电厂燃气轮机概论03压气机

超音速和跨音速 基元级速度三角形
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机械能增加
Lu
u(c2u
c1u )

c22
c12 2

w12
w22 2
w12 w22
2

2 dp
1 LfR
基元级中动叶的作用：1.加功，2.增压。
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静叶将气流的方向重新偏转到接近轴向方向，为
下一级的动叶提供合适的进气方向。静叶的气流通道
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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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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。
P qu(c2u c1u )
h u(c2u c1u ) Lu （单位质量）
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离心式叶片机
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• 涡轮机械的基本方程式 单位重力的流体所获得的能量为
1 H g (u2c2u u1c1u ) lC u1w1u u2w2u u(w1u w2u )
上的力大小相等，方向相反,

F

F'
叶片在轴向方向对气体的作用力为
Fa q(w2a w1a ) ( p2 p1)t
叶片在切向方向对气体的作用力为
Fu q(w2u w1u ) q(c2u c1u )
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叶片与气体间的功
推导一（动量方程）：
Fu q(w2u w1u ) q(c2u c1u ) P qu(c2u c1u ) h u(c2u c1u ) Lu （单位质量）
Lu
c32 c12 2
3 dp
1 LfRS

2 dp
1 LfR
3 dp
2 LfS
反力度的物理意义：动叶中的静压升高占整个基元级
静压升高的百分比。
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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。
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
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推导二（动量矩方程）：
P M F r r t F l
r
t
叶片对流体的合力矩=流体单位时间动量矩变化
M q(c2 r2 cos2 c1 r1 cos1)
P q(c2u r2 c1u r1 ) q(c2u u2 c1uu1)
基元级的静压升高在动叶和静叶之间的分配情况，对 于基元级对气体的加功量和基元级的效率有较大的影响。
为了表示出这一比例关系，通常采用反动度的概念， 它是基元级的基本参数之一。
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反力度定义

2 1
dp


L fR
Lu
通常，可以认为基元级出口绝对速度 c3 的大小和方向
都十分接近于基元级进口的绝对速度 c1 ，即 c3 c1 。
1
轴流压气机：0.85～0.90
离心压气机：0.75～0.85
s
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北京市高等教育精品教材立项项目
《电厂燃气轮机概论》
第3章 压气机
1
第3章 压气机
一．轴流式压气机的工作原理 二．压气机的特性曲线 三．压气机的喘振及防喘措施
2
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3
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一、轴流式压气机的工作原理
1. 基元级速度三角形 2. 叶片与气体间的力与功 3. 机械能增加与反动度 4. 压气机的增压比和效率 5. 压气机内部流动特征
• 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。
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超声速压气机增能原理
无论是超声速还是亚 声速基元级，动叶对 气体的加功都是通过 改变气流绝对速度的 周向分量，只是超声 速基元级和亚声速基 元级在加功和增压的 方式上有一些差别。
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。
C = w + u u r
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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
w1
Baidu Nhomakorabeaw2
c1
c2

c1a

wu
c1u u2
u1
cu
u c1a c1u (b)
wu
wu称为扭速，
uwu ucu
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压气机
轴流式压气机：流量大和效率高，在大 中型燃气轮机中获得广泛的应用。
离心式压气机：空气流量小，效率高于 轴流式的，简化了机组的结构，主要用 在小功率燃气轮机中。
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3、机械能增加与反动度
亚声速压气机增能原理
lC uwu ucu
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。
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4、轴流压气机的增压比和效率
压气机的增压比定义

k

p
k
p1
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压气机的总增压比发展历程
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压气机的绝热效率定义

k

L adk
Lk
p*
h*
k
k
k ad
L* ad k
p* 1 L* k