叶轮机械原理第七章2详解.ppt

7.3 涡轮级和多级涡轮 研究区域：叶片环轴向间隙 等环量叶片 等a1叶片（静叶） 通用扭向规律 可控涡设计 优点： 作业 新编写教材P218 第7题、第18题、第19题 即多级涡轮绝热效率高于单级的效率。可以从物理概念上说明这一现象。前面已经指出，在略去对外散热的情况下，涡轮全体实际膨胀过程由于重热作用，在相同的落压比下，膨胀终了的气体总温高于等熵膨胀终了的总温。大家知道，在多变指数n值相同和落压比相同的情况下，气体的总温愈高，则其所作的膨胀功愈大，因此在气体膨胀过程中发生的“流阻”损失，可在其以后的膨胀过程中回收一部分。落压比愈大，则回收得愈多，涡轮效率也就愈高。根据上述分析可以看出。关于涡轮效率确切说法应该是：在多变线一定的前提下（即多变指数n值一定），落压比愈大，则涡轮效率的愈高，而和具体的涡轮级数无关，这也就是说，在多变线和落压比均为定值的情况下，将一级涡轮改成多级涡轮的做法，除了增加涡轮结构的复杂外，并不在效率方面带来好处。通常，合理的多级涡轮设计就意味着多变线的改进，因而效率可以提高，同时，合理的多级涡轮设计也意味着落压比大。因此，在一般情况下，人们关于多级涡轮效率高于单级涡轮率的说法也是符合实际的，但是，绝不可以只根据级数的多少判断涡轮效率的高低。 根据上述分析可以看出：提高涡轮效率的正确途径在于减少气体流径涡轮的流阻损失，使多变线靠拢等熵线。合理的分级设计能够避免气流拐弯过大或马赫数过高引起的损失增大，使流阻减少，因而在相同的落压比下，涡轮效率提高。 将叶高不同半径上的基元级叠加起来 涡轮级 将几个级串联起来 多级涡轮。 级空间的气流组织 简化径向平衡方程 涡轮叶片设计中常用的变化规律： 等环量设计，等a1叶片设计，通用扭向规律，可控涡设计 级空间的气流组织 C2u C2a 半径↑，c1u、c2u↓, c1a、c2a? ?1和?1 ↑， ?2 ↓ 与压气机的区别？ 优点：流动无旋，ca分布均匀，效率较高，而且计算简便，与实测数据比较一致。 缺点：反力度沿叶高变化剧烈，根部可能出现反力度。 级空间的气流组织 C2u C2a 半径↑，c1u、 c1a ↓ 动叶：Lu沿径向不变的条件 优点：静叶基本上是直叶片，便于加工，而且便于做成空心叶片，进行内部冷却。承力支杆。 改善反力度和静叶出口马赫数等参数的分布 级空间的气流组织 m=1，等环量扭向规律 m=cos2a1，等a1扭向规律 cos2a1=m=1，中间规律 0 m cos2a1，(小轮毂比) 级空间的气流组织 规定环量（或控制旋涡）沿叶片高度按一定规律变化，以获得反力度沿叶高较缓慢变化的长叶片设计方法。 运用能反映变功、变熵和流线曲率等因素对流场影响的三维流场计算方法 级空间的气流组织 反力度沿叶高分布均匀，根部反力度提高，尖部反力度降低 静叶根部出马赫数和动叶顶部出口马赫数相应减小 减弱静叶叶片表面边界层内潜移现象，避免了过多的附面层在根部的堆积，降低叶栅根部的能量损失 多级涡轮可控涡设计中，增大动叶出口环量的设计 改善动叶根部流动状态，减小顶部径向间隙漏气量 反力度均匀化 增大涡轮作功能力 涡轮动叶出口的绝对气流角会偏离轴向较远（可达30°），出口级需加一排静叶将气流拐为轴向。 级的流动损失 叶型损失 环面边界层引起的摩擦损失和对涡损失 潜流损失、漏气损失 冷气掺混损失 来流边界层 横向流动 端壁 通道涡 马蹄涡 降低二次流损失方案 直叶片 倾斜 弯叶片 三维造型对负荷分布的影响 本质上都是控制负荷的三维分布，最终达到控制二次流、叶片表面边界层等流动的目的 端壁的控制 叶尖带冠 叶尖冷气射流 叶尖负荷的影响 机匣形状的影响 叶尖形状的影响 降低泄漏损失方案 涡轮效率和涡轮功率 滞止绝热效率 单级涡轮的效率范围：0.88-0.91 总功率的计算 多级涡轮 多级采用的原则 ： 单级功率不够 受到马赫数的限制，轴流式压气机圆周速度较低。如采用单级涡轮，则需加大圆周速度，可能造成涡轮的直径过，增大发动机迎风面积增大。 涡轮的最大尺寸受到限制或者需要保证一定的效率时。 多级涡轮 多级采用的优点 ： 级数多，每级焓降较小，工作时圆周速度不高，涡轮的安全性好，寿命长 级焓降减少，变工况性能也较好 多级涡轮中，上一级的损失会引起下一级温度的升高，使各级理想焓降之和大于整个涡轮的理想焓降，这个现象称为重热现象 多级涡轮 参数分配原则 ：（考虑涡轮级间的协调以及部件间的匹配） 功的分配：总焓降逐级下降为佳。 末级功小，易使末级出口气流接近轴向，能量损失较小。可以减少加力燃烧室进口扩压段的整流损失 第一级功大则焓降大，反力度一