03轴流式压气机c结构解析
《燃气轮机与联合循环》第三章 燃气轮机各部件的工作原理
气流被阻塞，压比和效率降低
2021/10燃/10气轮机与联合循环
能源与动力学院
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-1 压气机原理与特性
四、轴流式压气机的不稳定工况 3、喘振
✓ 1）原因
内因：压气机失速；外因：压气机下游有容积较大的管网部 件（燃烧室、透平等）。
✓ 2）现象
是一种气流震荡现象，流量忽增忽减，压比忽高忽低，剧烈 震动并伴有轰鸣声
能源与动力学院
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 4、透平的结构
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 4、透平的结构
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 4、透平的结构
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 4、透平的结构
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 4、透平的结构
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 4、透平的结构
03轴流式压气机c结构
§3.3.1 压气机的通流部分型式
压气机的通流部分型式
（3）等平均直径：等平均直径的级数及效率介于两 者之间。
10
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§3.3.1 压气机的通流部分型式
压气机的通流部分型式
（4）混合型：在大流量、高压比的压气机中，
采用组合型的通流形式。
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§3.3.2 压气机的静子
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① 中心拉杆转子
中心拉杆转子若靠摩擦力传扭，每个轮 盘之间还需装有销钉。当运行中轮盘万一松 动，销钉将起保险作用而防止轮盘之间产生 相对滑移，以保证安全运行。而当转子拆开 后复装时，销钉可使各轮盘之间的周向相对 位臵保持原状。因此，中心拉杆转子除端面 齿式外，各轮盘之间都装有销钉。
（1）等外径: 等外径的优点是平均直径逐级增 大，即圆周速度逐级增大，故级的平均作功量 大于等内径的而使级数较少，其次是气缸平直 且 Nhomakorabea于加工。
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§3.3.1 压气机的通流部分型式
压气机的通流部分型式
（2）等内径: 等内径的优点是末级平均直径小而使 叶片高，有利于压气机效率的提高，还易于把通流 部分分为几个级组，每个级组设计成同一叶型以便 加工。
第三章 轴流式压气机原理和结构
第三节 轴流压气机的结构
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1
轴流式压气机原理和结构
轴流式压气机的工作原理 压气机的特性曲线 压气机的喘振及防喘措施 轴流式压气机的结构
2
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§3.3
轴流式压气机的结构
压气机是工作在300 — 550℃之间的 高速转动部件，由于该工作温度不 太高，结构设计时主要考虑作用在 压气机上的各种机械力。压气机在 结构上应满足强度和刚度要求。
飞机发动机维护—轴流式压气机的结构
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 3）鼓盘式——由若干个轮盘、鼓筒和前、后半轴组成。盘缘上有安 装转子叶片的榫槽。
图6. 轴流式压气机鼓盘式转子
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 由叶身和榫头组成。 1）叶身——早期有带减振凸台的风扇叶片；后期取消凸台改用蜂窝 夹层材料的宽弦风扇叶片。
图3. 轴流式压气机转子的基本形式
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 1）鼓式——圆柱形或圆锥形筒状结构，外表面有环槽或纵槽用于安 装转子叶片。
图4. 轴流式压气机鼓式转子
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 2）盘式——由轴和若干轮盘组成，盘和盘之间可以螺栓连接或焊接 成整体。盘缘上有转子叶片安装榫槽。
航空涡轮发动机（M5）
压气机
二 轴流式压气机
的结构
PART
过渡页
Transition Page
轴流式压气机由转子组件、静子组件这两大部件组成。根据工作原理， 沿轴向，转子在前静子在后，交错排列从而具有多级。
图2. 轴流式压气机的组成
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 基本形式有鼓式、盘式、鼓盘式。
图7. 风扇叶片
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 2）榫头——有销钉式、燕尾形、枞树形三种形式。
图8. 叶片榫头
2、轴流式压气机的静子
2.1 压气机机匣 机匣有分段式、分半式和整体式三种。
图9. 典型发动机的高压压气机分半式机匣
2、轴流式压气机的静子
2.2 静子叶片
图10. 静子叶片的固定方式
3-轴流压气机原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
平面基元级
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
基元级的局限性： 1、无法考虑端部损失；
2、径向参数的不均匀性；
3、多级匹配问题； 4、周向参数不均匀的问题
叶轮机械原理——
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
基元级的无因次参数和无因次速度三角形
基元级的无因次参数有：运动反动度量Ω、流量系数Φ和能量头系数 等。关于运动反动度已在上面讲过，下面只介绍其它两个参数． 一、流量系Φ： 流量系数是气流轴向分速与圆周速度的比值．它表示着压气机的通流 能力。
2 2 W12 W22 C2 C12 U 2 U12 Lu 2 2 2
（1）、给气流加入功叶栅中的气流动能必然发生 变化，也就是加工量体现在气流动能的变化上。 （2）三项的意义分别是：相对动能的变化量（动 叶静压的升高）、绝对动能的变化量（为静叶静压 升高做准备）、离心力做的功。
第三章轴流压气机基元级理论
基元级速度三角形及主要参数
速度三角形（velocity triangles）的组成
C W U
C: 绝对速度 W：相对速度 U：牵连速度
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机的工作原理
叶轮机械原理——
第三章轴流压气机基元级理论
决定速度三角形的主要参数 1、进口轴向分速度C1a 2、进口切向分速度C1u 3、圆周速度U
简述轴流式压气机从第一级到最后一级叶片的变化规律_概述及解释说明
简述轴流式压气机从第一级到最后一级叶片的变化规律概述及解释说明1. 引言1.1 概述轴流式压气机是一种常见的热能转换设备，广泛应用于航空、发电和工业领域。
它通过叶片的旋转运动将气体进行压缩，提高了气体的静压力和动能。
然而，叶片在压缩过程中不断受到气体的冲击和离心力的作用，这就要求叶片在设计和制造过程中具备一定的性能优化和结构改善。
本文旨在简要描述轴流式压气机从第一级到最后一级叶片的变化规律，包括影响叶片设计参数、叶片剖面及角度变化规律以及叶片材料和制造工艺的发展与改进等方面。
同时还涵盖了中间级叶片变化规律和最后一级叶片变化规律，并分析了气动特性、效率以及振动特性等关键问题。
通过对这些内容进行阐述，我们可以更好地理解轴流式压气机中各个级别叶片变化背后的原因与机制。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、轴流式压气机第一级叶片变化规律、轴流式压气机中间级叶片变化规律、轴流式压气机最后一级叶片变化规律以及结论。
引言部分将对文章的主要内容进行概述，为读者提供整体框架。
接下来的各个部分将详细描述轴流式压气机各级别叶片的变化规律，并解释背后的原因和机制。
最后的结论部分将总结本文主要观点，并展望未来发展趋势。
1.3 目的本文旨在探讨轴流式压气机从第一级到最后一级叶片的变化规律，从而增进对该设备工作原理和性能优化方面的理解。
通过深入研究叶片设计参数、叶片剖面及角度变化规律、叶片材料和制造工艺的发展与改进，我们可以更好地了解轴流式压气机在实际应用中遇到的挑战与解决方案。
此外，通过对气动特性、效率以及振动特性等关键问题进行分析，我们可以为未来轴流式压气机设计与制造提供参考意见，并预测其可能的发展趋势。
通过本文的撰写，我们希望能够促进轴流式压气机领域的研究与发展，推动该设备在不同领域应用的创新与进步。
2. 轴流式压气机第一级叶片变化规律：2.1 叶片设计参数的影响：在轴流式压气机中，第一级叶片是整个压气机系统中起始压缩空气的关键部分。
轴流压气机原理
高速旋转的叶片可能发生振动，导致叶片断裂或设备损坏。 解决方案包括优化叶片设计、加强设备刚度和改善气流稳 定性等。
结垢与磨损
在工业应用中，轴流压气机可能因吸入的灰尘、颗粒物等 导致结垢和磨损问题。解决方案包括定期清洗和维护、加 强过滤措施和使用耐磨材料等。
感谢您的观看
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轴流压气机原理
目录 CONTENT
• 轴流压气机概述 • 轴流压气机的工作流程 • 轴流压气机的结构与组成 • 轴流压气机的性能与优化 • 轴流压气机的应用与实例
01
轴流压气机概述
定义与特点
定义
轴流压气机是一种将空气或其他 气体压缩的机械设备，其气流方 向与转子旋转轴大致平行。
特点
轴流压气机具有较高的压缩效率 ，适用于大流量、低增压比的场 合，如航空发动机、燃气轮机等 。
01 02 03 04
密封结构用于防止空气在压气机内部泄漏，保证压缩过程的效率。
支承结构用于固定和支撑转子，确保其稳定运转，同时吸收振动和传 递扭矩。
密封和支承结构的设计需考虑机械强度、耐久性和维护性，以确保压 气机的长期稳定运行。
随着技术的发展，现代轴流压气机采用先进的密封和支承技术，以提 高性能和降低维护成本。
静子
静子是轴流压气机的固定部件 ，主要包括机壳、进气口和出
气口等部分。
静子的作用是引导空气流动， 确保气流在压气机中的流动路 径正确，同时将压缩后的空气
导出。
静子的设计需充分考虑空气动 力学原理，以减少流动损失和 阻力。
静子的制造材料和工艺对于压 气机的性能和使用寿命具有重 要影响。
密封和支承结构
气流进入
空气通过进气道进入压气 机，进气道的设计应确保 气流均匀、稳定地进入压 气机。
第三章 轴流压气机工作原理
第三章 轴流压气机的工作原理压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。
根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。
本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机一级的流动特性及工作原理。
第一节 轴流压气机的增压比和效率轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。
转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。
每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。
图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流叶片（静叶）。
图3－1 多级轴流压气机压气机的增压比定义为 ***=1p p k k π （3－1） *k p ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。
依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内，压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。
近六十年来，压气机的总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。
图3－2 压气机的总增压比发展历程压气机的绝热效率定义为***=k adkkL L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程所需要的机械功*adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L *之比。
p 1*p k*1k adkL *k L *ad ksh *图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(11)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1-=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(111--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到1111--=**-**T T k k k k k πη （3－5）效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。
轴流压气机原理教学课件PPT
能源行业
了解轴流压气机在能源行业中 的重要性，包括发电厂和石油 工业。
持续创新
展望轴流压气机的未来发展趋 势，包括模拟和数字技术的应 用。
影响性能的因素
1 叶片设计
2 进气流动特性
3 工作环境
解析叶片的设计和材料如何 影响压Байду номын сангаас机的性能和效率。
探讨进气流动的各种因素， 如速度、压力和温度对性能 的影响。
介绍温度、湿度和海拔等因 素如何影响压气机的性能和 适应性。
应用领域和前景展望
航空工程
探索轴流压气机在飞机和直升 机中的应用，以及对未来航空 技术的潜在影响。
压气机的构成和分类
• 说明轴流压气机的构成，包括压气机的主要部件和它们的功能。 • 介绍不同类型的轴流压气机，例如单级和多级压气机。
轴流压气机工作过程
1
压缩过程
2
介绍压气机如何将进入的空气压缩，并增
加其压力和温度。
3
进气过程
解析空气进入压气机的过程，包括进气口 和压气机的特殊设计。
排气过程
解释压缩后的空气从压气机排出的过程， 并探索排气系统的重要性。
轴流压气机原理教学课件 PPT
了解轴流压气机的原理和工作过程，探索其构成和分类，以及应用领域和前 景展望。
原理概述
通过对轴流压气机的探索，了解其在航空工程中的重要性以及如何实现高效 的空气压缩。
轴流压气机的定义
介绍轴流压气机的定义和它在航空和工业领域中的应用。
工作原理简介
详细说明轴流压气机的工作原理，包括空气流动和叶片的作用。
轴流式气压机相关知识点
轴流式气压机相关知识点轴流压气机，是气流基本平行于旋转叶轮轴线流动的压气机。
轴流压气机是功率在1MW及以上的燃气轮机中使用最普遍的压气机类型。
这类压气机大多采用多级，级数在7〜22之间。
大部分的轴流压气机有一组位于第1级转子叶片前面的进口导流叶片。
一级轴流压气机包括一组转动叶片和跟随其后的固定扩散叶片。
在最后一级固定扩散叶片之后的一组固定叶片被称为排气导流叶片。
轴流压气机是涡扇发动机的核心部件。
由于其涉及技术面广，研制难度大，一直是发动机研制中的瓶颈技术。
轴流压气机由多级组成，每一级包含一排转子叶片和随后的一排静子叶片。
工质首先由转子叶片加速，在静子叶片通道减速，将转子中的动能转变为静压能，该过程在多级叶片中反复进行，直到总压比达到要求为止。
在压气机中，气流总是处于逆压力梯度状态，压比越高，压气机设计越困难。
在转子和静子叶片通道内，气流流动由一系列的扩散过程组成：虽然在转子叶片通道中，气流的绝对速度有所增加，但是气体相对于转子的流速却减小了，也就是说，转子通道内也为扩散流动。
叶片通道截面的变化要适应气流的扩散过程。
每一级中气流扩散程度有限，意味着压气机每一级的压比有限。
而涡轮为顺压力梯度，气流在收敛叶片通道内加速，因此，单级压气机的增压比较单级涡轮的落压比要小得多，这就是单级涡轮可以驱动多级压气机的原因。
根据气动力学和试验结果来详细设计压气机叶片是非常必要的，这样做不仅仅是为了减少损失，还为了尽量减少失速发生。
失速现象在轴流压气机中十分普遍，尤其在压比较高时，失速问题更为明显。
对于叶型来说，当气流方向和叶片角度差(也就是攻角)过大时，就会发生失速现象。
压气机中，压力梯度与气流流动方向相反，不利于气流稳定流动，当流量和转速偏离设计值时，就容易发生逆流现象。
轴流式压缩机结构原理PPT幻灯片
轴流压缩机：指气体在压缩机中的 运动是沿压缩机轴的轴向进行的。
轴流压缩机主要是由机壳、叶片承 缸、调节缸、转子、进口圈扩压器、轴 承箱、油封、密封、轴承、平衡管道、 伺服马达、底座等组成。
1
轴流压缩机分为A和AV系列，均引进原瑞士苏 尔寿公司设计制造技术。A系列为静叶不可调， AV系列为全静叶可调。 型号标记示例如下： AV80-10 AV——全静叶可调式的轴流压缩机 80——轴流压缩机转子轮毂直径为80mm 10——轴流压缩机级数为12级
2
• 轴流压缩机的配置方式见下图：
压缩机 汽轮机 变速箱 发电机
3
• 汽轮机 • 型 号： • 入口压力： • 入口温度： • 工作转速： • 额定功率： • 旋转方向：
ENKS63/80/72 4.5 MPa（A） 440 ℃ 4157 r/min 36100 kW 从进气端看为顺时针
4
• 轴流压缩机
17
3、调节缸：调节缸由Q235A钢板焊接而成， 水平剖分型，中分面用螺栓联接，具有较高的刚 性，调节缸分四点支撑在机壳上，安装在机壳与 叶片承缸之间，因此有时称为中缸，而机壳为外 缸，叶片承缸为内缸。
18
调节缸的作用在于调节轴流压缩机的 各级静叶角度，以满足变工况的要求，安 装在机壳两侧的伺服马达在控制系统作用 下，通过连接板带动调节缸做轴向往复运 动，缸体则又带动各级导向环和嵌在环内 的滑块一起运动，滑快通过曲柄带动静叶 产生转动，从而达到调节静叶角度的目的 ，而各级静叶调节的大小，是通过变化各 级曲柄的长度来实现的，这些都是在气动 计算过程中确定的。
• 型 号：
AV80-10
• 介 质：
空气• 设计点流量： 6144m3/min• 进气压力：
03轴流式压气机c结构PPT课件
§3.3.2 压气机的静子
轴流式压气机静子主要由气缸 和静子叶片组件组成。它是压气机 中不旋转的部分
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2020/10/30
§3.3.2 压气机的静子
（一）气缸
气缸是静子的核心，其他的静止 部件均固定在上面。它是整台机组的 承力骨架，承受着机组的重量、压缩 空气的内压力以及其他的作用力。
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2020/10/30
§3.3.2 压气机的静子
（一）气缸
分段的气缸结构优点：
1. 前后缸可采用不同材料，前段工作温度 低用铸铁，后段工作温度高用铸钢，以 便物尽其用。
2. 每段气缸较短，便于内表及叶根槽的加 工。
3. 压气机一般需在中间级放气防喘，在气 缸分段处采用一圈环状放气道，这样沿 圆周一圈流出的气流较均匀，不会对叶 片造成不均匀的激振力。
§3.3.2 压气机的静子
（3）用固紧环固定的静叶环
用可拆卸的固紧环来固定静叶环。其优点 是气缸内壁无槽道而加工简化。
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§3.3.2 压气机的静子
3 可调静叶
MS9001E
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§3.3.3 转子
压气机转子是高速旋转的部件，它包括轮 盘、轴、动叶以及装在一起的其他零件。
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§3.3.2 压气机的静子
（一）气缸
在机组的轴向尺寸允许时，压气机出口采用直线 通道式的扩压器较好。扩压角2γ＜10°－12 ° 时扩压效 率较高。
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2020/10/30Hale Waihona Puke §3.3.2 压气机的静子
（二）静叶
静叶的功能是把气流在动叶中获得的动 能转变为压力能，同时使气流转弯以适应下 级动叶的进口方向。工作时静叶只承受气流 作用力，与动叶相比较强度问题不大，但应 考虑共振问题。通常，压气机静叶设计成直 叶片，且沿叶高各截面的型线一样。
飞机发动机原理与结构—压气机
举例：CFM56 发动机低压压气机的转子采用的就是鼓式转子。
一. 轴流式压气机的结构
（1）鼓式转子
CFM56低压压气机的转子
一. 轴流式压气机的结构
（2）盘式转子
结构形式：盘式转子由一根轴和若干个轮盘组成，用轴将各级轮盘联成一体。
2
转子叶片
3
压气机静子
4 轴流式压气机的工作原理
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
特点：数量多，尺寸形状复杂 组成：叶身 + 榫头
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
（1）叶身扭转：叶尖处叶型弯度小，安装角大，叶根处叶型弯度大，安装角小； （2）减振凸台：减振；减小空气流量,效率下降，离心力增加； （3）加强筋：减震的一种形式； （4）宽弦叶片：叶栅通道面积大，喘振裕度大，级效率高，减振效果好；
二. 转子叶片
2. 榫 头
周向燕尾形榫头
——简单，加工费用低，允许单独更换，所以一般用于压气机后几级 （叶片小，相应的离心负荷小）。
周燕尾型榫头叶片
周燕尾型榫槽
二. 转子叶片
3. 叶片的槽向固定
（a）榫头凸块和锁片固定
作用：防止叶片沿槽向
移动。
固定方法：
• 卡圈 • 锁片 • 挡销
（b）挡销和锁片固定 （c）（d）锁片固定 （e）弹簧卡圈固定 （f）锁丝固定
优点：
• 增加刚性，改变叶片的固有频率，降低叶片根部的弯 曲扭转应力。
• 减震凸台结合面上喷涂耐磨合金，当叶片发生振动时， 结合面互相摩擦，可起阻尼减振的作用。
缺点：
• 增加叶片的重量，使叶片的离心负荷加大； • 连接处局部加厚，使流道面积减少2%，减少发动机的
轴流压气机原理教学课件
3
学术竞赛
参加学术竞赛也是锻炼学生实践能力的有效途径 ，通过竞赛可以提高学生的竞争意识和团队合作 精神。
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数据分析
实验后，应指导学生进行数据分析和处理，通过数据分析来验证 轴流压气机的工作原理和性能特点。
学生实践与项目
1 2
课程设计
在课程设计中，可以要求学生设计一款新型的轴 流压气机，通过设计过程来加深对轴流压气机原 理和设计的理解。
科研项目
鼓励学生参与科研项目，通过实际的项目经验来 提高对轴流压气机的应用能力和创新能力。
环保化
开发低噪声、低排放的压气机，满足 日益严格的环保要求。
05
轴流压气机的教学资源与实验
教学资源推荐
01
教材
推荐使用《轴流压气机原理与设计》等教材，这些教材系统介绍了轴流
压气机的基本原理、设计方法、性能分析等内容，是学习轴流压气机原
理的重要参考书。
02
在线课程
推荐参加一些在线课程，如中国大学MOOC上的相关课程，这些课程
02
轴流压气机的工作原理
转子工作原理
转子结构
轴流压气机的转子由多级叶片组成，叶片呈螺旋 形排列，安装在转子叶片轮盘上。
工作原理
转子叶片在高速旋转时，将空气吸入压气机，并 在叶片的压缩作用下，将空气向前推进。
压缩过程
转子叶片通过不断旋转，对空气进行连续压缩， 使空气压力和温度逐渐升高。
静子工作原理
材料选择
选用轻质、高强度的材料，减 轻压气机重量，提高其性能。
控制策略
采用先进的控制策略，实现压 气机的智能调控，提高其响应
速度和稳定性。
未来发展趋势
高效化
03轴流式压气机a原理
09:48:26
26
基元级的速度三角形分析
•多级轴流压气机是由多个单级压气机串联组成，而
其中每一个单级压气机又是由很多个基元级沿叶高
叠加而成。 •压气机是通过无数个基元级实现对气体的加功和增 压，基元级构成了轴流压气机的基础。
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•设计压气机从设计压气机的基元级开始，而设计基元 级又是从确定基元级的气动参数开始。
元级中流动其参数可以认为只在沿压气机轴向和圆周
方向发生变化，在圆柱坐标系下，这样的流动是二维 流动。
09:48:26 8
2.轴流压气机基元级的速度三角形 为研究方便，可将圆柱面上的环形基元级展开 成为平面上的基元级。 C =w+u u r
09:48:26
9
w1
w2
c1
c2
w1
w u
u2
cu
u1
wu cu c2u c1u
只需要确定 c1a、 c1u 、u 和 wu四个参数，则简
(b)
化形式的基元级速度三角形就完全确定了。
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11
轴流压气机的基元级和基元级的速度三角形
问1：基元级的分析方法有何优点？ 问2：为什么轴流压气机要动叶和静叶配合？或 者说动叶和静叶的作用各是什么？
• 基元级的反力度低；
w1
Wu
w2
c1
c2
• 静叶进口的c2大，且斜； • 基元级静叶设计难度大。
38
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采用反预旋，可以：
• 提高基元级的反力度；
w1 w2
Wu
c1
c2
• 减小静叶进口c2，改善进 气方向； • 降低静叶设计难度。
轴流式压气机工作原理
工作原理
当气流进入导向器时，叶 片角度调整使气流按照所 需方向进入工作轮。
工作轮
作用
01
使气体压缩。
结构
02
由多个叶片组成，叶片呈螺旋形排列。
工作原理
03
当工作轮旋转时，气流在叶片的引导下做旋转运动，同时受到
叶片的压缩作用，使气体压力和温度升高。
扩压器
作用
降低气体的流速，将动能转化为压力能。
结构
优化与改进措施
优化设计
通过对轴流式压气机的设计进行优化，可以减小各种损失，提高压缩机的效率和工作稳定 性。例如，优化叶轮、导流器和机壳的设计可以改善流动状态，减小摩擦和泄露损失。
材料改进
采用高强度、轻质、耐高温的材料可以减轻压气机的重量，提高其机械性能和热力性能。 例如，采用钛合金、镍基合金等耐高温材料可以提高压缩机的耐热性能和使用寿命。
消音器
压缩空气通过排气导管排出压气 机外部，进入后续的燃烧室或涡 轮等设备。
为了减小排气噪音，轴流式压气 机通常配备有消音器，通过吸收 和反射声波来降低噪音。
03 轴流式压气机的结构与部 件
进口导向器
01
02
03
作用
控制气流方向，引导气流 进入压气机。
结构
由一组可调叶片组成，通 过改变叶片角度来调整气 流方向。
消音器
作用
降低压气机工作时的噪音。
结构
由一组消音片组成，消音片之间形成消音腔。
工作原理
当气体经过消音器时，由于消音片的阻尼作 用，气体的振动能量被吸收，从而降低噪音 。
04 轴流式压气机的性能与优 化
效率与损失
效率
轴流式压气机的效率是指其压缩空气的效率，通常以压缩机的出口压力与进口压 力的比值来衡量。提高效率可以减少能量损失，提高压缩机的性能。
第三章轴流压气机工作原理
第三章轴流压⽓机⼯作原理第三章轴流压⽓机的⼯作原理压⽓机是燃⽓涡轮发动机的重要部件之⼀，它的作⽤是给燃烧室提供经过压缩的⾼压、⾼温⽓体。
根据压⽓机的结构和⽓流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压⽓机和离⼼式压⽓机。
本章论述轴流式压⽓机的基本⼯作原理，重点介绍压⽓机基元级和压⽓机⼀级的流动特性及⼯作原理。
第⼀节轴流压⽓机的增压⽐和效率轴流式压⽓机由两⼤部分组成，与压⽓机旋转轴相联接的轮盘和叶⽚构成压⽓机的转⼦，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶⽚构成压⽓机的静⼦。
转⼦上的叶⽚称为动叶，静⼦上的叶⽚称为静叶。
每⼀排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的⼀排静叶（包括机匣）构成轴流式压⽓机的⼀级。
图3－1为⼀台10级轴流压⽓机，在第⼀级动叶前设有进⼝导流叶⽚（静叶）。
图3－1 多级轴流压⽓机压⽓机的增压⽐定义为***=1p p k kπ（3－1） *kp ：压⽓机出⼝截⾯的总压；*1p ：压⽓机进⼝截⾯的总压；*号表⽰⽤滞⽌参数（总参数）来定义。
依据⼯程热⼒学有关热机热⼒循环的理论，对于燃⽓涡轮发动机来讲，在⼀定范围内，压⽓机出⼝的压⼒愈⾼，则燃⽓涡轮发动机的循环热效率也就愈⾼。
近六⼗年来，压⽓机的总增压⽐有了很⼤的提⾼，从早期的总增压⽐3.5左右，提⾼到⽬前的总增压⽐40以上。
图3－2 压⽓机的总增压⽐发展历程压⽓机的绝热效率定义为***=k adkkL L η（3－2）效率公式定义的物理意义是将⽓体从*1p 压缩到*2p ，理想的、⽆摩擦的绝热等熵过程所需要的机械功*adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L *之⽐。
p 1*p k*1k adkL *k L *ad ksh *图3－3 压⽓机热⼒过程焓熵图由热焓形式能量⽅程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的⽓动关系式)1(11)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1-=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π（3－3） )1(1)(111--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4）将（3－3）和（3－4）式代⼊到（3－2）式，则得到1111--=**-**T T k k k k k πη（3－5）效率公式（3-5）式可以⽤来计算多级或单级压⽓机的绝热效率，也可以⽤来计算单排转⼦的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出⼝截⾯处值即可。
第9次课压气机(2)
1、 整流器机匣 2）整流器机匣分类
（1）分半式机匣 CFM56 CFM56发动机的高压压气机机匣为上下对分结构，前
段为钛合金锻件机械加工；后段为双层机匣，外层机匣作
为承力件，内层机匣是压气机气流通道外壁。
2）整流器机匣的方案
（1）分半式机匣 CFM56
1、 整流器机匣
2）整流器机匣的方案
（2）分段式机匣 许多发动机的压气机由3段组成。如： wp7发动机：由前机匣、中机匣、后机匣组成； 双转子涡扇发动机：分低压压气机机匣、中间机匣、高
危险，在叶身中部的凸台。装配好后，凸台连成一环状， 彼此制约，以增加刚性，改变叶片的固有频率，降低叶片 根部的弯曲扭转应力。
1、叶身的构造特点
（2） 特点
B、宽弦风扇叶片（V2500） 采用了在真空中用活性扩散粘合剂将钛蒙皮粘合在钛蜂窝 骨架上的特殊结构，减轻了叶片重量。 优点：没有增重、减震特性好、叶栅通道面积大、 喘振 裕度宽、级效率高等。
2、 整流器
1)叶片与机匣的固定方案 （1） 整流叶片的榫头固定
ws9发动机
1. 叶片与机匣的固定方案 （2） 直接固定法 A、螺帽联接 涡喷—6发动机整流 叶片是用螺纹轴颈和 矩形板直接装在机匣 内壁的环槽内，并用 螺帽拧紧。
1. 叶片与机匣的固定方案 （2） 直接固定法
B、焊接固定: WP13 的1,3,4,5级 除了1级空心整流叶 片用螺帽联接外，均 用焊接固定
三大段， 焊接或 整体制 造，再 用短螺 栓联接。
3、 混合式的鼓盘转子
（2） CFM56和V2500的高压压气机转子 三大段，1~2级钛 合金焊接，4~9级 不锈钢焊接，与3 级短螺栓联接。
两大段，短螺栓联接。
3 、混合式的鼓盘转子
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（1）等外径: 等外径的优点是平均直径逐级增 大，即圆周速度逐级增大，故级的平均作功量 大于等内径的而使级数较少，其次是气缸平直 且易于加工。
8 01:13:15
§3.3.1 压气机的通流部分型式
压气机的通流部分型式
（2）等内径: 等内径的优点是末级平均直径小而使 叶片高，有利于压气机效率的提高，还易于把通流 部分分为几个级组，每个级组设计成同一叶型以便 加工。
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§3.3.2 压气机的静子
（一）气缸
在机组的轴向尺寸允许时，压气机出口采用直线 通道式的扩压器较好。扩压角2γ＜10°－12 ° 时扩压 效率较高。
20
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§3.3.2 压气机的静子
（二）静叶
静叶的功能是把气流在动叶中获得的动 能转变为压力能，同时使气流转弯以适应下 级动叶的进口方向。工作时静叶只承受气流 作用力，与动叶相比较强度问题不大，但应 考虑共振问题。通常，压气机静叶设计成直 叶片，且沿叶高各截面的型线一样。
3
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§3.3
刚度
轴流式压气机的结构
轴流式压气机由于级数多而细长， 必须保证足够的刚度。对气缸来说， 要求有足够的抗变形能力和抗振能力。 而转子的刚度，主要对临界转速有较 大影响，对于一般所用的转子，当临 界转速符合要求时，转子的刚度就能 满足要求。
4
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§3.3
强度
第三章 轴流式压气机原理和结构
第三节 轴流压气机的结构
01:13:15
1
轴流式压气机原理和结构
轴流式压气机的工作原理 压气机的特性曲线 压气机的喘振及防喘措施 轴流式压气机的结构
2
01:13:15
§3.3
轴流式压气机的结构
压气机是工作在300 — 550℃之间的 高速转动部件，由于该工作温度不 太高，结构设计时主要考虑作用在 压气机上的各种机械力。压气机在 结构上应满足强度和刚度要求。
（一）压气机转子的结构型式
3、盘鼓式转子
盘鼓式转子把各级轮盘在轮缘或接近轮 缘处的鼓环压紧连接或焊接而形成。在轮缘 或接近轮缘处是一转鼓，转子刚性较好；而 离心力则靠轮盘来承受，转子强度高。故盘 鼓式转子兼有鼓筒式和盘式转子的优点而获 得了广泛的应用。
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3、盘鼓式转子
焊接式 盘鼓式 径向销钉式 中心拉杆转子 拉杆式 外围拉杆转子
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（1）焊接式转子
结构简单，不可拆卸。
焊接式转子常见于ABB公司生产的燃气轮机中。
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（2）径向销钉式
径向销钉转子重量轻，强度及刚度均好。但相 对于拉杆转子来说，径向销钉转子的解体、复装很 麻烦，工作量大。在燃气轮机总装时，径向销钉转 子不可能拆卸，是不可拆卸的转子。此外在销钉孔 周围应力集中较严重。
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（3）拉杆式
① 中心拉杆式
（a）轴向销钉式
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（3）拉杆式
① 中心拉杆式
（b）骑缝径向销钉式
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① 中心拉杆转子
（c）端面齿式
端面齿同时起传扭和对中作用，不再需要定位止口。 端面齿的齿形有三角形、矩形等，有直齿及圆弧状齿。 采用端面齿的转子对中可靠，当工作时各轮盘因温度不 同而热膨胀不一致时，端面齿处沿径向允许相互滑动， 以减小相互间的作用力。当端面齿与中心拉杆配合使用 时，转子的拆装更为方便。
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（二）动叶
动叶又称工作叶片，是高速旋转的 叶片，它把透平的机械功传给空气， 是压缩空气的关键部件。
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（二）动叶
设计的主要要求有：
1. 良好的气动性能，以保证有高的压缩 效率和压比； 2. 足够的机械强度，能承受巨大的离心 力和气动力引起的应力； 3. 在工作中能避开共振或有良好的振动 阻尼； 4. 加工容易，便于装拆等。
1. 前后缸可采用不同材料，前段工作温度 低用铸铁，后段工作温度高用铸钢，以 便物尽其用。 2. 每段气缸较短，便于内表及叶根槽的加 工。 3. 压气机一般需在中间级放气防喘，在气 缸分段处采用一圈环状放气道，这样沿 圆周一圈流出的气流较均匀，不会对叶 片造成不均匀的激振力。
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§3.3.3 转子
（一）压气机转子的结构型式
鼓筒式 盘式 盘鼓混合式
不可拆卸 可拆卸
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（一）压气机转子的结构型式
1、鼓筒式转子
鼓筒式转子由鼓筒及半轴组成，结构简单，刚 性好，一般为刚性轴。但由于它是靠鼓筒来承受离 心力载荷的，因而强度差，鼓筒外径处的圆周速度 不大于150m／s左右，故只适用于级压比低、通流部 分是等内径或接近等内径的压气机中。
（一）气缸
工业型机组的压气机气缸一般是铸造的。为 了减小气缸的厚度，通常采用在气缸外表面加筋 的办法来增强刚性。一般沿轴间及周向同时加筋， 不仅能获得良好的刚性，且气缸壁可较薄而使重 量较轻。
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§3.3.2 压气机的静子
（一）气缸
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§3.3.2 压气机的静子
（一）气缸 分段的气缸结构优点：
② 外围拉杆转子
与中心拉杆转子相比的另一个显著不同， 是转子旋转时外围拉杆要受到很大的离心 力，它使拉杆弯曲而产生弯曲应力。因此， 沿拉杆的方向必须有多处与轮盘上的孔相 配合，且需使每段未配合的小段拉杆的弯 曲应力在许可范围内。大多数的转子采用 有多个台阶的拉杆，台阶一般选择在压紧 面处与孔相配合。对靠摩擦力传扭的转子 来说，台阶还起着传扭的保险作用。
轴流式压气机静子主要由气缸 和静子叶片组件组成。它是压气机 中不旋转的部分
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§3.3.2 压气机的静子
（一）气缸
气缸是静子的核心，其他的静止 部件均固定在上面。它是整台机组的 承力骨架，承受着机组的重量、压缩 空气的内压力以及其他的作用力。
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§3.3.2 压气机的静子
轴流式压气机的结构
主要是对转子来说，因它承受着 很大的离心力、气体作用力等。
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§3.3.1 压气机的通流部分型式
压气机的通流部分型式
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§3.3.1 压气机的通流部分型式
压气机的通流部分型式
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§3.3.1 压气机的通流部分型式
压气机的通流部分型式
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① 中心拉杆转子
中心拉杆转子较多用于压气机 直径不太大的中小功率机组。仅个 别的大功率机组采用中心拉杆转子， Siemens KWU生产的燃气轮机为其 一例。
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② 外围拉杆转子
外围拉杆转子，一般用于 压气机直径较大的大功率 机组中。 通常，外围拉杆转子的拉 杆就分布在轮盘的一圈压 紧面处，即拉杆直接压着 压紧面，靠压紧面的摩擦 力传扭；首级和末级轮盘 不必象中心拉杆转子那样 传递轴向压紧力，可不因 此而加大厚度。 各轮盘之间的定位止口位 于靠近轮盘中心处。
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§3.3.1 压气机的通流部分型式
压气机的通流部分型式
（3）等平均直径：等平均直径的级数及效率介于两 者之间。
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§3.3.1 压气机的通流部分型式
压气机的通流部分型式
（4）混合型：在大流量、高压比的压气机中，
采用组合型的通流形式。
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§3.3.2 压气机的静子
1、叶身
对一些长的压气机叶片来说，由于叶 片长而薄，振动应力大，需在叶片上 加装阻尼凸台，以改变叶片的自振频 率，降低叶片的振动应力。
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1、叶身
目前，由于叶片精密成型工艺进展 迅速，各种复杂形状的叶片均能生 产且保证质量，故设计叶片型面时 主要考虑是否满足气动及强度的要 求，以获得良好的性能。
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§3.3.2 压气机的静子
1、直接装配的静叶
这种固定方式的静叶相当 于一个悬臂梁，它的缺点是叶 片刚性较差。对长叶片来说问 题较大，解决的方法是在静叶 端部加装内环来加强刚性。
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§3.3.2 压气机的静子
2、静叶环
① 焊接静叶环
将静叶插入两个加工有叶型孔的静叶内环 和静叶外环后焊接而成。
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（一）压气机转子的结构型式
2、盘式转子
盘式转子上各级轮盘是分开的，安装时以一定的过 盈量红套套在轴上，靠红套的预紧力传扭。由于轮盘的 强度好，可用于圆周速度较高的转子上。但由于主轴细 长，故刚性差、临界转速低，一般只能设计成柔性轴。 目前，美国WH公司的燃气轮机采用此种转子。
31 01:13Байду номын сангаас15
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§3.3.2 压气机的静子
（一）气缸
压气机进气机匣一般都是铸造的，进气 机匣中收敛器流道截面的不断缩小，以满足 气流在其中均匀加速的要求，同时使气流较 为均匀地流入进口导叶，以保证压气机达到 好的性能。
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§3.3.2 压气机的静子
（一）气缸
气缸内壁的型线取决于通流部分的型式。等外 径的内壁是一个直的圆筒，而其他型式的通流部分 的内壁型线是曲线。由于该型线的曲率半径很大， 通常用2～3条直线组成的折线代替，即气缸内壁是 2～3个圆坡面。在沿轴向分段的气缸中，气缸分段 处一般都和内壁两圆锥面的分界处一致，使单段气 缸的内壁型线是只有一个锥角的圆锥面，以利于加 工。