压气机特性(精)
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航空发动机原理第五讲 发动机部件工作原理---压气机
29 2014年10月12日
三、轴流式压气机增压原理
级增压原理： 动叶 加功增速 靠扩张叶栅通道减相对速度，增加压力； 静叶 使在动叶中获得能量的气流，通过扩张叶栅通 道减速增压 同时静子还起导向作用将气流引导到一定方向 ，为顺利进入下一级做准备
30 2014年10月12日
速度三角形（出口）：
气流流出动叶的相对速度为W2； 叶片转动切线速度为U2； 气流流出动叶的绝对速度为V2。
18 2014年10月12日
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 气体在动叶栅中的流动：
近似认为动叶前后切向速度不变U1 U2 气流在动叶中相对速度降低，W2 W1（减速增压） 气流流经动叶的绝对速度增加，即V2 V1（转子做功）
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 气体在动叶栅中的流动： 伯努利方程（相对坐标系）
dp W22 W12 W fr 0 dp 0 W 2 2 W1
1
2
叶型弯曲形成扩张通道，相对 速度减小，压力提高
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四、热力过程及主要参数
1、热力过程 理想情况：绝热等熵压缩 实际情况：不可逆压缩（近似多变压缩）
h 2i
理想压缩功
2
P2*
P1*
等熵
实际压缩功
1 S
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四、热力过程及主要参数
2、效率计算
等熵过程的关系式： 等熵压缩功：
T2i p2 i ( ) T1 p1
42 2014年10月12日
压气机工作过程的特点
在亚声速基元级中，是通过气流在叶栅பைடு நூலகம்道中的折转来获得的
超声速基元级及其速度三角形
压气机工作过程的特点 的小结（1）
1. 由于空气有粘性，当它流过某一个物体时，就会沿表 面 形成一层附面层。紧贴壁面处的流速度降，沿着主 流的运动方向，附面层的厚度是在逐渐增加 。 2. 附面层的厚薄与气流的流动情况有密切关系 ，在压气 机的动叶、静叶的流道中是减速增压流动，因而就促 使附面层的增厚、发展。 3. 压气机叶型背弧的后段則是一个减速增压区，流动情 况正好与扩压流道中的流动情况相似，再加上由于当 气流沿着叶片的背弧面流动时，在惯性力的作用下， 存在着一种使气流离开叶片的背弧面而分离出去的自 然倾向。因此，在压气机叶型背弧的出气边上，很容 易发生气流的脱离现象 。
压气机工作过程的特点 的小结（2）
4. 在压气机叶型表面上发生的气流脱离现象，与气流的 冲角 i 的数值有密切关系：当正冲角较大时，在叶型 的背弧上将出现范围很广的、压力梯度变化很陡的减 速增 压区。由于气流在流经背弧表面时，在惯性力 的作用下，本来就存在一种脱离背弧的倾向，所以在 较大的正冲角的工况时，在叶型的背弧上就必然很容 易就会出现强烈的气 流脱离现象，进而为压气机发生 喘振现象提供了条件。 5. 在压气机叶型表面上发生的气流脱离现象，与叶型的 弯曲角 非常有关。叶型弯曲角 较大的压气机叶栅时， 就比较容易发生气流的脱离现象。
气流在增压流道中发生的脱离现象
平面叶栅吹风试验的示意图
可测量叶型表面的压力分布的 模型叶片
测量叶型表面的压力分布的压力计组。
压气机动叶栅叶型表面的压力特性
在压气机叶型背弧上产生的附面层和气流 脱离现象
在压气机叶型表面上发生的气流脱离现象， 与气流的冲角 i 的数值有密切关系：
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5讲 压气机
压气机旋转失速和喘振 失速区移动的原因是由于失速区把通道堵塞了一 压气机某一级出现失速，并不是沿整个环面同时 部分，使一部分气流向切线方向的前后分流，导致失 发生，而是在部分叶片中某个部位上首先发生，而且 速区后面叶片的正攻角加大，失速区前面叶片及失速 失速区不是固定在这些叶片上。失速区相对于工作轮 区叶片的攻角减小。于是失速区的叶片便解除了失速 叶栅向与旋转方向相反的方向移动。如果在地面上观 状态而失速区后面的叶片产生了失速。于是失速区就 察时，失速区附着在压气机工作轮上以较低的转速、 向叶片旋转相反的方向移动 。 相同的方果压气机的某一级，沿叶高各基元级进口相对速度w1都是 超声速，那就称为超声速级。一般叶片靠近叶尖的部分，由于轮缘 切线速度u较高，基元级进口相对速度为超声速，而靠近叶根的部 分基元级进口相对速度仍是亚声速，这样的压气机级称为跨声速级 。很多压气机的进口第一级属于跨声速级。
由于出口处气流相对速度w2减小，使工作轮叶栅出 口气流绝对速度c2具有与工作轮旋转方向相同的切线 分速度c2u，这说明超声工作轮叶栅对气体作了功。
3.1 压气机 (1)离心式压气机
轴向进气，径向排气 离心增压 优点： 结构简单、零件少 工作可靠 级增压能力强(6-12) 性能较稳定 轴向尺寸短 缺点： 效率低，迎风面大 适合：小推力级
WP5 发 动 机
3.1 压气机
(2) 轴流式压气机
空气通过压气机基本上沿轴向流动，故称轴流压气机 。
思考题 航空燃气轮机的主要性能指标有哪些？
什么是sfc？ 发动机的使用性能包括哪些内容？ 什么是发动机的总效率？
计算
2 某涡喷发动机，当速度为900km/h时，尾喷管中 燃气完全膨胀，尾喷管出口燃气速度为600m/s。忽 略燃油流量，求通过该发动机每千克空气的可用功、 推进功和排气动能损失，以及发动机的推进效率。 3 将上题中的涡轮喷气发动机改为涵道比为1的涡轮
电厂燃气轮机概论03压气机
02:11:43
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。
02:11:43
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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20
气体流经压气机级的参数变化
02:11:43
21
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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9
2、叶片与气体间的力与功
F ' p1 t p2 t q w2 q w1
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10
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
02:11:43
7
02:11:43
w1
w2
c1
c2
c1a
wu
c1u u2
u1
cu
c1a (bc)2a c3a
简化速度三角形
8
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。
航空发动机设计手册第8册—压气机
航空发动机设计手册第8册—压气机航空发动机作为飞机的心脏，其设计和性能直接影响飞机的安全和效率。
在航空发动机设计手册的第8册中，压气机是其中一个关键的部分，其设计和性能对发动机整体性能起着至关重要的作用。
在本文中，我们将深入探讨压气机的设计原理、工作特性以及对整体发动机性能的影响。
1. 压气机的基本原理压气机是航空发动机中的一个关键部件，其主要作用是将气体压缩，提高进气气流的压力和温度。
压气机通常由多级叶片和转子组成，通过叶轮的旋转将气体压缩，使其达到所需的进气压力。
压气机的设计需要考虑叶轮的叶片角度、叶片数目、叶片材料等因素，以实现高效、稳定的压缩过程。
2. 压气机的工作特性压气机在工作过程中会产生压力脉动和振动问题，这对发动机的可靠性和性能造成一定的影响。
在设计压气机时，需要考虑叶轮和转子的结构强度、动力平衡等问题，以减小振动和噪音，提高压气机的工作稳定性和可靠性。
压气机的流场特性对压气机的压缩效率和性能影响巨大，需要通过流场仿真和试验验证来优化设计。
3. 压气机对整体发动机性能的影响压气机的设计和性能直接影响整体发动机的性能和效率。
压气机的压缩效率、气动性能和工作稳定性会影响发动机的燃烧过程、推力输出和燃油消耗，直接关系到飞机的飞行性能和经济性。
在设计压气机时，需要综合考虑压气机与其他部件的协调配合，以实现最佳的整体性能和效率。
总结回顾通过对航空发动机设计手册第8册—压气机的深入探讨，我们对压气机的设计原理、工作特性以及对整体发动机性能的影响有了更深入的了解。
压气机作为航空发动机中的关键部件，在提高发动机性能和效率方面发挥着重要作用。
在今后的发动机设计和优化过程中，需要继续关注压气机的设计和性能问题，以实现更高水平的发动机性能和效率。
个人观点和理解作为发动机设计师，我深知压气机在航空发动机中的重要性。
压气机的设计和性能直接关系到整体发动机的性能和效率，对整个飞机的飞行性能和经济性影响巨大。
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
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。
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：
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。
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。
轴流式压气机特性课件PPT
05:19:40
Pstj
4000 3000 2000 1000
0 -1000 -2000 -3000
4000-0.5 3000 2000 1000
0 -1000 -2000 -3000
-0.5
0.0 0.0
05-3-15 (Channel)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0.5
stall_poi75页
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75页
四类非设计工况分析之二
12
第13页/共75页
3.四类非设计工况分析之一
cza c1a
1
z n
const
•（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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
288.16
（2）压气机折合转速： ncor1 n T0
（3）压气机增压比为：
* k1
（4）绝热效率计算如下：
P1*
P0*
1*
k 1
(
* k1
)
k
1
T1* T0*1牛牛文档分享第23页/共75页
T0* 288.16
22
以换算（折合）参数表示的轴流压气机的通用特性
n ncor T0 288.16
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
压气机气动力学
压气机气动力学压气机气动力学是研究压气机内部气流运动和压气机性能的学科。
它在航空航天、能源和工业领域发挥着重要的作用。
本文将从压气机的工作原理、气动力学特性和性能优化等方面进行阐述。
一、压气机的工作原理压气机是一种能够将气体压缩的设备，它通过旋转的叶片将气体加速并增加其压力。
压气机主要由进气口、压气机转子、压气机壳体和出气口等组成。
当气体从进气口进入压气机时，受到叶片的作用，气体被加速并压缩，然后通过出气口排出。
二、压气机的气动力学特性1. 进气过程中的压气机性能：进气过程中，气体受到叶片的作用，产生了旋转的气流。
进气过程中，压气机的性能主要取决于进气速度、进气流量和进气温度等因素。
2. 压气机转子的气动力学特性：压气机转子是压气机的核心部件，它通过旋转的叶片将气体加速并增加其压力。
压气机转子的气动力学特性主要包括叶片气动力、叶片间的气动相互作用和转子的流动特性等。
3. 压气机壳体的气动力学特性：压气机壳体起到了支撑和导向气流的作用。
壳体的设计对于提高压气机的性能至关重要。
压气机壳体的气动力学特性主要包括气流的流动特性、壳体的阻力和壳体的泄漏等。
三、压气机性能的优化为了提高压气机的性能，需要进行压气机性能的优化设计。
压气机性能的优化可以通过以下几个方面来实现：1. 叶片的设计优化：叶片是压气机转子的关键部件，其设计对于提高压气机的性能至关重要。
通过优化叶片的几何形状和叶片的材料选择，可以提高叶片的气动性能，从而提高压气机的效率。
2. 压气机壳体的设计优化：压气机壳体的设计对于减小壳体的阻力和泄漏非常重要。
通过合理的壳体形状设计和壳体的气动特性优化，可以减小壳体的阻力和泄漏，提高压气机的效率。
3. 气流的调控和控制：通过调控和控制压气机内部气流的分布和流动状态，可以实现气流的均匀分布和流动的优化，提高压气机的效率。
4. 运行参数的优化：通过优化压气机的运行参数，如进气速度、进气温度和出口压力等，可以提高压气机的性能。
基于BP和Elman神经网络的压气机特性的计算
第２ ５卷
的一种处 理方 法 。数据 归一 化处 理将所 有 的数据 转 化 为 ［一１ １ 之 间 的数 ， ，］ 目的 是避 免 因 为 输 入输 出
数 据数 量级差 别 较 大而 造 成 网络预 测 误 差 较 大 。
０ ４ ｎ＝０ ３上 的样本 作为 神经 网络 的训练数 据 ， ．、 ． 每
近 年来 ， 神经 网络技术 由于具有高 度非线 性映射 的特
Ｂ Ｐ神 经 网络结构 如 图 １所 示 ， 有 一 个输 入 层 、 具 两 个 隐含层 和一个 输 出层 。 １ １２ Ｂ ． ． Ｐ网络 传输 函数
点， 广泛应用于压气机特性线的计算中。但是， 由于 神 经 网络 的种类 繁多 ， 各有其 特点 ， 以 ， 所 针对压气 机 特性 计算 ， 分析应 用不 同神经 网络 所能达 到 的预 测效 果 是提高压气 机特性数据 准确性行之有效 的方 法 。 目前 ， 采用 Ｂ Ｐ神 经 网络 来 计 算 压 气 机 特 性 已
论， 一般 采用 多项 式 来 实 现 函数 逼 近 ， 文 献 ［ ］ 如 １，
１ 神 经 网络 建 模
１１ Ｂ ． Ｐ神 经 网络模型
１１１ Ｂ ．． Ｐ神 经 网络结构
Ｂ Ｐ神 经 网络 是一 种前 向反馈 网络 ， 文 选用 的 本
但 受 限于数 据 的稀 少 ， 度 有 时 并 不 能 达 到 要 求 。 精
对 压气 机特性 曲线 进行计 算 ， 并对结 果作 比较 分析 ，
得 出两 者各 自的特 点 以及 所适 应 的情况 。
在不稳定工况区内， 以压气机特性线一般仅 能提 所
供 部分工 况 数 据 ， 大 多 是 以离 散 点 形 式 存 在 的。 且 早 期较普 遍 的方 法 是 基 于 曲线 拟合 和 函数 逼 近 理
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。
THANK YOU
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
压气机的原理和特性
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。
第三十六页，共62页。
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；
压气机（>400 kPa)
第六页，共62页。
轴流式压气机和离心式压气机性能比较 7
比较项 气流总体流向
优点
缺点 应用场合
轴流式压气机
离心式压气机
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
径向
级的增压能力高 （单级压缩比高达4－
4.5）
流量小、效率低 （75%－85%）
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。
第三十三页，共62页。
➢ 叶栅失速区旋转的机理
34
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
➢离按心机式内: 气Ce体ntr总ifu体gal流-flo向w分Ty类pe Air Compressor
第三页，共62页。
4
✓ 轴流式
第四页，共62页。
✓ 离心式
5
第五页，共62页。
6
➢ 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
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。
第三十六页，共62页。
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；
压气机（>400 kPa)
第六页，共62页。
轴流式压气机和离心式压气机性能比较 7
比较项 气流总体流向
优点
缺点 应用场合
轴流式压气机
离心式压气机
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
径向
级的增压能力高 （单级压缩比高达4－
4.5）
流量小、效率低 （75%－85%）
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。
第三十三页，共62页。
➢ 叶栅失速区旋转的机理
34
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
➢离按心机式内: 气Ce体ntr总ifu体gal流-flo向w分Ty类pe Air Compressor
第三页，共62页。
4
✓ 轴流式
第四页，共62页。
✓ 离心式
5
第五页，共62页。
6
➢ 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
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qma A1V1a 1 f ( qv )
* k f1 ( qv , n) * k f 2 ( qv , n)
整理测取数据（P75）
– 容积流量 – 增压比 – 效率
一定进气条件的特性
– 等转速线 – 等效率线 – 稳定边界线
3、通用特性线
相似理论
相似准则
– 几何相似 – 运动相似
对应点速度方向相同，大小成比例
– 动力相似
轴向Ma相等 切向Mu相等
k f1 ( M a , M u )
*
k f 2 ( M a , M u )
*
由：
qma p1 n
T1*
*
KA1q (1 ) f1 ( M a )
n f 2 (M u , M a ) * k 1 T1 2 T1 (1 Ma ) 2 u Dn n Mu C a 6 0 kRT T1 1
所以：
k f1 (
*
qma p1 qma p1
* T 1 *
,
n
* T 1
)
k f 2 (
*
* T 1 *
,
n T 1
*
)
通用特性
通用特性图
相似流量为横坐标 增压比为纵坐标 相似转速为参变量 三种线
– 等相似转速线 – 等效率线 – 不稳定边界线
稳定工作范围 高效率区
四、压气机特性
1、特性的意义
– 压气机在设计状态下具有符合设计要求的增 压比和较高的效率。一台设计完成的压气机 不可能总在某一特定条件（设计状态）下工 作。 – 当工作条件偏离设计状态时，压气机的增压 比、效率会发生变化。 – 在非设计条件下工作时压气机性能参数（增 压比、效率）的变化为特性。
主要参数 – 增压比： – – – – 流量： 转速： 多变压缩功： 绝热效率：
* k
* p2 * p1
qma (kg / s ) n(rpm) Wk CpT1*[( )
1 * k
* 1] / k
k Wkad / Wk
*
•引起性能参数变化的原因
外界条件：进气总温、进气总压
化 P A P B – 相似转速变化 P C P D
qma p1
T1*
*
kA q(1 ) 1
通用特性线的变化原因
当相似转速一定、减少 相似流量将引起 PA 正攻角、叶背分离 扭速增加，增压比增加 效率先升后降 严重时喘振
当相似转速增加引起 PD
喘振裕度及防喘措施
*' k q (1 ) SM [ * 1] 100% ' k q (1 )
喘振裕度：SM 防喘措施
（ 12%）
– – – –
中间级放气 可转动静子导流叶片 进气机匣处理 双轴、三轴
中间级放气防喘
在压气机中间级设计放气门，当通道堵塞时，打开 放气门，放掉一部分气，使通道堵塞现象缓解，前 面级进气速度增加，进气迎角减小，消除了叶背分 离。
通用特性线的变化原因
当相似转速一定、增加 相似流量引起 PB 负攻角、叶盆分离 扭速减小，增压比下降 效率下降 通道严重时堵塞
通用特性线的变化原因
当相似转速下降引起 PC
– 增压比下降 – 效率先增后降 – 压气机前面级正攻角 叶背分离 – 压气机后面级负攻角 叶盆分离
可转动静子导流叶片防喘
通过调节静子叶片角度，使动叶进口气流的绝 对速度向转动方向偏斜，相对速度的方向与设 计状态相接近，进气攻角恢复到“零”，消除 了叶背分离，因此防止了喘振发生。
– 低频、高振幅脉动 – 放“炮声” – “吐火”
后果：强烈振动、熄火
喘振的发生：
气流以大的正攻角进入动叶时，叶背严
重分离，流通通道受阻，压气机增压能 力严重下降。由于后面高压气体始终有 一种回冲趋势，当气流前进的动能不足 以克服回冲趋势时，产生倒流。当产生 倒流后，缓解了反压，气流在动叶推动 下，又开始正向流动。但流量仍嫌少， 攻角又加大，使后面气流再次回冲。如 此反复，压气机内气流轴向震荡喘振
工作转速
压气机空气流量
k f1 (qma , n, p1 , T1 )
* * *
k f 2 (qma , n, p1 , T1 )
* * *
2、压气机特性实验
实验设备（P74）
实验过程
在一定的压力、温度下： 固定转速，改变容积 流量 测取进口和出口 气流总温、总压 流量测量管测取流量 压气机转轴扭矩