xc4010-5pg191ckj位都做相等的功,并且保证进入排气系统的气流具有均匀的轴向速度。高压涡轮的工作叶片也做成空心的,由压气机引气进行冷却。

涡轮盘通常由机械加工的锻件制成。它可以和轴制成一个整体,也可以带安装边由螺栓连接涡轮轴。轮盘的外圆还有涡轮工作叶片安装用的榫槽。为限制工作叶片对轮盘的热传导,每一级轮盘的两面都通一股冷却空气。

工作叶片安装在涡轮盘上的方法极为重要,因为在固定部位或叶片根部周围涡轮盘的应力对于限制轮缘速度具有很重要的意义。枞树形榫头是目前大多数燃气涡轮发动机所使用的(见图3-10),为保证载荷能由所有齿分担,这种榫头要做非常精密的机械加工。当涡轮处于静止状态时,叶片在齿上是活动的,当涡轮旋转时,在离心载荷作用下根部才变成刚性结合。

涡轮间隙,涡轮叶片和机匣之间存在间隙。由于材枞树形榫头和叶冠料、尺寸的不同,状态变化时收缩膨胀率的不同,间隙是变化的。发动机工作期间间隙大减少涡轮效率,因为大量燃气通过涡轮叶片和机匣间隙流走没有作功。如果间隙太小,转子叶片同涡轮机匣摩擦,引起涡轮材料的磨损或涡轮损坏。例如cfm56-5发动机试验说明,如果间隙大于0.25cm或0.01in,那么燃油消耗增加1%。这将导致每台发动机一年多用约30000kg燃油。

材料受热会膨胀,材料伸长量主要取决于受热的温度差和材料的尺寸。材料膨胀需要的时间取决于材料的厚度。薄的材料比厚的材料膨胀的较快。发动机启动时高温燃气作用在涡轮材料上,涡轮机匣膨胀的比涡轮转子快,这是因为机匣比转子薄,接触较高的温度和它的直径比转子大。然而,当转子转速加快时,在转子上的离心力增加,离心力减少间隙,转子盘和叶片伸长。注意到曲离心力引起的材料膨胀大于由热引起的膨胀,这意味着发动机在低转速比高转速叶尖间隙大。如果发动机减速或停车,涡轮间隙的变化是开始时由于离心力减小转子比机匣收缩快,后来是涡轮机匣收缩快,因为机匣材料薄。

为了减少燃气漏过叶片顶部时的效率损失,有的工作叶片带有叶冠(见图3-10)。叶冠增加了重量,但可将叶型做的更薄而抵消,带冠叶片可以减少振动。带冠叶片主要地用在有低转速的低压涡轮。工作叶片不带冠的,主要用在高转速的涡轮,可通过涡轮间隙主动控制系统保持间隙最佳,这是现代燃气涡轮发动机通常采用的。一些发动机用风扇后空气冷却涡轮机匣,一些发动机使用压气机不同级的引气通到涡轮机匣,见空气系统部分。

涡轮冷却,因为燃气温度太高,涡轮需要冷却。一方面冷却增加它的使用寿命,这是通过冷却内部涡轮部件象涡轮导向器(喷嘴导向叶片)和涡轮转子叶片实施;另一方面冷却可得到更好

的涡轮效率,这是通过冷却外部涡轮机匣实施的。高压涡轮喷嘴导向叶片和转子叶片用来自

发动机高压压气机的空气冷却。这些叶片的内部设计成复杂的冷却通道(见空气系统部叶冠枞树型叶根分),采用不同的冷却方法。对流冷却是最简单的方法,冷却空气流通过空心的叶片(见图3-11)。冷却空气从叶片底部和顶部的孔进入流经叶片的内部通路最后从叶片后缘流出同热的燃气流汇合。

插件盖后插件,这些冷却方法组合使用可以得到制造成本。

涡轮效率和使用寿命的较好平衡(见冷却空气孔,前插件高压压气机,空气入口前缘孔,后缘槽孔,高压压气机空气入口.

图3-11 涡轮导向器冷却,冲击冷却对于涡轮喷嘴导向叶片和转子叶片是较好的冷却方法。冷却空气首先流进嵌人叶型空心的管,管上有许多小孔作为喷嘴,冷却空气通过这些喷嘴冲击叶型内壁。这样改进了冷却空气和涡轮材料的接触,改进了热交换。冷却空气最后从叶片后缘流出同热燃气流汇合。

气膜冷却方法进一步改善冷却效果,用于涡轮喷嘴导向叶片和转子叶片。冷却空气经在涡轮叶型上钻的小孔流人热燃气,在涡轮叶片和导向器的外壁形成薄的气膜,该冷却气膜阻止热燃气同涡轮材料直接接触。气膜冷却是最有效的方法,因为它用最少的冷却空气达到最大的冷却效果。这种冷却方法的缺点是钻这些小孔非常困难,费用高。

在大多数现代燃气涡轮发动机上组合使用三种冷却方法。第一级喷嘴导向叶片首先接触从燃烧室来的燃气温度最高,采用对流、冲击和气膜冷却。同样,第一级转子叶片冲击冷却不是所有发动机制造厂采用的。第级喷嘴导向叶片正常用对流和冲击冷却。第级转子叶片正常仅用对流冷却,因为温度已经降低了．这些冷却方法组合使用可以得到制造成本,涡轮效率和使用寿命的较好平衡(见图3-12)．

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