动力涡轮的冷却和平衡空气方法探究

发动机工作时，动力涡轮导向器以及动力涡轮转子是在燃气涡轮流出的炙热空气流直接冲击下工作的，但气流温度已足够低，工作条件较燃气涡轮要好许多，主要表现在以下几个层面：

（1）气流温度较燃气涡轮的气流温度要低许多，对金属材料的强度影响有限。

（2）燃气涡轮出口气流温度分布较均匀，动力涡轮的热应力因素影响程度有限。

（3）动力涡轮转子的转速要低于燃气涡轮的工作叶轮，冲击载荷以及拉伸应力的影响有限。

由上述3个方面可以看出，动力涡轮的工作环境较燃气涡轮要好许多，基本上不会发生涡轮叶片烧伤、烧蚀、高温变形以及叶片拉长等故障。因此，不需要向动力涡轮正面提供冷却空气，只需要对动力涡轮转子的根部进行冷却即可。另外，需要在导向器与动力涡轮之间安装迷宫式封严件，以减小动力涡轮转子叶片尖区域的气流泄漏至最低值，从而提高动力涡轮工作效率。

动力涡轮同样也需要用冷却空气来平衡涡轮转子的正向推力，这些冷却空气与动力涡轮的涡轮转子的正向推力进行反向抵消，以弱化或消除涡轮转子产生的正向推力对部件封严件、轴承封严件以及对流经动力涡轮气流流量的影响。(www.xing528.com)

动力涡轮的正推力平衡，大多采取的是结构设计措施，一般为动力涡轮支架与迷宫式封严结构组成推力平衡空气室，而迷宫式封严结构主要是在涡轮盘之间形成。这种推力平衡空气室是作为平衡空气的储存场所，这些平衡空气可控制滑油流向、防止滑油泄漏以及控制流经动力涡轮的气流流量。

RR300型发动机的涡轮部分由两级燃气发生器涡轮（简称燃气涡轮N1）和两级自由式动力涡轮（简称动力涡轮N2）组成。它们在通过发动机的相同的空气流道中运行，动力涡轮与燃气涡轮之间没有机械传动，采用气动耦合。高温、高压气流对涡轮总成做功，涡轮总成将高温（高压）气体能量转换为机械能。涡轮部件的设计充分考虑了通过燃气涡轮盘和动力涡轮盘的气体的冲击和反作用。因此，RR300型发动机的涡轮总成可大致归类为冲击反应型涡轮。

改变燃油流量会改变通过涡轮部分的气体温度，温度的改变会使进入涡轮的气流中的能量发生变化，从而导致气体膨胀率的变化。膨胀率的变化将导致流经涡轮的气流速度发生变化，从而改变其产生的扭矩。因此，任何燃油流量的增加都会导致涡轮产生的扭矩增加。燃气涡轮产生的增量的扭矩ΔQ燃，增加了燃气涡轮（N1）的转速，从而增加了空气流质量。增加的空气流质量导致动力涡轮（N2）产生的增量扭矩ΔQ动被输送至直升机主旋翼和尾桨系统，并以此保持稳态的转速。

通过燃气涡轮出口处的4个热电偶测量燃气涡轮出口的气体温度。这个温度被称为测量的燃气温度（Measured Gas Temperature，MGT）。在有些资料上，这个温度又被简写为TOT（Turbine Outlet Temperature），即燃气涡轮出口处温度。实际上，将测量的燃气温度（MGT）和燃气涡轮出口温度（TOT）这两种定义相比较，燃气涡轮出口温度（TOT）这一定义是比较准确的，它直观地表述了发动机最高温度。