涡轮结构设计.ppt
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1、第三讲 涡轮结构设计v轴轴流式流式涡轮涡轮v向心式向心式涡轮涡轮2006年3月281-第三讲 涡轮结构设计第一第一节节 概概 述述第二第二节节 涡轮转涡轮转子子第三第三节节 涡轮涡轮静子静子第四第四节节 涡轮涡轮部件的冷却部件的冷却2006年3月282-燃气涡轮工作原理v冲冲击击式式涡轮涡轮v反作用力反作用力涡轮涡轮2006年3月283-第一节 概 述1.1 涡轮涡轮部件的特性部件的特性v温度:温度高、温度不均、工温度:温度高、温度不均、工况况变变化;化;v转转速:速:转转速高速高-离心离心负负荷大、平荷大、平衡困衡困难难;v功率:叶片平均功率大、功率:叶片平均功率大、级级数数少。少。2006
2、年3月284-第一节 概 述1.2 技技术术要求要求v高效率高效率v尺寸小,尺寸小,结结构构紧紧凑凑v足足够够的高温的高温强强度度v热热定心好,定心好,热应热应力小力小v良好的冷却系良好的冷却系统统 v适当适当选择选择材料材料2006年3月285-第一节 概 述1.3 组组成成v静子静子导导向向器及机匣器及机匣v转转子及其支子及其支承系承系统统 v冷却系冷却系统统2006年3月286-第二节 涡轮转子组组成成:v涡轮盘涡轮盘v涡轮轴涡轮轴v工作叶片工作叶片2006年3月287-2.1 工作叶片1.叶身特点叶身特点:v叶片厚且横截面弯曲大;叶片厚且横截面弯曲大;v截面沿高度截面沿高度变变化大;化
3、大;v叶叶栅栅通道通道为为收收敛敛形;形;v叶片作功量大;叶片作功量大;v通道形式多通道形式多为为等内径或等中径。等内径或等中径。2006年3月288-2.1 工作叶片2.叶片叶片结结构构设计设计:v带带冠冠增加叶片增加叶片间刚间刚度和阻尼度和阻尼v带带箍箍增加增加刚刚度和阻尼减振度和阻尼减振v切角切角调频调频防止叶片振防止叶片振动动v叶尖叶尖喷喷涂涂耐耐磨涂磨涂层层可减小可减小间间隙隙v机匣涂机匣涂易易磨涂磨涂层层 减小叶片磨减小叶片磨损损2006年3月289-RR公司公司带带冠高冠高压压叶片叶片2006年3月2810-带箍-WP7发动机涡轮v箍箍环环2006年3月2811-2.1 工作叶片
4、3.榫榫头头v1.工作条件:工作条件:v轮缘轮缘温度温度为为 500-650v2.要求:要求:v自由膨自由膨胀胀、减少、减少热应热应力、力、热传导热传导性好、性好、强强度好度好v3 结结构特点构特点:v 多多齿齿承承载载、倒、倒锥锥型型、间间隙装入。隙装入。2006年3月2812-2.1 工作叶片3.榫榫头头v大大圆圆弧少弧少齿齿v具有小的具有小的应应力集中力集中v对对工况的工况的变变化有了化有了好的适好的适应应力力v加工相加工相对简单对简单v结结构阻尼性能好构阻尼性能好2006年3月2813-2.1 工作叶片3.榫榫头头v小小齿齿多多齿结齿结构构v应应力分布均匀力分布均匀v较较好的温度分布好
5、的温度分布v加工加工难难度度较较大大2006年3月2814-2.1 工作叶片3.榫榫头头v双叶片双叶片2006年3月2815-2.1 工作叶片4.中中间间叶根叶根(伸根伸根)v作用作用:v降低叶片降低叶片对盘对盘的的传传热热 v冷却空气冷却空气导导入入v减小减小应应力集中力集中v伸根伸根处处可安装阻尼可安装阻尼材料材料2006年3月2816-2.1 工作叶片5.锁紧锁紧方式方式v锁锁片,片,挡挡板板2006年3月2817-2.1 工作叶片v高寿命,高可靠性高寿命,高可靠性锁紧结锁紧结构构2006年3月2818-2.1 工作叶片5.锁紧锁紧方式方式v涡轮涡轮叶片无叶片无螺栓槽向螺栓槽向锁锁紧紧2
6、006年3月2819-2.1 工作叶片v涡轮叶片的无螺栓锁紧2006年3月2820-2.1 工作叶片6.冷却叶片冷却叶片v对对流冷却流冷却v气膜冷却气膜冷却v带导带导流板流板v复合冷却复合冷却2006年3月2821-2.1 工作叶片6.冷却叶片冷却叶片v对对流流换热换热v冲冲击击冷却冷却v气膜冷却气膜冷却2006年3月2822-高压涡轮叶片2006年3月2823-高压涡轮叶片2006年3月2824-2006年3月2825-2.1 工作叶片7.叶片材料叶片材料v涡轮涡轮部件部件对对材料的要求:材料的要求:v高温下高的持久高温下高的持久强强度,度,v蠕蠕变变强强度,疲度,疲劳劳强强度,度,v热稳热
7、稳定性,好的物理性定性,好的物理性质质和工和工艺艺性。性。v材料工材料工艺艺的的选择选择演演变变vA)锻锻造造(60年代年代)B)精精铸铸 (70年代年代)vC)定向定向结结晶晶(80年代年代)D)单单向向结结晶晶(80年代年代)2006年3月2826-2.1 工作叶片v定向定向结结晶晶v 单单向向结结晶晶2006年3月2827-2.1 工作叶片7.叶片材料叶片材料v防防护护涂涂层层v铝铝化物涂化物涂层层抗氧化腐抗氧化腐蚀蚀;vCr抗硫化物腐抗硫化物腐蚀蚀。v高温涂高温涂层层2006年3月2828-2.2 涡轮盘1)工作条件:工作条件:v高高转转速速,温度沿半径方向分布不均匀温度沿半径方向分布
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