燃气轮机各部件工作原理(第一节压气机原理与特性)
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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。
➢ 叶栅的几何参数
③ 径向间隙的漏气损失（影响因素：动静间隙大小、前后压差和 直径大小等）
➢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：特性线
Sieme ns
三菱重工
V94.3 A
M701F
M701 G
轴流 轴流 轴流 15级 17级 14级
压比 15.4 23.2 30
17
17
21
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
（二）压气机级的工作原理
1.轴流式压气机的基元级
✓ 轴流式
✓ 离心式
➢ 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)
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
缺点 应用场合
轴流式压气机
离心式压气机
c22 c32 2
p3 p2
23
q2
p3 p2
23
c22
c32 2
q2
➢ 级中增压过程
✓ 外界通过工作叶轮上的动叶栅将压缩 轴功传递给流过动叶栅的空气，一方 面使气流的绝对速度升高，另一方面 使气流的相对速度降低；
✓ 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。
➢ 影响压气机级的增压能力的因素（限制条件）
➢ 叶片材料许用应力（强度）的限制 圆周速度u不能过大
➢ 叶栅气动性能的限制 气流转折角Δβ不宜过大
5.轴流式压气机的效率和能量损失
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。
➢ 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。
2.单级轴流式压气机的特性线
➢ 特点
轴向
径向
流量大、效率高 （80%－92%）
级的增压能力低 （单级压缩比1.15－
1.35）
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%）
大中型燃气轮机
小功率燃气轮机
3.轴流式压气机结构
➢ 转子
动叶片 叶轮或转鼓 主轴
➢ 静子
静叶片（导流叶片、静叶） 气缸 (机匣) 轴承
燃气轮机各部件的工作原理 （第一节 压气机原理与特性）
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
（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
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 ：两叶个型相安邻装叶角型γ上p ：同外位弦点线在与圆圆周周方方向向上的的夹距角离。。
➢ 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
第一级 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。
轴流式压气机的结构
世界各大燃气轮机公司采用的压气机
制造厂
燃机型 号（系 列号） 压气机 型式、 级数
GE发电
MS900 MS900 1FA 1G/H
轴流 轴流 18级 18级
ABBAlsto m
GT26
轴流 22级
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)
wc
uwu
c
2 2
2
c
2 1
w
2 1
2
w
2 2
c
2 2
2
c
2 1
q1
p2 vd p
p1
c
2 2
2
c
2 1
q1
p2 1 d p p 1
c
2 2
c
2 1
2
q1
p2 p1 12
✓ 静叶栅（能量守恒）
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。
➢ 叶栅的几何参数
③ 径向间隙的漏气损失（影响因素：动静间隙大小、前后压差和 直径大小等）
➢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：特性线
Sieme ns
三菱重工
V94.3 A
M701F
M701 G
轴流 轴流 轴流 15级 17级 14级
压比 15.4 23.2 30
17
17
21
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
（二）压气机级的工作原理
1.轴流式压气机的基元级
✓ 轴流式
✓ 离心式
➢ 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)
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
缺点 应用场合
轴流式压气机
离心式压气机
c22 c32 2
p3 p2
23
q2
p3 p2
23
c22
c32 2
q2
➢ 级中增压过程
✓ 外界通过工作叶轮上的动叶栅将压缩 轴功传递给流过动叶栅的空气，一方 面使气流的绝对速度升高，另一方面 使气流的相对速度降低；
✓ 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。
➢ 影响压气机级的增压能力的因素（限制条件）
➢ 叶片材料许用应力（强度）的限制 圆周速度u不能过大
➢ 叶栅气动性能的限制 气流转折角Δβ不宜过大
5.轴流式压气机的效率和能量损失
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。
➢ 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。
2.单级轴流式压气机的特性线
➢ 特点
轴向
径向
流量大、效率高 （80%－92%）
级的增压能力低 （单级压缩比1.15－
1.35）
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%）
大中型燃气轮机
小功率燃气轮机
3.轴流式压气机结构
➢ 转子
动叶片 叶轮或转鼓 主轴
➢ 静子
静叶片（导流叶片、静叶） 气缸 (机匣) 轴承
燃气轮机各部件的工作原理 （第一节 压气机原理与特性）
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
（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
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 ：两叶个型相安邻装叶角型γ上p ：同外位弦点线在与圆圆周周方方向向上的的夹距角离。。
➢ 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
第一级 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。
轴流式压气机的结构
世界各大燃气轮机公司采用的压气机
制造厂
燃机型 号（系 列号） 压气机 型式、 级数
GE发电
MS900 MS900 1FA 1G/H
轴流 轴流 18级 18级
ABBAlsto m
GT26
轴流 22级
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)
wc
uwu
c
2 2
2
c
2 1
w
2 1
2
w
2 2
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2 2
2
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2 1
q1
p2 vd p
p1
c
2 2
2
c
2 1
q1
p2 1 d p p 1
c
2 2
c
2 1
2
q1
p2 p1 12
✓ 静叶栅（能量守恒）