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1、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n 一、涡轮级的概念n 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。n 单级涡轮：整台涡轮只有一个“级”n 多级涡轮：整台涡轮包含有几个“级”n 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n 燃气只在喷嘴中膨胀加速，进入动叶栅中不再
2、膨胀；n 依靠高速气流产生对动叶的冲击力来使叶轮旋转作功。n 工作叶片进出口气流的压力和相对速度几乎不变，即 P1p2，w1 w2n 工作动叶片的通道一般是等截面的。2、反动式涡轮n 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；n 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。n 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。n P2 w1n 工作动叶片的通道一般是收敛的.3、反动度Tn 在反动式涡轮中，静叶栅（喷嘴）内的燃气只是局部地膨胀到某一中间压力，其余地继续在动叶栅中膨胀。n 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
3、焓降之比，又称为热力学反动度n T=H2s/Hsn 一般T=0.30.5n T=0时，冲动式涡轮；n T=0.5时，能量损失最小。4、叶片叶型n 涡轮级中能量转换大，即气流速度高且转折大，n 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n 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。n 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n 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。n（注意：与压气机级中的基元级定义不同！）涡轮
4、基元级的选取喷嘴 叶轮Dm1 12 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n 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，n 即 c=w+u喷嘴 0-1n 燃气流过喷嘴后，压力降低、温度下降，流速c增加；n 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 1-1n 气流以速度c1和气流角1自喷嘴流出；n 动叶栅以 u1 旋转；n 那么气流以相对速度w1与进气角1进入动叶栅。w1=c1 u1u静叶动叶一般1=14
5、20动叶出口处 2-2n 动叶栅通道收敛，气流流过膨胀加速，则压力降低、相对速度w2增加；且气流方向改变、转折较大，出气角2 1；n 那么气流以绝对速度c2流出动叶栅，与叶栅额线的夹角为2。c2=w2+u2u静叶动叶一般1=1420 基元级的速度三角形n 把进出口的速度三角形画在一起。n 注意：n 一般c2x c1x(c2x c1x)；n 气流转折角很大（90），进出口速度三角形是分开的；n 一般圆周速度u1u2。(轴流级u1 u2)反动式涡轮基元级的速度2121w1 w2c1c2u1u2叶栅额线T0c1uc2uc2u很小（接近轴向出气），而预旋c1u却很大则c1u和u一起决定L的数值（L=u
6、 cu）。90c2x c1x 压气机级 基元级的速度2121w1w2cxc1 c2uu叶栅额线轴向分速度cx气流转折角c2uc1u预旋c1u很小，而c2u较大则c2u和u一起决定L的数值。T=0.5基元级的速度三角形2121w1w2c1c2uu 假设：c2x=c1x u1=u2=u c1=w2 1=2w1=c2 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 121w1w2 c1c2uu 假设：c2x=c1x u1=u2=u w1=w2 1=2相对速度w1、w2关于轴对称大小相等方向相反n 气流速度的变化是反映能量转换的重要表达式。n 通过基元级内的能量转换情况来
7、确定气流速度。四、涡轮基元级中各速度确实定1、喷嘴出口（c1s与c1）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）：n 有摩阻及其他阻力存在；n 燃气的绝热指数和比热容均不是常数。n c1 i1sn 两种表示:n(1)用速度系数表示：n(2)用多变膨胀过程(nkT)表示：2、动叶进出口的气流参数n 动叶进口n 相对速度w1，由速度三角形求得:w1=c1 u1c1u1w111动叶出口n T 0时，w2w1n 对于理想情况1-2s，
8、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：w2 w2s涡轮级的理想焓降动叶中的理想焓降冲动式 T=0 w2=w1 假设不考虑损失，=1，w2=w1 动叶出口的绝对速度c2n 由速度三角形求得n c2余速：n 假设被下级利用，则为下一级进口速度；n 假设不被利用，则为余速损失。c2=w2+u2五、通过喷嘴的流量 及通流面积确实定假设参数p0*、T0*及背压p1给定：n 已知喷嘴出口截面面积A时，可求出流量GT；n 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GT更方便。无因次流量（相
9、对密度）无因次速度图3-5(p81)实际流动n 存在粘性摩擦阻力n 气流在喉部截面后某一截面到达音速，即最有效流通截面不在喉部。n 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%。n 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）谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH