03-1轴流式压气机b特性
压气机的原理和特性
15
主要气动参数
进出气角β1和β2 进口冲角
进出气角：气流进、出口相对流速与叶栅前、 进口冲角：叶栅的入口安装角与气流进气 后额线的夹角。 角之差。
i =β1j-β1
出口落后角 δ=β1j-β1 气流转折角 Δβ=β2-β1
气流转折角：气流出气角与进气角之差。
出口落后角：叶栅的出口安装角与气流出气角之差。
压气机的流量特性线：
通过实验测定并作出的压气机流量特性曲线。
压气机的特性线组：
不同转速下的压气机特性线绘在一起，所得到的曲线 组，称为压气机的特性线组。
2.单级轴流式压气机的特性线
25
特点
①每一转速下的压比均有一最大值 （最大压比点：左、右两支）； ②压气机的喘振 ——转速不变，流量降低到一定值 后，压气机内的气流轴向脉动引起 的整台机器的剧烈振动。 喘振边界点：压比不稳定无法 绘出时对应的流量点。 喘振边界线：各转速下喘振工 况点的连线。
入口安装角和出口安装角 ：叶型中弧线在前缘点和后 14 缘点的切线与叶栅前、后额线的夹角。
叶栅的几何参数
叶栅前后额线
叶型安装角γp 栅距t 入口安装角β1j 出口安装角β2j
叶栅前后额线：叶型前、后缘点的连线。
栅距t ：两个相邻叶型上同位点在圆周方向上的距离。 叶型安装角γp ：外弦线与圆周方向的夹角。
2.压气机的喘振
37
压气机喘振的特征
压气机的流量时增时减； 压力忽高忽低； 整个机组剧烈振动并伴随特有轰鸣声。
压气机喘振的原因
内因（根本原因和必要条件）—— 压气机失速； 外因—— 压气机下游存在容积较大的管网部件。
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。
燃气轮机与联合循环-姚秀平-课后题答案-第三单元
1.压气机在燃气轮机中的作用是什么？连续不断地从周围环境吸取空气并将其压缩后供给燃气轮机的燃烧室。
2.燃气轮机所使用的压气机有哪两种类型？它们各有什么特点？轴流式：流量大、效率高但级的增压能力低，多应用于大功率燃机。
离心式：级的增压能力高但流量小、效率低，多应用于中小功率燃机。
3.轴流式压气机由那两个组成部分？由转子、静子组成。
转子：动（工作）叶片、叶轮(转鼓)、主轴。
静子：静(导)叶、气缸4.何谓扭速？何谓理论功？理论功是否可全部转换为气体的压力能？扭速：气流经过叶栅内的流动发生了转折，气流转折所引起的相对速度圆周分量的变化 成为扭速。
理论功：基元级的动叶栅加给单位质量气体的机械功成为理论功或加功量。
不能。
理论功的一部分用于气流的动能升高，也有一部分用于气流压力升高，还有一部分在气流流动过程中因摩擦等因素而转换成了热量。
5.压气机级的理论功为什么会受到限制？u 的增加要受到材料许用应力的限制，u 过大时，叶片根部截面处的离心拉应力会超过叶片材料的许用应力。
的增大要受到叶栅气动性能的限制 ， 过大时，在叶栅中气流的转折角过大，叶栅表面上的气流边界层容易分离并形成漩涡，导致流动损失大幅度增加。
所以压气机级的理论功会受到限制。
6.压气机的压比特性曲线有哪些主要特点？（1）每一转速下，压比有一最大值（2）转速不变，流量降至一定值时→不稳定→喘振（3）转速不变，流量增至一定值后→压比急剧下降→阻塞（4）转速越高，特性线越陡（5）效率的流量特性与压比类同7.8.试绘图说明压气机级在转速一定、体积流量增大和减小时，速度三角形的变化情况转速一定时，级的扭速与体积流量之间有什么关系？随着体积流量的增大，扭速必然减小，理论功也相应减小u w ∆w u w C u =∆u w ∆u w ∆w u w C u=∆9.何谓压气机的通用特性曲线？如何绘制通用特性曲线？压气机的通用特性曲线：用压气机的定性准则数为自变量绘制出的压气机的压比特性线和效率特性线，这些特性曲线是通用的，不只适用于一定几何尺寸和一定进气条件的压气机。
《飞机推进系统原理》教学大纲
《飞机推进系统原理》课程教学大纲一、适用专业本大纲适用于本科班飞行器动力工程专业。
二、课程的性质、地位和任务《飞机推进系统原理》是本专业的一门专业基础课，它是从系统的观点出发，研究飞机推进系统各主要部件的工作原理与特性，各主要部件之间的匹配工作及系统性能变化规律的课程。
通过本课程的教学应完成的任务是：使学生正确建立飞机推进系统的有关概念，深刻理解飞机推进系统工作原理，掌握性能分析的理论知识和基本方法，具备分析、判断、预防使用过程中常遇性能故障以及初步进行发动机性能论证的能力，为后续专业课程和将来从事专业技术工作打好扎实的理论基础。
三、章节学时分配和作业量四、教学要求及内容提要第一章飞机推进系统概论（一）教学要求了解飞机推进系统发展概况，了解涡扇发动机在飞机推进系统中所处的地位与发展现状，了解高、新技术在飞机推进系统中的应用与现代设计思想，了解涡扇发动机的分类及基本工作情形，理解发动机推力的产生原理、计算方法和公式，了解发动机效率的概念及其计算，了解发动机各种性能的评定指标。
（二）内容提要飞机推进系统的发展概况，喷气发动机的分类，涡轮风扇发动机的分类和基本工作情形，发动机的推力和效率及性能评定指标。
（三）重点难点重点：涡扇发动机在飞机推进系统中所处的地位与发展现状，涡轮风扇发动机的分类和基本工作情形，发动机产生推力的原理、推力的计算。
难点：发动机的效率。
第二章进气系统的工作原理与特性（一）教学要求了解进气系统的功用与要求，理解外压式超音速进气道的工作原理与特性，理解超音速进气道的调节方法与原理，了解进气系统与飞机、发动机相互影响的概念。
（二）内容提要对进气系统的要求和进气道的基本性能参数，超音速进气道的工作原理与特性，超音速进气道的调节。
（三）重点难点重点：进气道的基本性能参数，外压式超音速进气道的工作原理与特性，超音速进气道的调节方法与原理。
难点：外压式超音速进气道的节流特性及不稳定工作。
第三章压气机的工作原理与特性（一）教学要求了解轴流式压气机的组成及其研究方法和有关基本几何参数，理解压气机（风扇）的基本工作原理，深刻理解压气机（风扇）的通用特性，理解压气机（风扇）的不稳定工作及其调节措施，了解当代压气机（风扇）设计中的新思想、采用的新技术概况。
轴流式压气机性能预测方法的研究
轴流式压气机性能预测方法的研究轴流式压气机是现代航空发动机中最重要的组成部分之一，因为它的性能直接关系到整个发动机的效率和可靠性。
因此，如何预测轴流式压气机的性能成为了研究的重点问题之一。
一、轴流式压气机的原理和工作过程轴流式压气机的作用是将空气压缩并向后送到燃烧室中与燃料混合，在燃料燃烧后，把燃烧产生的高温高压气体排出，推动涡轮转子运转，从而推动飞机或直升机等航空器飞行。
轴流式压气机由多级叶片和转子组成，每级叶片和转子的形状和角度都不同。
空气经一级叶片进入转子，转子带动空气向前流动，并在转子的弯曲处受到离心力的作用而产生压力，压缩后的高压空气再经过下一级叶片和转子组成的高压气室进行二次压缩，最终向燃烧室中送入。
二、轴流式压气机性能预测的方法1.理论分析法理论分析法是最基本、最简便、准确度最高的轴流式压气机性能预测方法之一，它可以根据轴流式压气机的物理和气体动力学原理，通过计算机数学模型分析轴流式压气机的流动状态和性能参数。
其中包括轴流式压气机的空气动力设计、气动布局和气动特性的计算等。
2.实验测试法实验测试法是通过设计实验设备和测试方法来获取轴流式压气机性能参数的方法。
例如，使用实验台对轴流式压气机进行动态测试，在测试中通过操纵转子转速，通过测量进出口气压、温度、流速以及转速、功率等参数来获取轴流式压气机的性能数据。
虽然实验测试法在实际操作中较为复杂，对于模拟轴流式压气机的实际工作状态和获取真实数据具有不可替代的作用。
同时，数值仿真模拟经常需要简化或者把参数视为平均数，无法考虑部分离散变化，实验测试方法能够真实地反映压气机实际工作过程中的参数变化，能更准确的模拟实际情况。
3.数值模拟法数值模拟法是使用计算机软件模拟轴流式压气机流动状态、压力等参数的变化。
数值模拟法可以提供轴流式压气机流动状态的详细信息，例如流场状态、叶片间间隔、叶片载荷等。
相对于实验测试法而言，数值模拟法具有计算成本低、模拟速度快、数据采集不受时间、环境等因素影响等优点。
第四章压气机
W c 2uu2 c 1uu1
（u c 2u c 1u）
u1 u2时
ucu
uwu
cu 和w u 称为气流的扭速，它的大小与气流的转折角
与相对应。加功量的大小取决与圆周速度u和气
流扭速wu。要提高压气机的增压能力，必须增大u和w 。
增大前者受到材料强度的限制，而增大后者受到叶栅
气动性能的限制。
2
动叶：
h
* 1
h1
c
2 1
，
2
h
* 1
w
h1
w
2 1
2
h
* 2
w
h2
w
2 2
，
2
h
* 1w
h
* 2
w
，
p
* 2w
p
* 1w
静叶：
h
* 2
h2
c
2 2
2
h
* 3
h3
c
2 3
2
h
h1*w h2*w
P1w*
P2w*
c
2 2
2
w
w
2 2
p
w
2 1
2t 2
22
2
P1*
c
2 1
p
h
* 2
h
* 3
，
p
* 3
p
中弧线：叶型型线诸内切圆
中心的连线；
叶型转折角：在中弧线两
端点处切线间的夹角；
弦长b：中弧线两端点的距
离（投影长度）；
叶型中弧线挠度f ：弦长
与中弧线上平行与弦长方向 的切线之间的距离；
叶型最大厚度Cmax：叶型诸内切圆的最大值； 进出口缘厚度d1、d2:组成进出口圆直径； 相对出口缘厚度：d2/o; o为喉口最小截面。
《航空发动机结构分析》思考题答案
《航空发动机结构分析》课后思考题答案第一章概论1.航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型？指出它们的共同点、区别和应用。
答：2.涡喷、涡扇、军用涡扇分别是在何年代问世的？答：涡喷二十世纪三十年代（1937年WU；1937年HeS3B）；涡扇 1960~1962军用涡扇 1966~19673.简述涡轮风扇发动机的基本类型。
答：不带加力，带加力，分排，混排，高涵道比，低涵道比。
4.什么是涵道比？涡扇发动机如何按涵道比分类？答：（一）B/T，外涵与内涵空气流量比；（二）高涵道比涡扇（GE90），低涵道比涡扇（Al-37fn）5.按前后次序写出带加力的燃气涡轮发动机的主要部件。
答：压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷管。
6.从发动机结构剖面图上，可以得到哪些结构信息？答：a)发动机类型b)轴数c)压气机级数d)燃烧室类型e)支点位置f)支点类型第二章典型发动机1.根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标，指出各代涡喷、涡扇、军用涡扇发动机的性能指标。
答：涡喷表2.1涡扇表2.3军用涡扇表2.22.al-31f发动机的主要结构特点是什么？在该机上采用了哪些先进技术？答：AL31-F结构特点：全钛进气机匣，23个导流叶片；钛合金风扇，高压压气机，转子级间电子束焊接；高压压气机三级可调静子叶片九级环形燕尾榫头的工作叶片；环形燃烧室有28个双路离心式喷嘴，两个点火器，采用半导体电嘴；高压涡轮叶片不带冠，榫头处有减振器，低压涡轮叶片带冠；涡轮冷却系统采用了设置在外涵道中的空气-空气换热器，可使冷却空气降温125-210*c；加力燃烧室采用射流式点火方式，单晶体的涡轮工作叶片为此提供了强度保障；收敛-扩张型喷管由亚声速、超声速调节片及蜜蜂片各16式组成；排气方式为内、外涵道混合排气。
3.ALF502发动机是什么类型的发动机？它有哪些有点？答：ALF502，涡轮风扇。
优点：●单元体设计，易维修●长寿命、低成本●B/T高耗油率低●噪声小，排气中NOx量低于规定第三章压气机1.航空燃气涡轮发动机中，两种基本类型压气机的优缺点有哪些？答：（一）轴流压气机增压比高、效率高单位面积空气质量流量大，迎风阻力小，但是单级压比小，结构复杂；（二）离心式压气机结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级压比高；但是迎风面积大，难于获得更高的总增压比。
压气机变工况及特性曲线
轴流压气机的通用特性曲线
压气机的通用特性曲线的一些特征（1） 1. 压气机的工作特性可以概括地用 压比、相似时转速和相似 流量和效率这四个参数来表示； 2. 在表征压气机工作特性的压比 、相似转速、相似流量这 三个参数中，只要其中任意两个参数已经确定，那么，另 外一个参数也就相应确定了。这就是说，决定压气机运行 工况和工作 特性的独立参数变量只有两个。通常，人们 习惯于选用相 似转速和压比 这对参数，作为确定压气机 运行工况的独立参变量； 3. 压气机的 相似转速=常数 时，随着相似流量（又称为通流 能力）的增大，压气机的压比将逐渐下降。反之，当相似 流量减小时，压比将趋于升高。 通常，随着压气机相似转速的增高，反映压气机的压比 与相似流量之间的变化关系，就会变得更加陡峭。因而， 可以粗略地认为：压气机的相似流量主要与压气机 相似转 速的高低有关。
当压气机的转速一定时也就是工作叶轮的圆周速度恒定不变时压气机的压比就取决于气流流过动叶栅时相对速度在周向分量的变化值说明轴流式压气机级的流量特性用图多级轴流式压气机的特性线多级轴流式压气机的特性线与单级压气机的特性线的区别同一转速情况下当多级压气机的流量增大时其压比和效率的下降度要比单级压气机者厉害得多也就是说特性线的变化趋势十分陡峭这个特点在高转速工况下更为明显那时的特性线已几乎成为一条垂直于横坐标的直线
大气温度Ta 的变化，对于压气机特性线的影响
在压气机的转速 n 和容积流量恒定不变的前提下，在压气机通流部分中， 气流的速度三角形可以认为是变化不大的。假如忽略大气温度的变化对气流 马赫数的影响，那么可以近似地认为：由外界加给每千克空气的绝热压缩功 ⊿h 将恒定不变。但是，根据热力学的原理得知： ⊿h=(k/(k-1)R Ta〔（P2/P1)(k-1)/k - 1〕 由此可见，在 ⊿h≈常数 的前提下，当大气温度 升高时，压气机的压比 就会 下降；反之，当 Ta 降低时，压比 就会增高。 此外，当转速 n 和容积流量恒定不变时，随着大气温度 Ta 的改变，压气机的 效率也是会发生某些变化的。例如，当 Ta 增高时，由于声速 a=(kRTa)1/2 增大， 就会使得流经压气机的气流馬赫数减少, 气动阻力就减弱，因而压气机的效率 就会增高；反之，当大气温度 Ta 降低時,声速 a 减少,而气流馬赫数就会升高， 效率就会下降。 从上述讨论中可以看出:当大气温度改变時,相对于同一轉速 和容积流量来 说,压气机的压比和效率都会有变化.因此,大氣温度 对压气机的特性线是有影 响的。也就是说，在不同的进气温度 Ta 下所测得的压气机特性线是各不相同 的。似转速 有关，而 且当相似转速恒定不变时，随着压气机出口管网阻力 特性的变化，其压比的变化范围是可以相当大。 4）在压气机的通用特性曲线上，也同样有一条极 为重要的喘振边界，绝对不容许压气机进入到喘振边 界线的左侧的工况。 5）在每一条等相似转速线上，压气机都有一个最 佳效率 的运行点，当流经压气机的相似流量 偏离了 该运行点所对应的相似流量时，压气机的效率 就会降 低下来。 掌握了有关压气机通用特性曲线的上述特点，对于 今后进一步分析整台燃气轮机的变工况特性，会有很 大帮助。在研究整台燃气轮机的变工况特性时，将会 看到，压气机的通用特性曲线是极为有用和必需的
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。
THANKS
感谢观看
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
燃气轮机各部件工作原理(第一节压气机原理与特性)
进 后进 之出 额口 差气 线冲 。角 的角：夹：气角叶流。栅进的、入出口口安相装对角流与速气与流叶进栅气前角、
气流转折角：气流出气角与进气角之差。 出口落后角：叶栅的出口安装角与气流出气角之差。
3.压气机基元级的速度三角形
气流的绝对速度、 相对速度和圆周速 度的矢量关系：
扭速：相对速度的圆周分量变化量。 (反映外界对气体做功量的大小。)
——用假想的同轴圆柱面切割级的叶片排所到的高度无
穷小的级。
三个特征截面：
级前1、级间2和级后3
2.叶型与叶栅的几何和气动参数
➢ 叶型的几何参数
叶型 型线 中弧线 弦长b 前后缘方向角 叶型的弯曲角
叶型：叶片横截面形状。
型线：叶型轮廓线，包括背弧型线、内 中弧线弧：型叶线型及型二线者所的有连内接切圆圆弧圆线心。的连线。
能量损失
压气机效率：
输
理
入
想
的
压
机
缩
械
功
功
c W Ws 100%c WWs hc
1hc
W
压气机的能量损失
➢内部损失
① 型阻损失（影响因素：叶型） a、叶栅表面附面层中产生的摩擦和脱离现象引起； b、叶片表出口尾迹中的涡流以及与主流的掺混； c、在超音速气流中发生的激波现象等引起的能量损失。
② 端部损失（影响因素：叶片高度） 端部摩擦 二次流损失
前后缘方向角：叶型前、后缘点处中弧线的切 叶型线的与弯外曲弦角线θ：间表的征夹叶角型弦。弯长曲：程型度线的在角弦度线。方向的投影长度。
θ = χ1+外 内χ2弦 弦长 长— —— —b中弧线两端点的连线。
入口安装角和出口安装角 ：叶型中弧线在前缘点和后 缘点的切线与叶栅前、后额线的夹角。
第4章 轴流式压气机-2013
Luadb
Lu
h 4 adb
ห้องสมุดไป่ตู้h1
h4 h1
C p (T4adb T1 ) Cp (T4 T1 )
T1 (T4adb T1 1) (T4 T1 )
k 1
T1 (
(T4
k 1) T1 )
二、特性曲线
自变量——流量 参变量——转速 因变量——压比、效率
等效率线 堵塞线 喘振线
(nc )s
m T1 P1
m cor 298K 100kPa
m cor m
T1 100kPa 298K P1
T1, P1 是环境温度和压强
折合流量、折合转速，消除了环境因素的影响
将真实流量换成折合流量，真实转速换成折合转速， 得到通用特性曲线。
5.气体在轴流式压气机中的流动与损失
气流流过叶片前缘时分为两股：分别流向叶背和叶腹； 由于叶背和叶腹型线不同所以两股气流的速度也不同，叶背 气流速度高，局部可达超声速，叶腹气流速度低.
掺混，调匀损失
平面叶栅中的叶型损失（调匀损失+激波损失） （a）叶型腹面与背面附面层情况 （b）叶栅通道的激波
气流流过叶片时除平面叶栅的损失外，还有以下损失： （1）摩擦损失 （2）机械功损失；
第四章 轴流式压气机工作原理
轴流式压气机主要用于燃气轮机和大型船用发动机增压器；
轴流机结构
多级轴流式压气机剖面图 1-导向器 2-轮盘 3-工作叶片 4-机壳 5-整流叶片 6-转子轴
空气在轴流式压气机中的流动方向大致平行于工作轮轴； 结构上容易组织多级压缩，以每一级都较低的增压压力比
1. 环形叶栅和平面叶栅： 通道面积，进出叶栅的相对速度
工作轮
整流器
03-1轴流式压气机a原理
17
3、机械能增加与反力度
l y uwu ucu
动叶栅加给气流的机械功的大小取决于圆 周速度u和气流的扭速Δcu。要提高压气机 的增压能力，就需要提高基元级的机械外 功lc，即增大u和Δcu。
18
机械能增加
L y u ( c 2 u c1 u ) c 2 c1
24
如果反力度过低，则 气体通过动叶后静压升 高不多，表明动叶加给 气体的机械能主要是动 能，这样动叶出口的 速度就会很大，而且方 向也很斜。这样会加大 静叶的设计难度，因此， 需要尽量避免反力度过 低的现象发生。
反动度过高，则静叶 减速增加的作用没有得 到充分的发挥，转子负 担过重。
25
基元级的基本参数
12
w1
w u
w2
c1
c1a
c2
c1u
u2
cu
u1
c1 a c 2 a c 3 a
简化速度三角形
13
w u 称为扭速，
w1
w u
w2
c1
c1a
c2
在气流沿圆柱面流动的情
u 况下， 1 u 2 ，可得到
c1u
u2
cu
u1
c u c 2 u c1 u w u
2 1 i
平面叶栅攻角特性
p1 p 2 p1 p1
39
叶栅流动
40
特殊叶栅理论 (1) 串列叶栅理论
•第二排叶片的附面层重新生成；
•第二排叶片的来流攻角变化不大；
•第一排叶片负荷轻，第二排叶片 可以负荷重一些；
燃气轮机知识点总结
结构部分压气机1.大型压气机的工作温度范围是常温-400℃左右；压气机不需要特殊的降温手段，但在结构上应满足强度和刚度要求。
(C1p2)2.压气机通流部分的四种型式为：等外径、等内径、等平均直径、混合型。
(C1p7-10)3.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。
(C1p11)4.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。
气缸一般采用分段布置。
(C1p13)5.压气机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。
(C1p22)6.转子的刚度问题主要反映在临界转速上，机组的工作转速应避开临界转速。
最大工作转速低于一阶临界转速的称刚性转子，它要求临界转速高于最大工作转速20％— 25％。
当工作转速高于一阶或二阶临界转速的称柔性转子。
(C1p37)7.压气机转子的结构型式有哪三种？鼓筒式、盘式、盘鼓混合式。
(C1p39)8.盘鼓式转子的分类？焊接式、径向销钉式、拉杆式。
(C1p43)9.为获得良好的性能，动叶叶身型面设计主要考虑的两个因素是：是否满足气动及强度的要求。
(C1p63)燃气透平1.透平将高温燃气能量转换成为机械功，目前，大型燃机的透平进口初温为1100-1430℃，膨胀做功后降到约600℃。
(C2p3)2.透平静子由气缸、静叶及支承和传力系统等组成。
(C2p5)3.透平静叶的作用与设计要求(C2p16-17)透平静叶又称喷嘴，它的作用是使高温燃气在其中膨胀加速，把燃气的内能转化为动能，然后推动转子旋转作功。
对静叶设计的要求为：①耐高温、耐热腐蚀；②耐热冲击；③热应力小；④足够的刚度和强度。
4.透平转子是透平转动部分的总称，由透平轮盘、透平轴、工作叶片及联接件等组成。
轴流式压气机工作原理
1. 概 述 2. 压气机级的工作原理 3. 压气机叶栅的几何参数与叶片扭转规律 4. 压气机工作过程的特点 5. 压气机级中的能量损失 6. 压气机变工况及性能曲线 7. 压气机的喘振及防喘措施 8. 压气机结构
概 述
要使气体增压，就是使单位容积内气体的分子数目 增加，或让在气流中气体的分子彼此之间的距离靠近， 就可以达到提高气体压力的目的。 常见的气体增压方法有下述两种： 第一种方法是在活塞式压气机中来实现的 ; 第二种方法是利用动力式压气机来实现的 。燃气轮 机中的轴流式压气机便是，它是靠高速旋转的叶片对 气体作功来实现气流的压缩增压的。
轴流式压气机 的特点
轴流式压气机的空气流量可以做得 很大，而且多级轴流式压气机的效率 又比较高，一般为 84%～89%，因此 在近代大功率燃气轮机中，都毫无 例外地采用多级轴流式压气机来压 缩气体。
离心式压气机简图
离心式压气机 的特点
在离心式压气机工作轮中气体的流动方向与压气机轴线 垂直，所以对于离心式压气机来说，在工作叶轮中流动的 气体，由于能得到离心力的帮助，因而单级的压比就达到 3～8 。但是 ，在离心式压气机的效率比轴流式压气机要 低，只有75%～82%左右。 由于受到材料的强度的限制，工作叶轮的外径尺寸不能 做得太大，因此，工作叶轮的进口尺寸也就受到限制，使 其空气流量就不能做到很大。 离心式压气机适用流量小的场合，这时不仅效率高，且 结构简单，尺寸小等气机有两大基本组成部分
一是以转轴为主体的可转动部分，简称为压气机 转子。在转子上装有叶片，它是组成转子的主要部 件。由于运行时，这些叶片随着转子一起转动，故 称为动叶或工作叶片。 另一部分是以机壳及装在机壳上各静止部件为主 体的固定部分，简称为压气机静子。 在每列动叶之后，有一列固定于气缸体上的静止 叶片，称为静叶（或称为导叶）。
第四章压气机
进口速度 三角形
出口速度 三角形
出口速度三角形：
c2u
w2u
c2
w2
u2
➢ 滑差系数
当工作轮叶片数目无限多时，工作轮内的 气流被分成无限薄的流速。这时气流的运动与 叶片形状保持一致，气流出口的相对速度方向 与叶片安装角一致，称理论流动。
实际叶片是有数目的。所工作轮通道中的 气流不可能沿着叶片方向与安装角一致，而是 偏向于旋转的相反方向。这是由于惯性旋流的 产生而引起的。
气 流 转 折 角 ： 2 1
叶 型 转 折 角 ： 2A 1A
4、叶片扭转规律
基元级的研究只是沿 叶高某一半径截面上气流的 工作情况。但一个级是由无 数不同半径处的基元级叠加 而成。而气体在同一个环形 叶栅中，在不同半径上，其 参数是不同的（即气流沿叶 高是变化的）。所以还必须 研究气流参数沿径向的变化 规律。
c
h 3t h1 h3 h1
C p ( T3t T1 ) C p ( T3 T1 )
滞止等熵效率：
* c
h
* 3t
h
* 1
h
* 3
h
* 1
C
p
(
T
* 3t
T
* 1
)
C
p
(
T
* 3
T
* 1
)
多变效率只与压缩过程的平均多变指数有关。
多变效率：
采用多变效率主要是为了区分基元级内 内的流动损失。
p
随后,由动叶栅流出的高速气流进入静叶栅中 逐渐减速,使气流绝对速度的动能转换为气体的 压力能,使气体的压力进一步提高。
性能参数：
压气机进口参数：
T1 P1 C1 T1* P1* w1 动叶出口参数：
压气机知识
压气机的特性认识通过这学期的课堂学习和近段时间课下查资料学习，使我对压气机的知识有了一定的了解和认识。
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。
首先，我们了解下轴流压气机的结构和工作特性。
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。
每一排动叶和紧随其后的一排静叶构成轴流式压气机的一级。
压气机的效率高，说明压缩过程中的流阻损失小，实际过程接近理想过程。
或者说，压气机效率愈高，达到相同增压比时，所需要外界输入的机械功愈少。
目前，单级轴流压气机的绝热效率可以达到90％以上，高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85％以上。
高增压比的轴流压气机通常由多级组成，其中每一级在一般情况下都是由一排动叶和一排静叶构成，且每级的工作原理大致相同，因此我们可以通过研究压气机的一级来了解其工作原理。
轴流压气机的基元级由一排转子叶片和一排静子叶片组成，它保留了轴流压气机的基本特征。
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（如图1－1），在二维平面上研究压气机基元级的工作原理。
图1－1展开成平面的基元级速度三角形在研究压气机工作特性中有着重要的作用。
将动叶进口和动叶出口的速度三角形叠加画到一起，就可以得到基元级的速度三角形，如图1－2（a）所示。
在一般亚声速流动的情况下，气流经过基元级的动叶和静叶后，绝对速度的周向分量Cu和相对速度的周向分量Wu 变化比较大，而绝对速度的轴向分量Ca和相对速度的轴向分量w a变化不大，可近似地认为Ca1=Ca2=Ca3。
这样，基元级的速度三角形可进一步化简为图1－2(b)所示形式。
通过速度三角形我们就可以对压气机中气体流动情况进行分析。
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18
四类非设计工况分析之二
1 c za z n const c1a
•（二），在设计转速，工作 点位于红点处。此时流量小于 设计值，压比大于设计压比。 第一级流量系数小于设计值， 由于各级压比大于设计值，导 致后面级流量系数加速变小， 此时容易出现喘振。
23:06:09
当压气机工作转速小于 设计值时，首级将发生 旋转失速，并可能导致 喘振；当压气机工作转 速大于设计值时，末级 将发生旋转失速，并可 能导致喘振。
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40
喘振的主要特征
① ② ③ ④ ⑤ 压气机出口总压和流量大幅度的波动； 压气机内部形成逆向的轴向流动； 发出音调低而沉闷的放炮声； 非常强烈的机械振动；转速不稳定。 喘振时，其气流脉动频率和脉动振幅与流路容积 特性相关，频率低、强度大。 ⑥ 只要具备一定的出口高反压管路系统，旋转失速 基本上会成为喘振的前奏。
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2.多级轴流压气机在非设计工况下级间的不协调性
末 级 第 一 级 第 二 级
G A 1c1a A2 2 c2 a A3 3c3a＝ Az z cza 1
• 若工作压比高于设计值，此时流道收缩太慢，轴向速 度逐级加速变小； • 若工作压比低于设计值，此时流道收缩太快，轴向速 度逐级加速变大。
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4压气机的通用特性
什么是“特性曲线”？ 为什么要使用通用特性 曲线？
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22
u nD / 60 nD nD Mu ( ) a kRT T0* 60 kR T0* cz G / A (G / A) RT Mcz 2 * a D P0 kRT P kRT a:声速
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5
（2）当流量Gv减少到一定 值时压气机的工作进入不稳 定工况区，即进入喘振区。 每个转速下的流量特性线都 有自己产生喘振时的最小流 量Gvmin。各转速下喘振流量 点之联线称为喘振边界线。
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6
（3）随着压气机转速的 升高，流量特性线变得 陡直。
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7
（4）在一定的转速下，当Gv增 加到某一值时，压比和效率均急 剧下降。这表明，Gv的增加是有 一定限度的，我们把这个现象称 为压气机的“阻塞”。在不同的 转速下，发生“阻塞”的Gv是不 同的。
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26
失速裕度的定义
压比 s d
流量稳定裕度 增压比稳定裕度 综合稳定裕度的定义
s / Gs S .M . 1 100% d / Gd
பைடு நூலகம்
流量
一般情况，在设计转速下，压气机失速裕度应 为20%以上
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不稳定工况的分类
3
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1.单级压气机特性曲线 的变化规律分析
设计点工况
大流量工况
小流量工况
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4
2. 单级轴流式压气机的流量特性
（1）随着压气机流量Gv的 减少，πC＊起初升高，然后 下降。每条特性线的高压比 点将特性线分成左、右两支。 右支对应随Gv减少时压比增 加的情况，左支则对应随Gv 减少时压比下降的情况。
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30
旋转失速现象的经典解释
当流量减少时，动叶排中的某几个叶片可能率先出现分离， 于是这些叶片前面出现了明显的气流阻塞现象，受阻滞的 气流区使周围的流动发生偏转，从而引起左面叶片攻角增 大并分离，同时引起右面叶片的攻角减小并解除分离，因 而分离区相对于叶片排向左传播，即相对转子叶片按照叶 片旋转方向相反的方向转动。 站在绝对坐标系上观察，旋转失速团以比压气机转速 为低的速度，和压气机旋转方向相同作旋转运动。
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37
喘振的产生过程
流量减少 旋转失速 流量继续减少
叶背气流严重失速 下游的高压气体会产生倒流 叶片作用
堵塞压气机通道
正向压力梯度消失
气流又沿正方向流动
流量过小，失速区又会迅速扩大而产生堵塞 下游气体再度倒流 轴向振荡
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反复
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喘振
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喘振发生的位置
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8
3.单级压气机的实验特性曲线
亚声速压气机
超跨声速压气机
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9
二、多级轴流压气机特性
1.为什么压气机级数远大于透平？ 要使每级压比增大 加大气流折转角 加大Δu 叶片弯曲程度加剧
叶片背弧处易发生边界层分离 压气机易喘振
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扭速 wu 的限制
• Lu ucu uwu ，增大扭速可以增大基元级的加功量。 wu 增加导致：
实践证明，压气机叶栅中出现的失速区不是静止 不动的，它围绕着叶轮轴线以低于叶轮的转速连续地 旋转，所以这种失速现象称为旋转失速。
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当转速一定而空气流量减少时，就会引起转子动叶攻 角的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳 定流动，同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。在 转子后测得的流场表明，有一个或多个低速气流区以 某一转速沿动叶旋转方向转动，这种非稳定工况被称 为旋转失速。 旋转失速出现后，叶片会受到周期性交变的气动力作 用，叶片材料会因此而产生疲劳。如失速频率接近叶 片自振频率，将会使叶片产生很大的振动应力，造成 叶片损坏。
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目前燃气轮机中采用的压气机，由于设 计工况下的压比较大，流向动叶片的气流相 对速度已经很大，增大空气流量（变工况） 时，在流道的喉部截面（最小截面）上速度 很快达到局部声速而“阻塞”。
多级压气机的特性曲线较陡，流量变化范围 也较窄，尤其在高转速情况下，流量的微小改变 都会引起压升比很大的变化。
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四类非设计工况分析之四
1 c za z n const c1a
•（四），在超转的情况下，工 作点位于红点处。此时流量大 于设计值，压比也大于设计压 比。第一级流量系数大于设计 值，由于各级压比大于设计值， 导致后面级流量系数加速变小。 此时容易出现前堵后喘的情况。
w1
w u
w2
c1
c1a
c2
1. 2 1增大； 2. W2减小，逆压梯度增大；
c1u
u2
cu
u1
(b) 亚声速基元级
3. 流动分离，动叶加功能力、效率 和流量下降。
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11
•超、跨声速基元级，扭速 wu 是靠强烈的激波系获得。 •如果激波强度过大，激波本身 的总压损失和激波－－附面层 干涉损失严重，使得动叶的效 率急剧下降。
压气机非稳定工况可以分为两大类。 第一类属于气动弹性现象，这时叶片的振动属于自 激振动，这种现象被称之为颤振。这种现象不在这里 介绍。 第二类是单纯气动现象，它也会激发叶片的振动，但 这种叶片振动性质属于他激振动。
第二类非稳定工况又分为两种：一是旋转失速或称旋 转分离；另一种是喘振现象。二者既有差别又有联系。
（1）压气机折合流量 （2）压气机折合转速 （3）压气机增压比为 （4）绝热效率
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G T0*
以换算（折合）参数表示的轴流压气机的通用特性
n T0
G T0
p0
ncor 288 .16
Gcor 288 .16 101325
则折合流量和折合转速分别为
ncor n 288 .16 T0
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失速的不同类型 有些情况下，失速团会贯穿整个叶高，这时，失速团通常 只有一个。这样的失速形态一般发展为突变性失速。突变 型失速较多地产生在轮毂比较大的压气机中，由于叶片短， 旋转失速一旦产生就可能波及整个叶高 。 有时，失速团有多个，但每个失速团都没有贯穿叶高。其失 速形式称为部分展向失速。在一定的条件下，渐进型失速也 可以发展为突变型失速。
第三部分 第一章 压气机
第二节 压气机的特性曲线 第三节 压气机的喘振及防喘措施
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一、单级轴流压气机特性 二、多级轴流压气机特性 三、压气机的不稳定工况与扩稳
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2
一、单级轴流压气机特性 在一般的情况下，压气机的工作状 况是由进口压力Pa*、进气温度、转速n和流 量等四个独立变量决定的。在进气条件一定 和转速不变的条件下，压气机的压比、效率 随流量变化的关系通常称为压气机的流量特 性。用曲线表示这些参数之间的关系称为特 性曲线。
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1.旋转失速
当压气机的转速一定，流量 减小时，Clz下降，使冲角i增大， 产生正冲角，到正冲角过大时， 会在叶背引起气流分离这就是失 速现象。这时气流转折角增加， 扭速也增加，从而使叶栅通道中 沿气流方向的压力梯度增大，气 流拐弯产生的离心力场加剧了叶 背的气流分离。失速使效率明显 下降，甚至会导致喘振的发生。
1 c za z n const c1a
c za＝
c za
uz
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3.四类非设计工况分析之一
1 c za z n const c1a
•（一），在设计转速，工作 点位于红点处。此时流量大于 设计值，压比小于设计压比。 第一级流量系数大于设计值， 由于各级压比小于设计值，导 致后面级流量系数加速放大， 并容易出现堵塞。这也是多级 压气机的特性线要更陡峭一些 的原因。
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G A 1c1a A2 2 c2 a Az z cza 1
p
n
const
1 n
z pz 1 p1