈楔形,所以材料利用合理所以材料利用合理,接近等强度接近等强度,因因而这种榫头的重量轻。而这种榫头的重量轻。l强度大强度大,
10、能承受大的载荷能承受大的载荷;l在在高温高温下工作对应力集中下工作对应力集中不敏感不敏感:l这种榫头有间隙地插入榫槽内这种榫头有间隙地插入榫槽内,允许受热后允许受热后自由膨胀自由膨胀,因而因而,减小了减小了叶片和轮缘联接处的叶片和轮缘联接处的应力应力,同时可以利用榫头的装配间隙同时可以利用榫头的装配间隙,通入冷通入冷却空气却空气,对榫头和轮缘进行冷却。对榫头和轮缘进行冷却。装拆及更换叶片方便装拆及更换叶片方便。l发动机工作时，由于温度高及很大的发动机工作时，由于温度高及很大的离心力离心力使使 根部变成刚性连接。根部变成刚性连接。缺点缺点:l加功精度要求高。容易出现裂纹。加功精度要求高。容易出现
11、裂纹。6.2 涡轮的结构涡轮的结构涡轮叶片的冷却涡轮叶片的冷却：l提高涡轮前燃气温度是提高燃气涡轮发动机性能的有效措施。然提高涡轮前燃气温度是提高燃气涡轮发动机性能的有效措施。然而提高涡轮前燃气温度受到涡轮部件结构强度的限制而提高涡轮前燃气温度受到涡轮部件结构强度的限制,为了解决为了解决这个问题这个问题,必需对涡轮叶片采取冷却。必需对涡轮叶片采取冷却。l涡轮叶片的冷却一般涡轮叶片的冷却一般只有第一只有第一 级级涡轮叶片或第一、第二级涡涡轮叶片或第一、第二级涡 轮叶片需要冷却。轮叶片需要冷却。l冷却涡轮叶片的冷空气是冷却涡轮叶片的冷空气是从压从压 气机出口气机出口处通过管道引来处通过管道引来,冷
12、冷 却后的空气随燃气一起流过涡却后的空气随燃气一起流过涡 轮。轮。l需要进行冷却的叶片是需要进行冷却的叶片是空心空心的。的。l在这里冷却的方法有在这里冷却的方法有:导热导热,冲击冲击,对流换热对流换热,气膜冷却气膜冷却等。等。为了限制从涡轮工作叶片向轮盘的为了限制从涡轮工作叶片向轮盘的 热传导的影响，每一级轮盘的热传导的影响，每一级轮盘的两面两面 都通一股冷却空气。都通一股冷却空气。6.2 涡轮的结构涡轮的结构盘轴连接盘轴连接：l在多级涡轮中在多级涡轮中,多采用多采用鼓盘式鼓盘式 的结构的结构。l盘轴连接分为盘轴连接分为可拆卸式和不可可拆卸式和不可 拆卸式两种。拆卸式两种。l用短螺栓或长螺栓连
13、接。用短螺栓或长螺栓连接。在每级轮盘的前后端加工在每级轮盘的前后端加工 有若干个凸台有若干个凸台,凸台中间凸台中间 加工有拉紧螺栓的通孔加工有拉紧螺栓的通孔,拉紧螺栓通过这些通孔拉紧螺栓通过这些通孔,将各级轮盘连接在一起将各级轮盘连接在一起,短螺栓连接轴和第一、二短螺栓连接轴和第一、二 级盘级盘,而长螺栓连接涡轮而长螺栓连接涡轮 轴和三级盘。轴和三级盘。长、短螺栓均用螺帽固紧长、短螺栓均用螺帽固紧,每级盘都有一个中心孔每级盘都有一个中心孔,作为定位基准。作为定位基准。影响涡轮盘寿命的主要因素是其抗疲劳裂纹的能力影响涡轮盘寿命的主要因素是其抗疲劳裂纹的能力。6.2 涡轮的结构涡轮的结构涡轮叶片的
14、封严l封严齿：为了加强封严效果,减少叶片间隙处的轴向漏气,更有效地提高涡轮效率,很多发动机在叶冠上还作有封严齿,与涡轮机匣上的易磨环相配合,可取得很好的封严效果。l喷镀耐磨金属：当叶片较短时,可采用展弦比较小而不带冠的叶片,此时为了减小涡轮叶片的径向间隙,可在叶尖处喷镀耐磨金属,与机匣上的易磨涂层相配。工作时,叶尖在机匣内壁磨出一道沟槽,使轴向漏气量减少。6.2 涡轮的结构涡轮的结构涡轮间隙涡轮间隙：l涡轮机匣与工作叶片叶尖之间的距离叫涡轮径向间隙。涡轮机匣与工作叶片叶尖之间的距离叫涡轮径向间隙。l涡轮间隙对涡轮效率有很大的影响涡轮间隙对涡轮效率有很大的影响,据估算据估算,涡轮间涡轮间隙若增加
15、隙若增加1 1 毫米毫米,涡轮效率下降涡轮效率下降2.52.5,这将使发动机这将使发动机耗油率增加耗油率增加2.52.5。l为了减少损失、提高效率、应尽可能减小径向间隙。为了减少损失、提高效率、应尽可能减小径向间隙。l控制涡轮间隙的控制涡轮间隙的方法是控制涡轮机匣的膨胀量，方法是控制涡轮机匣的膨胀量，使使涡涡轮间隙保持为最佳值。轮间隙保持为最佳值。l发动机停后，要有一段冷转，其目的是使涡轮机匣冷发动机停后，要有一段冷转，其目的是使涡轮机匣冷却下来之前，却下来之前，使工作叶轮先冷却使工作叶轮先冷却下来。下来。6.2 涡轮的结构涡轮的结构涡轮间隙：l涡轮涡轮间隙是随所用材料和发动机的工作状态及飞行
16、条件的不同而间隙是随所用材料和发动机的工作状态及飞行条件的不同而变化的。变化的。l假设在冷状态时装配间隙为1,1=2 l起动时,机匣受热温度升高比轮盘快,膨胀也快,所以机匣间隙增大为2,2=7 l随着转速的增高,工作叶片和盘都得到加热,并因离心力的影响,使径向间隙减小为3,3=5 l当发动机停车时,机匣冷却比较快,因此径向间隙减小为4最小。4=0 6.2 涡轮的结构涡轮的结构涡轮间隙涡轮间隙：l发动机加速时，瞬间转速加大，离心负荷使叶发动机加速时，瞬间转速加大，离心负荷使叶片和盘径向伸长量迅速加大，这时径向间隙最片和盘径向伸长量迅速加大，这时径向间隙最小。随着涡轮机匣迅速受热膨胀，它的径向膨小
17、。随着涡轮机匣迅速受热膨胀，它的径向膨胀量超过叶片和转子的径向变形量，径向间隙胀量超过叶片和转子的径向变形量，径向间隙加大。加大。l当发动机转速稳定后，涡轮叶片等的温度逐渐当发动机转速稳定后，涡轮叶片等的温度逐渐升高，转子径向伸长量加大，径向间隙又逐渐升高，转子径向伸长量加大，径向间隙又逐渐减小。减小。6.2 涡轮的结构涡轮的结构冷却式机匣可采用冷却式机匣可采用两种方式两种方式:l被动冷却式被动冷却式l主动冷却式主动冷却式又叫：外部冷却式又叫：外部冷却式 内部冷却式内部冷却式外部冷却式机匣：外部冷却式机匣：涡轮外环的外面装有薄钢钣制成的外套涡轮外环的外面装有薄钢钣制成的外套,或称环形空气收集或
18、称环形空气收集器器 利用飞行中外界大气的速度头通过进口流入空气收集器内利用飞行中外界大气的速度头通过进口流入空气收集器内,并并经过内壁上沿周向均匀分布的许多孔去冷却涡轮外环经过内壁上沿周向均匀分布的许多孔去冷却涡轮外环 然后再冷却尾喷管并排入大气。然后再冷却尾喷管并排入大气。这种冷却方法构造简单这种冷却方法构造简单,加工方便加工方便,重量较轻重量较轻,但冷却效果较但冷却效果较差。差。6.2 涡轮的结构涡轮的结构内部冷却式机匣内部冷却式机匣l涡轮机匣内表面上装有块状的底座涡轮机匣内表面上装有块状的底座,用以保护外环用以保护外环,这这底座可与导向器叶片作成一体底座可与导向器叶片作成一体,成为叶片的
19、外冠成为叶片的外冠,外冠外冠用螺钉固定在机匣上用螺钉固定在机匣上,外叶冠与机匣之间有间隙外叶冠与机匣之间有间隙,形成双形成双层壁。层壁。l将燃烧室的二股气流引入此间将燃烧室的二股气流引入此间 隙中进行冷却和隔热隙中进行冷却和隔热,使机匣使机匣 内表面不与高温燃气接触。内表面不与高温燃气接触。l这种涡轮机匣在发动机工作过这种涡轮机匣在发动机工作过 程中膨胀较少程中膨胀较少,涡轮径向间隙涡轮径向间隙 比较稳定比较稳定,并且热应力较小并且热应力较小,不致出现收缩变形不致出现收缩变形,翘曲翘曲及裂及裂 纹等故障。纹等故障。6.2 涡轮的结构涡轮的结构主动间隙控制主动间隙控制l根据发动机的工作状态，根据
20、发动机的工作状态，人为控制机匣的膨胀量人为控制机匣的膨胀量，以保证涡轮径，以保证涡轮径向间隙为最佳。向间隙为最佳。l通常是在涡轮机匣外面加上数圈冷气管。通常是在涡轮机匣外面加上数圈冷气管。l按预定调节规律改变冷却空气的供应量和温度。按预定调节规律改变冷却空气的供应量和温度。l例如例如,CFM56-3发动机发动机：它的高压涡轮机匣外面罩一个集气环形成集气室。它的高压涡轮机匣外面罩一个集气环形成集气室。在不同的工作状态下，引入不同温度的冷却空气。在不同的工作状态下，引入不同温度的冷却空气。l在慢车和起飞时在慢车和起飞时,引高压引高压9级后空气；级后空气；l爬高时引高压爬高时引高压9级和级和5级的混
21、合后的空气；级的混合后的空气；l巡航时巡航时,引高压引高压5级的空气。级的空气。采用主动控制间隙增加了冷却空气的消耗量采用主动控制间隙增加了冷却空气的消耗量,造成发动机推力造成发动机推力下降下降,同时还会使发动机的结构复杂同时还会使发动机的结构复杂,重量增加。重量增加。6.2 涡轮的结构涡轮的结构6.3 基元级速度三角形基元级速度三角形决定涡轮基元级速度三角形的因素共有五个,它们是:Cu,a,u,C,u,CaCa。6.3 基元级速度三角形基元级速度三角形涡轮的轮缘功：涡轮的轮缘功：l从能量方程可以得到涡轮的轮缘功为：从能量方程可以得到涡轮的轮缘功为：l轮缘功的大小取决于燃气绝对动能和相对动能的
22、变化。轮缘功的大小取决于燃气绝对动能和相对动能的变化。l冲击式涡轮和反力式涡轮冲击式涡轮和反力式涡轮l反力度：相对动能的变化反力度：相对动能的变化 与涡轮轮缘功的比值叫反与涡轮轮缘功的比值叫反 力度力度l在叶轮中在叶轮中,相对动能的变化一般占轮缘功的相对动能的变化一般占轮缘功的2525到到4040,有的甚有的甚至不变化。称至不变化。称相对动能不变化的涡轮为相对动能不变化的涡轮为“冲击式涡轮冲击式涡轮”,而称相而称相对动能有变化的为对动能有变化的为“反力式涡轮反力式涡轮”。l反力度从叶根到叶尖是变化的，叶根处最小，叶尖处最大，平均反力度从叶根到叶尖是变化的，叶根处最小，叶尖处最大，平均直径处为直
23、径处为5050。6.3 基元级速度三角形基元级速度三角形涡轮的轮缘功涡轮的轮缘功：l在亚音速压气机中在亚音速压气机中,压气机功约在压气机功约在40kj/kg40kj/kg以内以内,而涡轮的轮缘功而涡轮的轮缘功则在则在200200300kj/kg300kj/kg之间。之间。l两者相差如此悬殊两者相差如此悬殊,主要是由于气体在压气机中的流动是减速扩主要是由于气体在压气机中的流动是减速扩压压,存在着正的压力梯度存在着正的压力梯度,在正压力梯度的作用下在正压力梯度的作用下,附面层中一附面层中一部分气体微团的运动不足以反抗高的反压而容易发生分离部分气体微团的运动不足以反抗高的反压而容易发生分离,因而因而
24、在一级压气机中不允许静压提高得太多在一级压气机中不允许静压提高得太多,气流转折角不能太大。气流转折角不能太大。至于涡轮至于涡轮,则由于通道是收敛的则由于通道是收敛的,燃气在其中是加速降压燃气在其中是加速降压,存在存在负压力梯度负压力梯度,所以附面层中的气体微团就不容易分离所以附面层中的气体微团就不容易分离,气流的转气流的转折角可以较大折角可以较大,也就是说涡轮叶片比压气机叶片也就是说涡轮叶片比压气机叶片弯曲的程度要大弯曲的程度要大,燃气膨胀的程度大燃气膨胀的程度大,输出的轮缘功就大。输出的轮缘功就大。l其次是由于涡轮中燃气的温度比压气机中空气的温度高得多其次是由于涡轮中燃气的温度比压气机中空气
25、的温度高得多,这这自然对于增加燃气作功很有利。目前流量大的一级涡轮可以输出自然对于增加燃气作功很有利。目前流量大的一级涡轮可以输出一两万千瓦的功率一两万千瓦的功率,这些功率被压气机吸收这些功率被压气机吸收,可以带动可以带动5 57 7级或级或更多级压气机更多级压气机,因此因此,在同一台发动机中在同一台发动机中,涡轮的级数要比轴流涡轮的级数要比轴流式压气机的级数少得多。式压气机的级数少得多。6.3 基元级速度三角形基元级速度三角形涡轮叶片的特点涡轮叶片的特点：l1.1.涡轮叶片比压气机叶片要涡轮叶片比压气机叶片要厚厚。其原因有两个其原因有两个:l一个是涡轮叶片受热严重一个是涡轮叶片受热严重,金属
26、材料的强度随着金属材料的强度随着温度的升高而降低温度的升高而降低,为了保证叶片的强度为了保证叶片的强度,所以所以涡轮叶片较厚。涡轮叶片较厚。l另一个原因是涡轮叶片需要冷却另一个原因是涡轮叶片需要冷却,所以涡轮叶片所以涡轮叶片是是空心空心的的,以便通以便通冷却冷却空气。空气。l2.2.涡轮叶片比压气机叶片涡轮叶片比压气机叶片弯曲的程度要大。弯曲的程度要大。6.4 涡轮的性能参数涡轮的性能参数涡轮落压比涡轮落压比：l涡轮落压比是涡轮进口处的总压涡轮落压比是涡轮进口处的总压 与涡轮出口处的与涡轮出口处的总压总压 之比之比,即即l涡轮落压比也可以用涡轮落压比也可以用静压静压来定义，来定义，即涡轮进口处
27、的静压即涡轮进口处的静压 与涡轮出口处的静压与涡轮出口处的静压 之比之比,6.4 涡轮的性能参数涡轮的性能参数l涡轮落压比随转速的涡轮落压比随转速的变化规律变化规律 1 1.当涡轮导向器最小截面当涡轮导向器最小截面和和喷管处处于临界或超临喷管处处于临界或超临界状态时界状态时，涡轮的落压比为常数；，涡轮的落压比为常数；2.2.当涡轮导向器最小截面处处于临界或超临界状态当涡轮导向器最小截面处处于临界或超临界状态,而喷管处于亚临界状态时而喷管处于亚临界状态时,随着转速下降随着转速下降,涡轮的落涡轮的落压比下降压比下降;这时涡轮落压比的变化是由最后一级涡这时涡轮落压比的变化是由最后一级涡轮落压比的变化
28、造成的轮落压比的变化造成的,而其它各级涡轮的落压比而其它各级涡轮的落压比不随转速而不随转速而变变化。化。3.3.当涡轮和喷管均处于亚临界状态时当涡轮和喷管均处于亚临界状态时,随着转速减小随着转速减小,涡轮的落压比减小。各级落压比都减小涡轮的落压比减小。各级落压比都减小,而且越靠而且越靠后的级落压比减小得越多。后的级落压比减小得越多。6.4 涡轮的性能参数涡轮的性能参数l涡轮落压比随转速的涡轮落压比随转速的变化规律变化规律 依据是通过涡轮导向器最小截面处的燃气流量等于流过喷管最小截面依据是通过涡轮导向器最小截面处的燃气流量等于流过喷管最小截面处的流量处的流量,即即,根据流量公式有根据流量公式有
29、导向器导向器和和喷管内为绝能流喷管内为绝能流,上式变为上式变为:将涡轮内的膨账过程看做是绝热的多变过程将涡轮内的膨账过程看做是绝热的多变过程,其多变指数为其多变指数为n,则则有有:6.4 涡轮的性能参数涡轮的性能参数l当涡轮导向器最小截面当涡轮导向器最小截面和和喷管处于临界或超临界状态时喷管处于临界或超临界状态时,涡轮的落压比为常数涡轮的落压比为常数,即随转速的变化而保持不变。即随转速的变化而保持不变。各各级落压比级落压比都保都保持不变。持不变。l当涡轮导向器最小截面处于临界或超临界状态，喷管处于亚临界当涡轮导向器最小截面处于临界或超临界状态，喷管处于亚临界状态时状态时,随着转速增加随着转速增
30、加,涡轮的落压比增大涡轮的落压比增大;同样随着转速减小同样随着转速减小,涡轮的落压涡轮的落压比减小。比减小。只有最后一只有最后一级落压比减小级落压比减小,其它各其它各级落压比级落压比保持不变。保持不变。6.4 涡轮的性能参数涡轮的性能参数l当涡轮导向器最小截面当涡轮导向器最小截面和和喷管处于亚临界状态时喷管处于亚临界状态时 随着转速增加随着转速增加,涡轮落压比增大涡轮落压比增大;同样随着转速减小同样随着转速减小,涡轮的涡轮的落压比减小。落压比减小。转速减小时转速减小时,各级落压比都减小各级落压比都减小,而且越靠后的级涡落压比减而且越靠后的级涡落压比减小得越多。小得越多。l由此可以看出，对于多转
31、子发动机的高压涡轮，只要由此可以看出，对于多转子发动机的高压涡轮，只要第一级导向器处于临界或超临界状态，则高压涡轮落第一级导向器处于临界或超临界状态，则高压涡轮落压比就保持不变。压比就保持不变。6.4 涡轮的性能参数涡轮的性能参数涡轮功涡轮功l理想涡轮功:l1kg燃气通过理想的过程从 膨胀到 所输出的功称为理想涡轮功。6.4 涡轮的性能参数涡轮的性能参数l绝热涡轮功绝热涡轮功:l1kg燃气通过绝热的过程从 膨胀到 所输出的功称为绝热涡轮功。l流动损失流动损失:包括包括“叶型损失叶型损失”和和“二次损失二次损失”。叶型损失有叶型损失有:附面层内的摩擦损失；尾迹损失；尾迹和主流的附面层内的摩擦损失
32、；尾迹损失；尾迹和主流的掺混损失；附面层中的分离损失；波阻损失。掺混损失；附面层中的分离损失；波阻损失。二次损失有二次损失有:发生在叶尖和机匣内壁间径向间隙处的发生在叶尖和机匣内壁间径向间隙处的漏气损失漏气损失;发生在叶尖处由叶盆向叶背流动的发生在叶尖处由叶盆向叶背流动的潜流损失潜流损失等。等。6.4 涡轮的性能参数涡轮的性能参数涡轮效率涡轮效率:l绝热涡轮功与理想涡轮功之比。绝热涡轮功与理想涡轮功之比。l在大部分转速下在大部分转速下,涡轮效率保持不变。涡轮效率保持不变。6.4 涡轮的性能参数涡轮的性能参数涡轮功率涡轮功率6.4 涡轮常见故障涡轮常见故障 涡轮常见故障涡轮常见故障：l涡轮常见故
33、障是涡轮常见故障是裂纹裂纹，其原因是，其原因是热应力热应力。l整台发动机受热最严重的部件是第一级涡轮导向器。整台发动机受热最严重的部件是第一级涡轮导向器。l涡轮叶片出现裂纹具有下述涡轮叶片出现裂纹具有下述特征特征：裂纹常出现在或横穿过叶片的前缘与后缘，而且裂纹的方向与裂纹常出现在或横穿过叶片的前缘与后缘，而且裂纹的方向与叶片的长度相叶片的长度相“垂直垂直”。在维护过程中使用强光源和放大镜对涡轮叶片进行仔细地检查在维护过程中使用强光源和放大镜对涡轮叶片进行仔细地检查。l蠕变蠕变:超过一段工作期间超过一段工作期间,涡轮叶片慢慢地伸长涡轮叶片慢慢地伸长,这种现象这种现象叫叫“蠕变蠕变”。l它是由于涡
34、轮叶片长期反复处于高温和很大的离心力它是由于涡轮叶片长期反复处于高温和很大的离心力(拉伸力拉伸力)作用的情况下所产生的塑性变形作用的情况下所产生的塑性变形(永久性伸长永久性伸长)。6.4 涡轮常见故障涡轮常见故障 l关于蠕变关于蠕变:蠕变用于描述转动零件发生的永久性伸长蠕变用于描述转动零件发生的永久性伸长,蠕变经常发生于涡蠕变经常发生于涡轮叶片轮叶片,因为在工作中作用有热负荷及离心负荷因为在工作中作用有热负荷及离心负荷。每次。每次涡轮叶涡轮叶片旋转、加热、然后停转（这叫做一个循环）它就保持比原来片旋转、加热、然后停转（这叫做一个循环）它就保持比原来略增长一点点，在正常情况下，这种增长只不过是一
35、英寸的百略增长一点点，在正常情况下，这种增长只不过是一英寸的百万分之几。但是在发动机超温超转的情况下，这种增长就大得万分之几。但是在发动机超温超转的情况下，这种增长就大得多了。无论如何，如果叶片使用时间足够长，它终究会碰到叶多了。无论如何，如果叶片使用时间足够长，它终究会碰到叶片外环，并开始被磨去，如果发生这种情况，在发动机降速时片外环，并开始被磨去，如果发生这种情况，在发动机降速时就可以听到一种摩擦声，于是要做间隙检查以确定相应的维修就可以听到一种摩擦声，于是要做间隙检查以确定相应的维修工作。工作。l涡轮叶片上的负荷：涡轮叶片上的负荷：2盎司重的涡轮叶片在最高转速下所受的载荷盎司重的涡轮叶片在最高转速下所受的载荷将超过将超过2吨。吨。
