第3章(第一节) 压气机的原理和特性

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发动机原理-压气机

发动机原理-压气机
2 确保燃烧的稳定性
压气机尽可能提供连续的、均匀的气流,以确保燃料的稳定燃烧,避免燃烧不完全和火 灾等问题。
3 降低燃油消耗
通过提高发动机的压缩比,压气机可以降低燃油消耗,使发动机更加节能环保。
压气机的工作原理
1
压缩
2
旋转的叶片将空气压缩,使其体积变小。
3
循环往复
4
空气经过多级压缩,不断循环往复,达 到更高的压缩比。
高效节能
未来的压气机将更加注重提高燃 烧效率,降低对环境的影响。
电动化
随着电动飞机的发展,压气机将 逐渐转向电动驱动。
创新设计
压气机的设计将不断创新,以提 高效率和性能。
结论和要点
1 压气机是发动机的核心组成部分,负责将空
气压缩并提供给燃烧室。
3 压气机的应用领域广泛,涵盖航空、动力工
程、汽车工业和军事装备等。
压气机的应用领域
航空领域
喷气式飞机和直升机等航空器的发动机都需要 压气机来提供压缩空气。
汽车工业
柴油发动机、涡轮增压器和气动制动系统等都 离不开压气机的应用。
动力工程
发电厂、船舶和工业设备等动力系统中的内燃 机也需要压气机。
军事装备
各类军用飞机、坦克、导弹系统等军事装备中 都需要压气机。
压气机的发展趋势
进气
压气机通过进气口吸入大量空气。
弹动能
离心力带动压缩的空气弹出,形成高速 气流。
压气机的种类
1 离心式压气机
2 轴流式压气机
利用离心力来压缩空气, 适用于低压缩比的发动机。
通过叶片的轴向流动来压 缩空气,适用于高压缩比 和高效率要求的发动机。
3 混流式压气机
结合了离心式和轴流式的 优点,兼具高压缩比和高 效率。

第3章 压气机

第3章 压气机

3.4 压气机防喘系统
3.4.1 压气机的喘振 基元级 攻角 落后角 失速:攻角过大时,气流从叶背分离,导致压气机效率降
低、工作不稳定、旋转失速、喘振。 旋转失速:失速区向叶片旋转相反方向移动的现象。 喘振:在非设计状态下,压气机前面增压级和后面增加级
不匹配,导致气流的攻角变大,所产生的脉冲型的气流分 离和堵塞。
3.4 压气机防喘系统
3.4.1 压气机的喘振 对于多级轴流式压气机,容易出现喘振的情况
➢ 在一定转速下工作时,若出口反压增大,使空气流量降 低到一定程度时,就会产生共振。因为空气流量降低时, 各级叶片上的气流攻角增加,容易产生气流分离和堵塞。
➢ 当发动机偏离设计工作状态而降低转速时容易发生喘振。
装配紧度研究
恰当半径内:鼓径向变形小,盘大;盘压入鼓 恰当半径外:盘径向变形小,鼓大;鼓压入盘
3.2.2 鼓盘式转子 1. 不可拆卸的鼓盘式转子
装配定心:径向销钉原理
3.2.2 鼓盘式转子
2. 可拆卸的鼓盘式转子 在转配以后可以根据使用和维修的要求进行可以进行无
损分解的转子。 分类 (1)用拉杆联接 JT3D (2)短螺栓联接 JT9D高压 (3)长轴螺栓联接 30KY低压
(2) 特点 端部过弯叶身的叶片
为了减少叶片两端壁附面层所造成的损失,而将叶身(包括静子叶 片)尖端和根部前、后缘特别地加以弯曲,提高压气机效率。
3.2 轴流式压气机转子
3.2.3 工作叶片及其与轮盘的联接 2、榫头的构造
(1) 要求
3.2 轴流式压气机转子
3.2.3 工作叶片及其与轮盘的联接 2、榫头的构造
(2) 特点 减震凸台
较长叶片为避免发生危险共振或颤震在叶身中部的凸台

压气机的原理和特性

压气机的原理和特性

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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
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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

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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。

电厂燃气轮机概论03压气机

电厂燃气轮机概论03压气机

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5
1、基元级速度三角形
基元级的概念
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,并且每级的工作原理大 致相同,可以通过研究压气机的 一级来了解其工作原理。
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6
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。
沿流向是扩张的,亚声速气流在扩张的静叶流道中进
一步减速和增压。
c22 c32
2

3 dp
2 L fs
基元级中静叶的作用:1.导向,2.增压。
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气体流经压气机级的参数变化
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反力度
气流流过压气机基元级时,动叶和静叶都对气流有增 压作用,当基元级总的静压升高确定后,就存在静压升高 在动叶和静叶之间的分配比例问题。
在气流沿圆柱面流动的情
况下,u1 u2 ,可得到 cu c2u c1u wu wu w1u w2u
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2、叶片与气体间的力与功




F ' p1 t p2 t q w2 q w1
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叶片与气体间的力
叶片作用在气体上的力,与气体作用在叶片
C = w + u u r
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7
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w1
w2
c1
c2

c1a

wu
c1u u2
u1
cu
c1a (bc)2a c3a
简化速度三角形
8

压气机

压气机

喘振机理 通过压气机的气流反复堵塞又畅通,使的通过压气机的流量大、流速高、
可压缩的空气在本身惯量和压气机给予的巨大能量作用下产生了周期行的震荡。
3、 压气机防喘系统
防喘措施: 1、放气机构 2、旋转一级或数级导流叶片 3、机匣处理 4、采用双轴或三轴结构
防喘措施
1、放气机构——从压气机某一个或数个中间截面放气
• 两面进气,这样可以增大进气量 • 对于平衡作用在轴承上的轴向力也有好处
一、 离心式压气机的组成
工作叶轮
一、离心式压气机的组成
• 3、扩压器
• 位于叶轮的出口处 • 其通道是扩张形的 • 空气在流过它时, 速度下降, 压力和温度都上升
• 密封装置分类
• 接触式:涨圈式密封 • 非接触式:
• 篦齿封严 • 蜂窝封严 • 石墨+篦齿 • 刷式封严
1、 封气装置
1 、 封气装置
各种不同的典型密封装置
1. 封 气 装 置
1. 封 气 装 置
各种不同的典型密封装置
• 蜂窝封严和刷式封严
2 、 间隙控制装置
• 目的:减少叶尖漏气,进一步提高发动机的性能和效率。
• 使气流拐弯并以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失 • 此过程中气流加速,防止出现拐弯分离流
• 气流参数变化
• 空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降
一、 离心式压气机的组成
2、工作叶轮
• 高速旋转的部件 • 工作叶轮上叶片间的通道是扩张形的 • 空气在流过它时, 对空气作功, 加速空气的流速, 同时提高空气的压力 • 从结构上叶轮分单面叶轮和双面叶轮两种
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4、双转子或三转子压气机
为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾,人们很自然的想到了三转 子结构。所谓三转子就是在双转子发动机上又多了一级风扇转子。这样, 风扇、低压压气机和高压压气机都自成一个转子,各自都有各自的转速。 因此,设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、风扇直径以及涵 道比。而低压压气机的转速也就可以不再受风扇的掣肘。

燃气轮机教学ppt课件6压气机

燃气轮机教学ppt课件6压气机

轴流式压气机
n 一个亚声速级的压比只有1.05~1.28左右, n 一个超声速级的压比为1.5~2.0。 n 通常轴流式压气机都是多级的。
轴流式压气机
排气
T
排气
B轴
15级
B
C
进气

进气
叶片越来越短 能量损失增加
离心式压气机
n 单级的压比高达3~8 n 但气体流动路线较曲折, 压缩效率较
低75%~85%。 n 受到材料强度的限制,工作叶轮的外
盘承受,使转子强度好。还可能达到最轻的质量。
在燃气轮机中应用广泛。 径向销钉转子 焊接转子
中心拉杆转子
径向销钉转子
盘鼓式转子
径向销钉孔周围应力集中 较严重,可能会产生裂纹。
径向销钉
主要在航空燃气轮机应用, 在重型燃机上基本不用。
花键传扭
盘鼓式 盘式
盘鼓式转子
焊接转子
—把轮盘在轮缘处焊接起来。
一个轮盘上装有数级动叶。 重型燃气轮机:电弧焊,工艺要求高。
二、压气机分类
活塞式压气机(又称容积式)
—利用气体容积的减少增压
供气压力较高 供气量较小 周期性的断续供气
伴随往复运动的振动
动力式压气机(又称叶片式)
—依靠高速旋转的叶片对气体做功实现压缩增压
供气压力相对低些 但供气量较大,且连续稳定
轴流式 气体流动方向大致平行于压气机旋转轴 离心式(径流式) 气体流动方向大致与旋转轴相垂直 混合式 同时具有轴流式与离心式工作轮叶片。
径向及圆周方向上都有梯度,且随时间而变,还需考虑气体粘性。
n 简化处理: n 取基元级,将三维流动简化为二维圆柱面流动的叠加; n 进一步简化: ①假设气流参数轴对称,或取周向平均值; ②气流的

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 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。

第3章第一节压气机的原理和特性ppt课件

第3章第一节压气机的原理和特性ppt课件
压气机的能量损失
1.压气机的特性与特性线 流量特性: 在转速、进气压力和进气温度一定时,压比和等熵效率随流量变化的关系,称为压气机的流量特性。 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。
压气机的类型及特点 压气机级的工作原理 压气机的特性 压气机的不稳定工况 压气机的结构
主要内容
(一)压气机的类型及特点
1.压气机的作用 ——向燃气轮机的燃烧室连续不断地供应高压空气。 2.压气机的类型 轴流式:Axial-flow Type Air Compressor 离心式: Centrifugal-flow Type Air Compressor
轴流式压气机的结构
压气机的级 —— 由一列动叶片和紧跟其后的一列静叶片构成的压气机的基本工作单元。
第一级
世界各大燃气轮机公司采用的压气机
制造厂
GE发电
ABB-Alstom
Siemens
三菱重工
燃机型号(系列号)
MS9001FA
MS9001G/H
GT26
V94.3A
M701F
M701G
压气机型式、级数
代替圆周速度马赫数的定性准则数
(四)压气机的不稳定工况
典型的 不稳定工况
失速 喘振 阻塞
1.压气机的失速
(a)流量大于设计值 (b)流量小于设计值
叶背的边界层分离区易扩大
叶栅的失速 ——叶栅中体积流量减小时,叶栅背面边界层发生严重脱离,以致脱离区占据大部分流道并引起流动损失急剧增大的现象,称为叶栅的失速。 当压气机的某一级或某列叶栅失速时,压气机就进入失速状态。 叶栅失速的特征 ①一般先发生在叶栅的若干局部区域; ②局部失速区不是静止不动的,而是围绕压气机叶轮的轴线,以低于叶轮的速度与叶轮同向旋转; ③失速区的圆周速度一般为叶轮圆周速度的20%~80%,对多级轴流式压气机为40%~60%。 ④在相对坐标系中,失速区以相对速度u’朝叶栅运动的相反方向传播。

发动机原理-压气机

发动机原理-压气机
备。
汽车发动机中的压气机通常与 发动机曲轴联动,利用发动机
的旋转来驱动压气机工作。
为了提高效率和减少能耗,汽 车发动机中的压气机通常采用 高效的设计,如采用高效的叶 轮和良好的密封措施。
汽车发动机中的压气机也需要 定期维护和检修,以确保其正 常工作和可靠性。
其他领域的应用
01
02
03
04
除了航空和汽车领域,压气机 还广泛应用于工业领域,如压 缩机站、气体分离和液化等。
现代航空发动机通常采用多级轴流式 压气机,这种设计能够提供更高的压 缩效率,同时降低能耗。
压气机的维护和检修对于确保航空发 动机的安全和可靠性至关重要,需要 定期进行清洗、检查和更换损坏的零 件。
汽车发动机中的压气机
在汽车发动机中,压气机通常 被称为空气压缩机,用于压缩 空气以供应制动系统、气瓶、 空调和其他需要压缩空气的设
空气的压缩
总结词
压缩过程是压气机工作的核心,主要通过压气机的旋转叶片实现。
详细描述
吸入的空气在压气机的叶片作用下开始压缩,随着叶片的旋转,空气被逐渐压缩,压力和温度也随之升高。这个 过程中,空气的体积被减小,密度增大,以便于更有效地进行燃烧。
空气的排
总结词
排出过程是压气机工作的最后一步, 主要通过排气口实现。
压气机的种类
离心式压气机
离心式压气机利用旋转叶片的离心力将空气吸入并压缩。其结构简单,可靠性 高,但效率较低。
轴流式压气机
轴流式压气机利用高速旋转的叶片将空气吸入并沿轴向流动,通过叶片的多次 压缩达到高压。其效率较高,但结构复杂,维护成本较高。
压气机的工作原理
01
02
03
空气吸入
压气机通过进气道吸入空 气。

第三章 进气道压气机涡轮

第三章 进气道压气机涡轮

第3章进气道、压气机和涡轮inlet 、Compressor and turbine第3.1节进气道Inlet一. 概述(Introduction)进气道的作用是引导外界空气进入压气机。

对进气道的要求是使气流流经进气道时具有尽可能小的流动损失,并使气流在进气道出口处(即压气机进口处)具有尽可能均匀的气体流场。

进气道前方气流的速度是由飞机的飞行速度决定的,而进气道出口的气流速度是由发动机的工作状态决定的,一般情况下两者是不相等的。

进气道要在任何情况下满足气流速度的转变。

进气道进出口气流状态瞬息万变,而进气道的形状不可能随着变化,因此,空气流经进气道时产生流动损失是不可避免的。

进气道的流动损失用进气道总压恢复系数σi来表示:(3.1-1)式中p2* ─ 进气道出口截面的总压;p1* ─ 进气道前方来流的总压。

根据压气机进口截面的流量公式:(3.1-2) 可以看出,当发动机工作状态不变时(q(λ2)为定值),进气道流动损失的大小改变了气流总压p2*,直接影响进入发动机的空气流量qma,从而影响发动机推力的大小。

因此设计进气道时应该尽可能减小气流的总压损失。

对进气道最基本的性能要求是:飞机在任何飞行状态以及发动机在任何工作状态下,进气道都能以最小的总压损失满足发动机对空气流量的要求。

二. 亚声进气道(Subsonic Inlet)亚声进气道是为在亚声速或低超声速范围内飞行的飞机所设计的进气道。

它的进口部分为圆形唇口,进气道内部通道为扩张通道,使气流在进气道内减速增压。

图3.1.1 亚声速进气道简图使用亚声进气道的喷气飞机其飞行速度可达到或略超过声速(约为300~350m/s),与之相比,压气机进口的气流速度往往较低,一般轴流压气机进口处气流速度为180~200m/s。

因此,迎面气流在进入压气机前需要在进气道中减速扩压,气流减速不一定都要在进气道内部进行,因为,若进气道内部扩张角太大,容易使气流分离造成总压损失,所以往往使气流在进气道前方就开始减速扩压,进气道前方气流的减速扩压过程可以近似的认为是理想绝热过程。

第3章 离心式压气机-2013

第3章 离心式压气机-2013

5、离心式压气机特性线的实验测量
压气机测试设备
Flow Nozzle 气流喷嘴
Test
Total Temperature
Pressure 总压
T ~ To 温度
Compressor
压气机
Throttle节流阀
Total
Pressure
Static
总压
Pressure
静压
热交换器
Shaft power from
② 当nk一定时,mk减至某一值时→出现喘振;
什么是喘振? 喘振,顾名思义就象人哮喘一样,压气机出现周期性的出风与
倒流,产生很大的噪音。 压气机在喘振区时,压轮内流量急剧波动,产生气流的撞击,
使压气机发生强烈的振动,噪声增大,而且出口压力不断晃动; 喘振的产生与压轮和管道的特性有关,容量与压头越大,则喘
增压比
压气机的压比定义如下:
πb =
Po,out Po,in
where:
πb = Pressure ratio [dimensionless] 压比(无量纲)
Po,in = Inlet absolute stagnation pressure [force/length²] 进气口绝对滞止压力 [力/长度2]
② 当nk一定时,mk减至某一值时→出现喘振;
什么是喘振? 当转速一定,压气机的进气减少到一定值,在叶道中气体会发 生分离,当分离现象扩展到整个叶道,空气不能再流入叶道中; 造成叶轮中出口压力突然下降,而叶轮后收集器等地方相对较 高的压力将气流倒灌回叶轮; 倒灌回流后,使得叶道内又充满空气,分离得到控制,使压轮 叶道内压力恢复正常,重新将倒流回的气流压出去。 空气压出后,由于空气不能进入叶道,叶道内流量再一次降低, 重新出现分离,叶轮出口压力又突然下降,气流又倒回; 这种现象反复出现,压气机工作不稳定,该现象为喘振现象。

燃气轮机各部件工作原理(第一节压气机原理与特性)

燃气轮机各部件工作原理(第一节压气机原理与特性)
Δβ=β2-β1
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:











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8次课-压气机-PPT

第8次课-压气机-PPT

离心式压气机
压 空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的
气 方向流动。WP5
机 轴流式压气机


空气在工作叶轮内基本沿发动机的轴线方

向流动。WP6,WP8,WP7, WP13,斯贝
型 混合式压气机。ALF502
5
3、压气机分类
根据转子的数目: 单转子——WP6,WP8 双转子——WP7,WP13,斯贝 三转子
分(c22-c32)/2 进一步转化成为空气的压力势能,使气
体的压力进一步增高。
37
3、如何提高轴流式压气机的性能
1)多级轴流式压气机的主要参数
(1) 轴流压气机的增压比
压气机的增压比定义为
:p压k 气机出口截面的总压;
p:压1k气机pp进1k 口截面的总压;
* :号表示用滞止参数(总参数)来定义。
第8次课 压气机
主要内容
第一节 概述 第二节 轴流式压气机工作原理 第三节 压气机构造 第四节 压气机附属装置 第五节 离心式压气机
2
第一节 概述 一、压气机功用
对流过它的空气进行压缩,提高空气的压力,
供给发动机工作时所需要的压缩空气。也可以为
坐舱增压、涡轮散热和其他发动机的起动提供压
缩空气。
1、评价指标
上式表明,压气机对1kg气体所做的压气机功是用
来克服流动损失,提高气体的压力和增加气体的动
能。 39
1)多级轴流式压气机的主要参数
(2) 压气机功 lc
影响压气机功的因素:
A、lcn —多变压缩功
B、l损 — 损失功 a、摩擦损失: b、分离损失 c、对涡损失 d、漏气损失
lc
lcn
c22
c12 2

《压气机特性》课件

《压气机特性》课件

未来压气机的发展趋势包括高能 效、轻量化、低噪音和智能化等 方向,以满足更加严格的环保和
能源效率要求。
面临的挑战包括如何进一步提高 压气机的能效和可靠性、如何降 低制造成本和提高生产效率等。
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压气机工作原理
总结词
压气机通过一系列的旋转或往复运动,将气体压缩并提高其压力。
详细描述
压气机有多种类型,但其基本原理都是通过某种形式的运动,如旋转或往复,来 压缩气体。在旋转式压气机中,叶片的旋转使气体在离心力的作用下被压缩。在 往复式压气机中,气体的压缩是通过活塞的往复运动实现的。
压气机分类
总结词
某型汽车发动机压气机优化设计
某型压缩机压气机优化设计
采用模拟退火算法对压气机涡轮进行优化 ,提高了发动机的燃油经济性和动力性。
采用梯度下降法对压气机叶轮进行优化, 提高了压缩机的效率和稳定性。
优化设计软件介绍
MATLAB
一款功能强大的数值计 算和数据分析软件,支 持多种优化算法和工具
箱。
Simulink
模拟退火算法
借鉴固体退火过程的物理现象 ,通过随机搜索来寻找最优解

梯度下降法
基于目标函数的梯度信息,沿 着函数值下降最快的方向寻找
最优解。
优化设计实例
某型航空发动机压气机优化设计
某型燃气轮机压气机优化设计
通过采用遗传算法对压气机叶片进行优化 ,提高了压气机的效率和可靠性。
采用粒子群优化算法对压气机流道进行优 化,降低了压气机的能耗和噪音。
一款基于图形的仿真软 件,可用于压气机系统
的建模和仿真分析。
ANSYS Fluent
一款流体动力学仿真软 件,可用于压气机的一款三维CAD软件,可 用于压气机的几何建模

第七讲离心式压气机

第七讲离心式压气机
相对速度的变化 圆周速度的变化(占据主导地位)


空气在扩压器中的流动
空气离开工作叶轮时,相对速度并不高, 而绝对速度还是很高的,一般相应的马 赫数为1.1~1.2。因此要有扩压器使空 气的静压进一步提高。 离心式压气机的扩压器一般由缝隙扩压 器和叶片扩压器两部分组成。


空气在集气管中的流动中
空气从叶片式扩压器流出之后,流入集 气管 集气管与燃烧室相连,它的作用除了把 空气导入燃烧室之外,还使气流速度继 续降低,进一步提高压力。 为了缩小径向尺寸,常把扩压器和集气 管统一在一起,气流在拐弯中一边扩压, 一边转为轴向。

第4.1节 离心式压气机

离心式ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ气机的特点及应用

与轴流压气机相比具有迎风面积尺寸大、效率低的 特点
图4-5 双面离心式压气机进气装置

气体经过工作叶轮的扩压
离心式压气机静压增加主要在工作叶轮中实 现,增压比为2.5-3.0 工作叶轮通道并不是设计成扩张形的


除了在导风轮中的变化之外, 在叶轮中的变化不 大 由于离心力作用,叶轮外径处压强比内径大的多

气体增压主要靠离心增压实现


总之,气体增压有两方面因素
由进气装置, 工作叶 轮, 扩压器, 集气管 等部分组成 叶轮和扩压器是其中 两个主要部件
图4-1 离心式压气机

离心式压气机的组成


典型的离 心式压气 机
4.1.1 离心式压气机的组成

进气装置


安装在叶轮的进口处, 其通道是收敛形的 功用


使气流拐弯并以一定方 向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失 此过程中气流加速,防 止出现拐弯分离流 空气在流过它时速度增 大,而压力和温度下降
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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:
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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。)
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4.压气机级中的能量转换关系
级中能量转换计算
动叶栅加功量(对单位质量气体)
2 2 c2 c12 w12 w2 wc uwu 2 2 2 p2 c2 c12 q1 vdp p1 2 2 p2 1 c2 c12 q1 dp p1 2 2 c2 c12 p2 p1 q1 2 12
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2.压气机的喘振

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。
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喘振与失速的区别
比较项 失速 喘振
稳定性问题
压气机本身的气动稳定 压气机与其管网组成的 性问题 整个系统的稳定性问题 时增时减 叶栅周向各处叶片同时 受到气流轴向脉动作用
3

轴流式
4

离心式
5

按工作原理和构造分类 活塞式压气机 叶轮式压气机
特殊引射式压缩器

按压缩气体压力范围分类 通风机(<110 kPa) 鼓风机(110~400 kPa) 压气机(>400 kPa)
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轴流式压气机和离心式压气机性能比较
比较项 气流总体流向 优 点 轴流式压气机
轴向 流量大、效率高 (80%-92%) 级的增压能力低 (单级压缩比1.15- 1.35) 大中型燃气轮机
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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。

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。
压气机总流量 不变 气流脉动作用 有一个或几个低速区围 绕压气机轴线旋转,叶 栅周向各处叶片轮流受 到气流周向脉动作用 气流脉动的影 气流周向脉动的频率和 响因素 振幅与叶栅本身几何参 数和转速相关
气流轴向脉动的频率和 振幅与管网容量大小相 关
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3.压气机的阻塞
压气机流量无法进一步增加; 压比及效率大幅度降低。
23.2
轴流 22级
30
轴流 17级
17
轴流 14级
21
10
压气机的发展趋势

提高压比:单台已达30以上

提高通流量 ——大功率
提高效率 ——提高经济性

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(二)压气机级的工作原理

1.轴流式压气机的基元级
——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
(阻塞机理同单级压气机的阻塞机理) 。
低转速下的声速阻塞 —— 末几级由于受流 量增大和前几级压比降低、气流密度减小 的双重影响,气流速度仍然增加较大并可 能达到声速,从而导致声速阻塞。
40

4.压气机的防喘
出发点:
减小非设计工况下的冲角。
常用的防喘措施:
(1)中间放气
旋转失速出现后,叶片将受到周期性气流激振 力作用。当激振力频率等于叶片自振频率时,叶片 发生共振,严重时会使叶片表面出现裂纹甚至断裂。

叶栅失速的种类
①渐进型失速 a、随流量减小,失速先在一 个或几个叶片的叶尖处产生, 然后沿径向和周向扩展; b、压比、效率随流量的减小而连续变化; c、叶圈中可有一个或多个对称的失速区,多个失速区相 互干扰,不稳定性增加,常发生于叶片较长的级中。
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主要气动参数
进出气角β1和β2 进口冲角 i =β1j-β1 出口落后角 δ=β1j-β1 气流转折角 Δβ=β2-β1
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。
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。
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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:叶型型线所有内切圆圆心的连线。 弧型线及二者的连接圆弧线。
前后缘方向角:叶型前、后缘点处中弧线的切 弦长:型线在弦线方向的投影长度。 叶型的弯曲角θ:表征叶型弯曲程度的角度。 线与外弦线间的夹角。 θ = χ1+外弦长——b χ2 内弦长——中弧线两端点的连线。
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4.压气机的通用特性线
流量特性线的缺陷:
流量为自变量、转速为参变 量绘制的压气机流量特性线只 适用于一定几何尺寸和进气条 件的压气机,若压气机尺寸或 进气条件改变,需通过重新实 验获得特性线,应用不便。 “通用的”内涵: 无论压气机的尺寸 (几何相似)、进气量 和进气条件如何变化, 该特性线都适用。 “通用的”根据: 根据相似原理,若 对应的定性准则数彼此 相等,则对应的所有无 因次参数都彼此相等。
阻塞的特征
阻塞的产生原因
单级 压气 机阻 塞的 原因
高转速下的声速阻塞 —— 即气流流速达到声 速,流量达到最大临界值,形成气流阻塞。 低转速下的边界层脱离阻塞 —— 即由于气流 负冲角较大,动叶栅腹面上出现严重的气流 分离,使出口通流面积减小而发生阻塞。
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高转速下的声速阻塞 多级 压气 机阻 塞的 原因
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②突变型失速 a、当流量减小到一定值时,沿着叶片的整个高度几乎同时 出现失速,而后迅速向周向扩展; b 、压气机特性线上表现为:压比随流量发生突跃性变化; c 、叶圈中只有1~2个失速区,常发生于叶片较短的级中; d 、突变型失速的出现和消失具有一定的滞后性;受到的激 振力比渐进型失速时大得多,也更危险。
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通用特性线:
用压气机对应的定性准则数 为自变量绘制出压气机的通用 的压比特性线和效率特性线。
压气机的定性准则数
第一级动叶栅的进口速 度马赫数和圆周速度马赫数 是压气机的两个基本定性准 则数,其他任何与之成比例 且相互独立的无因次参数都 可代替成为定性准则数。
代替进口速度马赫数的 定性准则数
外部损失
①支持轴承和止推轴承上的机械摩擦损失; (相应的减损措施:采用高效轴承、适当润滑等措施) ②经过高压转子轴端与机匣之间的间隙泄漏到外界去的漏气损失。 (相应的减损措施:增设气封装臵)
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(三)压气机的特性

1.压气机的特性与特性线
流量特性:
在转速、进气压力和进气温度一定时,压比和等熵效 率随流量变化的关系,称为压气机的流量特性。
第三章 燃气轮机各部件的工作原理 (第一节 压气机原理与特性)
1
主要内容



压气机的类型及特点 压气机级的工作原理 压气机的特性 压气机的不稳定工况 压气机的结构
2
(一)压气机的类型及特点

1.压气机的作用
——向燃气轮机的燃烧室连续不断地供应高压 空气。

2.压气机的类型

按机内气体总体流向分类 轴流式:Axial-flow Type Air Compressor 离心式: Centrifugal-flow Type Air Compressor


气流在流过动叶栅时的相对速度降低 所释放的动能,除一部分转换为摩擦 热并为气体吸收外,其余都转换成气 体的压力势能,使气体的压力升高; 气流在流过静叶栅时相对速度降低所 释放的动能,除一部分转换为摩擦热 并为气体吸收外,其余都转换成气体 的压力势能,使气体的压力升高。
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影响压气机级的增压能力的因素(限制条件)
轴流式压气机的结构
9
世界各大燃气轮机公司采用的压气机
制造厂 GE发电
ABBAlsto m
Sieme ns
三菱重工
燃机型 MS900 MS900 GT26 号(系 1FA 1G/H 列号)
压气机 型式、 级数 压比
V94.3 M701 M701F A G 轴流 15级
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轴流 18级
15.4
轴流 18级
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特点
③压气机的阻塞 ——转速不变,流量增大到一定值 后,压比急剧下降,流量无法继续 增大的现象。 ④不同转速下的压比特性线形状稍 有不同,转速越高,特性线越陡。
注:效率随流量变化的曲线组与 压比随流量变化的曲线组特点 大致相同。
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压比随流量的变化情况(转速不变)
无损失时:级的压比随流 量的增大而减小
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叶栅失速区旋转的机理
当流量减小时,若叶片2的背部先出现气流分离,叶片2与 3之间的流道将被部分堵塞,于是该流道前方将形成低速 气流区(停滞区),导致该停滞区附近的气流改变流向。
左侧: 冲角增大, 气流分离, 失速区逆叶 栅运动方向 传播。
右侧: 冲角减小, 流动改善, 失速消除。
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旋转失速的危害
代替圆周 速度马赫 数的定性 准则数
某压气机通用特性线
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(四)压气机的不稳定工况
失速 典型的 不稳定工况 喘振 阻塞
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1.压气机的失速
叶背的边 界层分离 区易扩大
(a)流量大于设计值
(b)流量小于设计值
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叶栅的失速
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