《内燃机增压技术》教学课件（PPT讲稿）第三章（3-1）径流式涡轮的特点

简单回顾 1.什么是压气机流量特性?作用是什么?典型的流量特性 的组成和形状 2.如何将流量-压比特性和流量效率特性整理在一张图上? 3.如何评价压气机的流量特性? 4.什么是压气机的设计点?离开设计点会怎样? 5.如何估算压气机的流量和压比? 6.已知压气机叶轮外径、转速、出口密度、功率系数和流 量,如何计算气流出口绝对速度的大小和方向? 7.简述位能涡流等环量定律

简单回顾 1. 什么是压气机流量特性？作用是什么？典型的流量特性 的组成和形状。 2. 如何将流量-压比特性和流量效率特性整理在一张图上？ 3. 如何评价压气机的流量特性？ 4. 什么是压气机的设计点？离开设计点会怎样？ 5. 如何估算压气机的流量和压比？ 6. 已知压气机叶轮外径、转速、出口密度、功率系数和流 量，如何计算气流出口绝对速度的大小和方向？ 7. 简述位能涡流等环量定律

第三章涡轮原理与特性 祸轮蜗壳 喷嘴叶片 1、径流式涡轮的特点 叶轮 1.1结构特点 1)涡轮箱(涡壳): 作用:将气流导入涡轮,并使其 部分膨胀,控制涡轮流量 要求:内壁光滑,流道均匀收敛,控制截面尺寸准确,耐 高温 有叶涡轮箱--在涡轮叶轮的外边缘处的涡壳喷嘴环由若 干叶片组成,这些喷嘴环叶片控制涡轮的流量 无叶涡轮箱-喷嘴环由平行壁组成,涡轮流量由0-0截 面和叶轮控制,0-0截面是流过涡轮全部流量的最小涡轮 截面,用于调节涡轮流通面积 材料:高温合金铸铁

1、径流式涡轮的特点 1.1 结构特点 1）涡轮箱(涡壳)： • 作用：将气流导入涡轮，并使其 部分膨胀，控制涡轮流量 • 要求：内壁光滑，流道均匀收敛，控制截面尺寸准确，耐 高温 • 有叶涡轮箱----在涡轮叶轮的外边缘处的涡壳喷嘴环由若 干叶片组成，这些喷嘴环叶片控制涡轮的流量 • 无叶涡轮箱----喷嘴环由平行壁组成，涡轮流量由0-0截 面和叶轮控制，0-0截面是流过涡轮全部流量的最小涡轮 截面，用于调节涡轮流通面积 • 材料：高温合金铸铁 第三章 涡轮原理与特性

第三章涡轮原理与特性 2)涡轮叶轮: 作用:使气流在叶轮中膨 胀,将膨胀功转化为机械 功;将气流的的动能转化 为机械功 要求:气动性能好,叶片 自振频率高,振频分散度 小,转动惯量小,耐高温 ·材料:镍基合金

2）涡轮叶轮： • 作用：使气流在叶轮中膨 胀，将膨胀功转化为机械 功；将气流的的动能转化 为机械功 • 要求：气动性能好，叶片 自振频率高，振频分散度 小，转动惯量小，耐高温 • 材料：镍基合金 第三章 涡轮原理与特性

第三章涡轮原理与特性 1.2性能特点: 小流量时比轴流涡轮效率高 结构简单,叶片数少,允许较大的圆周速 度 单级膨胀比大,小涡轮可得到较大功率 高效区比较宽广 整体铸造,生产成本低 整个叶轮的轮盘全部与燃气接触,受热面 积大,转子内热应力大

1.2 性能特点： • 小流量时比轴流涡轮效率高 • 结构简单，叶片数少，允许较大的圆周速 度 • 单级膨胀比大，小涡轮可得到较大功率 • 高效区比较宽广 • 整体铸造，生产成本低 • 整个叶轮的轮盘全部与燃气接触，受热面 积大，转子内热应力大 第三章 涡轮原理与特性

第三章涡轮原理与特性 2、径流涡轮的热力学过程 2.1流动过程 具有P和T的发动机废气以 速度C进入涡轮壳,在喷嘴 环中膨胀加速,以绝对速 度C1进入叶轮 叶轮进口速度三角形: 气体在叶轮内继续膨胀做 功后以绝对速度C2流出叶 u 轮 出口速度三角形 进出口速度三角形在两个 相互垂直的平面内

2、径流涡轮的热力学过程 2.1 流动过程 • 具有P 和T的发动机废气以 速度C进入涡轮壳，在喷嘴 环中膨胀加速，以绝对速 度C1进入叶轮 • 叶轮进口速度三角形： • 气体在叶轮内继续膨胀做 功后以绝对速度C2流出叶 轮 • 出口速度三角形 • 进出口速度三角形在两个 相互垂直的平面内 第三章 涡轮原理与特性

第三章涡轮原理与特性 2.2热力过程 涡轮进口气体总焓为 (滞止焓) 2 T =u+ pv 在喷嘴环中的绝热焓 降: 实际过程膨胀到与 径流式涡轮级工作过程的焓熵图 1ad压力相同的1点, 有熵增实际焓降为: h.=h,-△h d

2.2 热力过程 • 涡轮进口气体总焓为 （滞止焓） • 在喷嘴环中的绝热焓 降： • 实际过程膨胀到与 1ad压力相同的1点， 有熵增实际焓降为： 第三章 涡轮原理与特性 * T I * T I 2 2 1 = I T + C I u pv T = + nad T ad h I I 1 * = − hn = hnad − hn

第三章涡轮原理与特性 在涡轮叶轮中的绝热焓降为: 叶轮中同样存在损失,实际 过程膨胀到2点焓降为: P2 涡绳总降为: 径流式涡轮级工作过程的焓熵图 l2+(C2-C2)

• 在涡轮叶轮中的绝热焓降为： • 叶轮中同样存在损失，实际 过程膨胀到2点焓降为： • 涡轮级的总焓降为： 第三章 涡轮原理与特性 ind ad ad h I I = 1 − 2 hi = hiad − hi ( ) 2 1 2 2 2 2 * 2 * hT = I T − I = I T − I + C − C

第三章涡轮原理与特性 2.3涡轮绝热效率 涡轮的实际焓降与绝热焓降之比就是涡轮的绝热 效率 2.4反力度P 卩表示焓降在喷嘴环与叶轮之间的分配关系,定 义为叶轮中的绝热焓降与涡轮级中的绝热焓 降之比 冲击式涡轮:P=0 反应式涡轮:P≠0,一般为0.5左右,焓降一 半在喷嘴环中,一半在叶轮中,减少损失

2.3 涡轮绝热效率 涡轮的实际焓降与绝热焓降之比就是涡轮的绝热 效率 2.4反力度 表示焓降在喷嘴环与叶轮之间的分配关系，定 义为叶轮中的绝热焓降与涡轮级中的绝热焓 降之比 • 冲击式涡轮： =0 • 反应式涡轮： 0，一般为0.5左右，焓降一 半在喷嘴环中，一半在叶轮中，减少损失。 第三章 涡轮原理与特性 Tad T Tad h h  =    Tad iad h h =   

第三章涡轮原理与特性 3、涡轮特性 涡轮也是在变工况下工作,需要了解涡轮在不同 工况下的性能变化情况 3.1相似流量、相似转速和速比U/Co 为便于在不同的涡轮机之间比较涡轮的性能,采用 相似参数 相似流量:M√ P:=CA,P, VT=CLA, P VT P T R PT P=R√G 由能量方程可得: k-1 IT=1+k RT1 2 kRT 由此可知,相似流量可表示为马赫数M的函数

3、涡轮特性 涡轮也是在变工况下工作，需要了解涡轮在不同 工况下的性能变化情况 3.1 相似流量、相似转速和速比U/Co 为便于在不同的涡轮机之间比较涡轮的性能，采用 相似参数 • 相似流量： 由能量方程可得： 由此可知，相似流量可表示为马赫数M的函数 第三章 涡轮原理与特性 1 * * 1 1 1 * * * 1 1 * T T P P R A T C P T C A P M T T T n T T n T T T =  = 1 1 1 1 R T T P  = 2 1 1 2 1 1 * 2 1 1 1 2 1 M k RT k k C T TT − = + − = + 1 1 1 kRT C M = 1 1 * * ( ) − = k k T T T P P

第三章涡轮原理与特性 相似转速 60u1 丌D M=-4 kRT 轮缘马赫数 相似转速也可以表示为马赫数的函数 马赫数相似,则流动相似,损失也相似 速比U/Co U=x×D2×n/60C。=√2hr 代表涡轮负荷的大小

• 相似转速： ---------轮缘马赫数 相似转速也可以表示为马赫数的函数 马赫数相似，则流动相似，损失也相似 • 速比U/Co 代表涡轮负荷的大小 U = D2 n / 60 第三章 涡轮原理与特性 * T T T n * T T T n * 1 60 1 D TT u  = 1 1 kRT u Mu = C0 = 2hT