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轴流式涡轮性能优化探讨

【摘要】:图12-36 轴流式涡轮级的性能特性在涡轮性能方面,为了有效获得动力,涡轮导向叶片出口的马赫数限制在略大于1的范围,为了防止发生冲击波,工作叶片的相对速度限制在马赫数0.7以下。此值似乎与轴流式压缩器的值几乎相同,但与马赫数相对应的相对速度因音速与温度的平方根成正比,因此流过涡轮的燃烧气体的速度远远大于压缩器中的空气流速。

涡轮性能通过计算在进口、出口条件(p01p03T01)和转速(N)条件下能获得多大动力(涡轮功)来判定。因此,涡轮性能的表现方式类似于压缩器性能,把涡轮效率ηt和压力比p01/p03以转速变量978-7-111-51380-3-Chapter12-211.jpg和质量流量978-7-111-51380-3-Chapter12-212.jpg978-7-111-51380-3-Chapter12-213.jpg等变量来表示。

涡轮性能曲线如图12-36所示。虽然压力比增加时流过涡轮的流量增加,但增加到临界压力比后,不能再继续增加,此现象称为阻塞现象。阻塞现象在压力比2和3之间发生。在相同的压力比条件下,如果增加转速,流量反而会减小。

随压力比和转速变化的涡轮效率如图12-36b所示,不同于压缩器在较宽的范围内保持较高的效率(0.6~0.8)。如果压力比或转速不同于设计条件,质量流量率会减小或增加,这种变化会随入射角度的变化而发生变化。如果入射角度变大,容易形成附面层,会发生附面层剥离现象,导致流动损失的增大,在涡轮中向压力降低的方向流速增加,因此除了入射角度非常大的情况外,通常不会发生附面层剥离现象。因此,涡轮在较宽的运行条件下获得较高的效率。尤其是,即使在压力较大的状态,随压力比的流量变化幅度小,效率变化也小。但是,在压力比较小的领域,效率会急剧减小。在此领域随压力比的流量变化大,结果流动损失变化也大。

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图12-36 轴流式涡轮级的性能特性

在涡轮性能方面,为了有效获得动力,涡轮导向叶片出口的马赫数限制在略大于1的范围,为了防止发生冲击波,工作叶片的相对速度限制在马赫数0.7以下。此值似乎与轴流式压缩器的值几乎相同,但与马赫数相对应的相对速度因音速与温度的平方根成正比,因此流过涡轮的燃烧气体的速度远远大于压缩器中的空气流速。