燃气涡轮发动机13A

11燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机发动机教研室发动机教研室22第第1313章章空气系统空气系统33空气系统空气系统4413.113.1发动机内部空气系统和飞机气源系统发动机内部空气系统和飞机气源系统„„指那些对发动机指那些对发动机推力的产生无直接影响推力的产生无直接影响的空气流。的空气流。„„功能功能：：••发动机的内部和发动机的内部和附件装置的冷却；附件装置的冷却；••轴承腔封严；轴承腔封严；••控制轴承的轴向载荷；控制轴承的轴向载荷；••控制涡轮叶片的叶尖间隙；控制涡轮叶片的叶尖间隙；••发动机启动；发动机启动；••发动机防冰；发动机防冰；••该系统还为飞机使用要求提供引气，用于飞机空调、增该系统还为飞机使用要求提供引气，用于飞机空调、增压、机翼防冰、压、机翼防冰、探头加温探头加温等。等。44空气系统空气系统4413.113.1发动机内部空气系统和飞机气源系统发动机内部空气系统和飞机气源系统„„来源来源::••空气从空气从风扇风扇、压气机的、压气机的中间级和高压级中间级和高压级引出，以不同的引出，以不同的温度和压力满足特定的功能要求。温度和压力满足特定的功能要求。••飞机用气还可从飞机用气还可从辅助动力装置辅助动力装置的引气。的引气。••在地面时从在地面时从地面气源地面气源得到，它们都通到飞机气源总管。得到，它们都通到飞机气源总管。55空气系统空气系统„„组成组成::••发动机引气系统包括发动机引气系统包括::钢管道、单向活门、调节和切断活门，钢管道、单向活门、调节和切断活门，压力调节器和空气冷却系统。压力调节器和空气冷却系统。„„工作工作::••发动机接受压力空气，调节它的压力和温度，并引导其通过引发动机接受压力空气，调节它的压力和温度，并引导其通过引气切断活门到气源总管。气切断活门到气源总管。••气源总管包括分配、隔离、空气清洁和压力指示部件。气源总管包括分配、隔离、空气清洁和压力指示部件。••它的气源来自发动机、辅助动力装置或地面气源车的压力源，它的气源来自发动机、辅助动力装置或地面气源车的压力源，并且按需要引导到空调、热防冰或发动机启动系统。并且按需要引导到空调、热防冰或发动机启动系统。••管道是钛合金结构。管道是钛合金结构。空气系统空气系统77空气系统空气系统－－部件冷却部件冷却4413.213.2发动机主要部件冷却发动机主要部件冷却„„需要冷却的主要区域是需要冷却的主要区域是燃烧室和涡轮燃烧室和涡轮。。„„冷却空气用于控制压气机轴和盘的温度，既可冷却空气用于控制压气机轴和盘的温度，既可以对其冷却，也可以为它们加热。以对其冷却，也可以为它们加热。„„保证了温度的均匀分布，保证了温度的均匀分布，„„并通过控制热膨胀，保持最小的叶尖和封严间并通过控制热膨胀，保持最小的叶尖和封严间隙，改善了发动机效率。隙，改善了发动机效率。88空气系统空气系统－－部件冷却部件冷却99空气系统空气系统－－部件冷却部件冷却„„燃烧室冷却燃烧室冷却••燃气温度太高，不适于进入涡轮导向器叶片。未用燃气温度太高，不适于进入涡轮导向器叶片。未用于燃烧的空气，占总空气流量相当大的部分，被引于燃烧的空气，占总空气流量相当大的部分，被引入火焰筒。这部分空气在稀释区（掺混区）降低燃入火焰筒。这部分空气在稀释区（掺混区）降低燃气温度，然后再进入涡轮。气温度，然后再进入涡轮。••借助于二股流气沿火焰筒壁的内表面流动，形成一借助于二股流气沿火焰筒壁的内表面流动，形成一层隔热空气膜，将火焰筒壁面与热燃气隔开。层隔热空气膜，将火焰筒壁面与热燃气隔开。这部这部分空气约占总进气量的分空气约占总进气量的3/43/4。。1010空气系统空气系统－－部件冷却部件冷却„„涡轮冷却的涡轮冷却的原因及意义原因及意义::••高的热效率取决于高的涡轮进口温度，它受涡轮叶片和导向器高的热效率取决于高的涡轮进口温度，它受涡轮叶片和导向器材料的限制。材料的限制。••对这些部件进行连续不断的冷却可以允许它们的环境工作温度对这些部件进行连续不断的冷却可以允许它们的环境工作温度超过材料的熔点而不影响叶片和导向器的整体性。超过材料的熔点而不影响叶片和导向器的整体性。••从涡轮叶片向涡轮盘的热传导要求对轮盘加以冷却，从而防止从涡轮叶片向涡轮盘的热传导要求对轮盘加以冷却，从而防止热疲劳和不可控的膨胀率和收缩率。热疲劳和不可控的膨胀率和收缩率。••涡轮叶片的寿命：涡轮叶片的寿命：涡轮导向叶片和涡轮叶片的寿命不仅取决于涡轮导向叶片和涡轮叶片的寿命不仅取决于它们的它们的结构形式结构形式，而且还与，而且还与冷却方法冷却方法有关，因此内部流道的气有关，因此内部流道的气流设计很重要。流设计很重要。单通道内部对流冷却具有很大的适用效果，多通道的内部冷却涡单通道内部对流冷却具有很大的适用效果，多通道的内部冷却涡轮叶片，带外部气膜冷却冲击式冷却也已采用轮叶片，带外部气膜冷却冲击式冷却也已采用空气系统空气系统－－部件冷却部件冷却1212空气系统空气系统－－部件冷却部件冷却„„轴承腔冷却轴承腔冷却••轴承腔需要冷却吗轴承腔需要冷却吗??99在正常情况下在正常情况下,,不需要用空气来冷却发动机的轴承腔不需要用空气来冷却发动机的轴承腔,,99因为滑油系统冷却轴承腔来说是足够的因为滑油系统冷却轴承腔来说是足够的,,99而且只要有可能而且只要有可能,,轴承总是安排在发动机较冷的部位。轴承总是安排在发动机较冷的部位。••在需要在需要冷却的情况下，好的做法是设一个双层壁的冷却的情况下，好的做法是设一个双层壁的轴承座，让冷却空气通入其中间的空腔。空气还用轴承座，让冷却空气通入其中间的空腔。空气还用于轴承滑油于轴承滑油腔增压腔增压。。1313空气系统空气系统－－部件冷却部件冷却„„封严封严••功用功用：：99封严件用于防止滑油从发动机轴承腔漏出，封严件用于防止滑油从发动机轴承腔漏出，99控制冷却空气流和防止主气流的燃气进入涡轮盘空腔。控制冷却空气流和防止主气流的燃气进入涡轮盘空腔。••封严方法的选择：封严方法的选择：99在燃气涡轮发动机上使用了多种封严方法，选择何种方法在燃气涡轮发动机上使用了多种封严方法，选择何种方法取决于周围的温度和压力、可磨损性、发热量、重量、可取决于周围的温度和压力、可磨损性、发热量、重量、可用的空间、易于制造及易于安装和拆卸。用的空间、易于制造及易于安装和拆卸。••轴承腔封严空气来自压气机。轴承腔封严空气来自压气机。空空气气系系统统－－部件部件冷却冷却1515附件冷却附件冷却发动机的一些附件会产生大量的热，其中发电机即是一例。这些附件常发动机的一些附件会产生大量的热，其中发电机即是一例。这些附件常常需要有它们自己的冷却通路。此外，发动机机匣、点火导线也需要空常需要有它们自己的冷却通路。此外，发动机机匣、点火导线也需要空气冷却。机匣冷却来自外界空气气冷却。机匣冷却来自外界空气。。1616空气系统空气系统－－压气机稳定性控制压气机稳定性控制4413.313.3压气机稳定性控制压气机稳定性控制„„不稳定工作不稳定工作::••压气机特性告诉我们，无论在任何转速下，不断地减小进入压气压气机特性告诉我们，无论在任何转速下，不断地减小进入压气机的空气流量，到一定的程度，压气机都会进入到不稳定工作状机的空气流量，到一定的程度，压气机都会进入到不稳定工作状态。态。••失速：在压气机转速保持不变的情况下，由于某种原因进入压气失速：在压气机转速保持不变的情况下，由于某种原因进入压气机的空气流量减少，造成叶轮进口攻角过大，在叶背处发生气流机的空气流量减少，造成叶轮进口攻角过大，在叶背处发生气流分离的现象叫失速。分离的现象叫失速。••喘振：发生在压气机轴线方向上的低频高振幅的振荡现象叫喘振。喘振：发生在压气机轴线方向上的低频高振幅的振荡现象叫喘振。„„防喘采用的防喘采用的主要措施主要措施有：有：••中间级放气，压气机静子叶片可调，采用多转子。中间级放气，压气机静子叶片可调，采用多转子。1717空气系统空气系统－－压气机稳定性控制压气机稳定性控制44压气机空气流量控制压气机空气流量控制（防喘原理）（防喘原理）„„也可以说压气机防喘措施主要有采用中间级放也可以说压气机防喘措施主要有采用中间级放气，压气机静子叶片可调和采用多转子，即通过气，压气机静子叶片可调和采用多转子，即通过在非设计状态下，在非设计状态下，改变速度三角形改变速度三角形的绝对速度的的绝对速度的轴向分量、绝对速度的切向分量和圆周速度，从轴向分量、绝对速度的切向分量和圆周速度，从而使气流相对速度对转子叶片的迎角同设计状态而使气流相对速度对转子叶片的迎角同设计状态相近，避免叶片失速。相近，避免叶片失速。1818空气系统空气系统－－压气机稳定性控制压气机稳定性控制4413.313.3压气机稳定性控制压气机稳定性控制„„压气机喘振的压气机喘振的探测探测目前是依据目前是依据压气机出口压力的下降率或转子的减速压气机出口压力的下降率或转子的减速率来判断。率来判断。一旦探测出发生喘振，可一旦探测出发生喘振，可自动打开放气活门自动打开放气活门，可调静子叶，可调静子叶片片在关的方向上再调几度在关的方向上再调几度，瞬时减少供油，提供高能点火以防止燃烧，瞬时减少供油，提供高能点火以防止燃烧室熄火力图从喘振状态恢复过来。室熄火力图从喘振状态恢复过来。„„压气机的压气机的喘振裕度：喘振裕度：即即压气机共同工作线与喘振边界线之间的距离压气机共同工作线与喘振边界线之间的距离叫叫喘振裕度。为避免压气机进入喘振区，压气机应具有一定的喘振裕度。喘振裕度。为避免压气机进入喘振区，压气机应具有一定的喘振裕度。„„喘振线和工作线随许多因素变化，它们都不是固定的。喘振线和工作线随许多因素变化，它们都不是固定的。„„发动机发动机喘振常出现的阶段有启动、加速、减速和反推。喘振常出现的阶段有启动、加速、减速和反推。„„对于双转子轴流式压气机，对于双转子轴流式压气机，加速时高压转子加速时高压转子容易进入喘振区；容易进入喘振区；减速时减速时低压低压转子容易进入喘振区。转子容易进入喘振区。1919空气系统空气系统－－压气机稳定性控制压气机稳定性控制4413.313.3压气机稳定性控制压气机稳定性控制„„放气活门（放气活门（VBVVBV））的工作的工作::••放气活门打开放掉一部分压气机中间级的空气。这一般在低功率放气活门打开放掉一部分压气机中间级的空气。这一般在低功率和迅速减速时，一旦脱离喘振区，放气活门关闭。和迅速减速时，一旦脱离喘振区，放气活门关闭。••活门关闭过早或过晚均不利，关闭过早发动机没有脱离喘振范活门关闭过早或过晚均不利，关闭过早发动机没有脱离喘振范围，仍可能喘振；关闭过晚，放掉空气，造成浪费。围，仍可能喘振；关闭过晚，放掉空气，造成浪费。••关闭转速还受大气温度变化，关闭转速还受大气温度变化，大气温度高，关闭转速应增大。大气温度高，关闭转速应增大。„„新型发动机上采用可调放气活门（新型发动机上采用可调放气活门（VBVVBV），），活门开度是可活门开度是可变的，根据发动机状态参数计算决定开、关和开度大小。变的，根据发动机状态参数计算决定开、关和开度大小。„„活门实际位置通过活门实际位置通过反馈钢索反馈钢索传回控制器与要求位置比较。传回控制器与要求位置比较。2020空气系统空气系统－－压气机稳定性控制压气机稳定性控制4413.313.3压气机稳定性控制压气机稳定性控制„„可调静子叶片（可调静子叶片（VSVVSV））的工作的工作::••可可调静子叶片调静子叶片（（VSVVSV））是将高压压气机的进口导向叶片和前几级静子叶片是将高压压气机的进口导向叶片和前几级静子叶片做成可调的，当压气机转速从其设计值往下降低时，静子叶片逐渐关小，做成可调的，当压气机转速从其设计值往下降低时，静子叶片逐渐关小，以使空气流到后面的转子叶片上的角度合适。当压气机转速增加时，静子以使空气流到后面的转子叶片上的角度合适。当压气机转速增加时，静子叶片角度逐渐开大。叶片角度逐渐开大。••可调静子叶片的转角根据发动机参数计算，其输出控制作动器的