03-1轴流式压气机a原理

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反力度定义


2
dp
1

L f R
Lu
通常，可以认为基元级出口绝对速度 都十分接近于基元级进口的绝对速度
2 3 2 1
c1 ，即 c3 c1 。
c3 的大小和方向
3 dp 2 dp 3 dp c c Lu L f R S L f R L f S 1 1 2 2 反力度的物理意义：动叶中的静压升高占整个基元级
第三部分 第一章 压气机
第一节 轴流式压气机的工作原理
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2
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（一） 压气机级的工作原理
1.
2. 3. 4. 5.
6.
7. 8.
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基元级 速度三角形 叶片与气体间作用力（动量方程） 叶片对气体做功（动量矩方程） 功能转化与速度三角形的关系 反动度与速度三角形的关系 提高叶片对气体做功的途径 压气机的增压比和效率
P q(c2u r2 c1u r1 ) q(c2u u2 c1uu1 ) P qu(c2u c1u ) h u(c2u c1u ) Lu （单位质量）
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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 (v2e v2 v1e v1 ) g
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离心式叶片机的速度三角形
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3.动量方程
F p1 t p2 t q w2 q w1
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'




动百度文库方程
叶片作用在气体上的力，与气体作用在叶片 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
•出现超声速流动区域和激波，激波损失；
•流量易堵塞。
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(2)动叶圆周速度u的选取
• Lu ucu uwu ,提高动叶圆周速度u，可以增大 动叶对气体的加功量; •在相同的 c1 条件下，提高u，会增大w1，即增大Mw1。 •现圆周速度u可达500米/秒左右， Mw1在1.6～1.8 ； •叶片材料的强度是限制u提高 的因素之一。
元级中流动其参数可以认为只在沿压气机轴向和圆周
方向发生变化，在圆柱坐标系下，这样的流动是二维 流动。
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2.轴流压气机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。 C =w+u u r
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w1
w2
c1
c2
w1

w u
一级来了解其工作原理。
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用两个与压气机同轴并且半径相 差很小的圆柱面，将压气机的一级 在沿叶高方向截出r 很小的一段， 这样就得到了构成压气机一级的微 元单位－－基元级，压气机的一级 由很多基元级沿叶高叠加而成。
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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。因 r 非常小，气体在基
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。
2 2 3 dp c 2 c3 L fs 2 2
基元级中静叶的作用：1.导向，2.增压。
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在轴流式压气机的级中，空气增压的过程及 其原因：
外界通过工作叶轮上的动叶栅把一定数量的压缩
轴功lc传递给流经动叶栅的空气，使气流的绝对 速度动能增高，同时使气流的相对速度动能降低， 以促使空气的压力得以增高一部分。 随后，由动叶栅流出的高速气流在扩压静叶栅中 逐渐减速，这样就可以使气流绝对速度动能中的 一部分(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。
P qu(c2u c1u )
h u(c2u c1u ) Lu
（单位质量）
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叶轮对气体施加的理论功 （轮缘功）
推导二（动量矩方程）：
F r F l P M r t 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 cos 2 c1 r1 cos1 )
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基元级的速度三角形分析
•多级轴流压气机是由多个单级压气机串联组成，而
其中每一个单级压气机又是由很多个基元级沿叶高
叠加而成。 •压气机是通过无数个基元级实现对气体的加功和增 压，基元级构成了轴流压气机的基础。
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•设计压气机从设计压气机的基元级开始，而设计基元 级又是从确定基元级的气动参数开始。
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基元级的空气能量的转换关系
Lu u(c2u c1u ) ucu
2 2 2 dp w1 w2 L f R 1 2
无论是超声速还是亚声速基元级，动叶对气体的加 工都是通过改变气流绝对速度的周向分量并使 cu 0 实现的，而气流流过动叶后静压升高则都是通过减小气 流的相对速度实现的，只是超声速基元级和亚声速基元
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5. 基元级的空气能量的转换关系
lC 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。
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超声速基元级工作原理
超音速和跨音速 基元级速度三角形
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•为了保证动叶的效率，无论亚声速还是超、跨声速基 元级，都不能任意增大扭速 wu 。 • 增大扭速 wu 还会使动叶出口速度c2 增大，并且 的方向很斜，增加了基元级静叶的设计难度。
c2
w1
w2
c1
c2
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静叶进口气流速度大、方向斜带来的问题： •气流在静叶中偏转角度大，减速、扩压大，易分离；
k k
Tk 1 T1
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二、压气机平面叶栅的基本参数
动叶和静叶的叶栅通道以及气 流相对于动叶和静叶的流动都 有着共同的特点： •气流在沿流向扩张的通道中减 速扩压流动； •气流的角度发生偏转，由与轴 向的夹角大，偏转到与轴向的 夹角小。
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亚声速基元级
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u2
cu
u1
wu cu c2u c1u
只需要确定 c1a、 c1u 、u 和 wu 四个参数，则简
(b)
化形式的基元级速度三角形就完全确定了。
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轴流压气机的基元级和基元级的速度三角形
问1：基元级的分析方法有何优点？ 问2：为什么轴流压气机要动叶和静叶配合？或 者说动叶和静叶的作用各是什么？
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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4.叶轮对气体施加的理论功 （轮缘功）
推导一（动量方程）：
Fu q(w2u w1u ) q(c2u c1u )
•速度三角形中的主要参数对压气机基元级的加功、增 压和低流阻损失等性能有着重要的影响。
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速度三角形中的 c1a 、c1u 、 u 和 wu 的选取规律 以及它们对基元级性能的影响。
(1)扭速 wu 的选取
• Lu ucu uwu ，增大扭速可以增大基元级的加功量。 wu 增加导致：
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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叶背流动分离
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•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。
可以用单独一排叶片来模拟气流在基元级中动叶
或静叶中的流动，这种在平面上展开的模拟叶栅
就是压气机平面叶栅。
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1. 平面叶栅的几何参数
平面叶栅由多个形状相同的叶片（通常7片以上） 按一定的要求排列起来组成，几何参数包括叶型几何 参数和叶栅几何参数。
叶型几何参数 1.中弧线 2.弦长b
Tadk padk ( 系式 T ( p ) 1 1 k 1 ) k
k 和 c p k 1 R
k 1 k k
L
adk
c p (T
adk
k T ) RT1 ( k 1
1
1 k 1
1)

k
k

k 1 k
1
k T L c p (T T ) RT1 ( 1) k 1 T
级在加功和增压的方式上有一些差别。
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基元级中动叶的作用：1.加功，2.增压。
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基元级中静叶的作用
w1 ß1
wu
Y Axis Title
w2
ß2
c1
cu
c2
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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
w' 1 w1 u1 u' 1 c1
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6.气体流经压气机级的参数变化
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7.基元级的反力度
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。 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。
叶盆表面也称为叶片压力面。
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8.轴流压气机的增压比和效率
压气机的增压比定义
pk 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
adk k
h
*
pk k
*
L L
k
kad
L ad k
1
*
p1
*
Lk
*
s
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用热焓形式能量方程、绝热条件、等熵过程的气动关
w2

c1
c1a
c2

u2 u1

c1u
u2
cu
(a)
u1
(b)
c1a c2 a c3a
简化速度三角形
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轴流压气机基元级的速度三角形
wu 称为扭速，wu w1u w2u
w1

w u
w2

c1
c1a
c2

在气流沿圆柱面流动的情

c1u
u 况下， 1 u 2 ，可得到
lC u1w1u u2 w2u u(w1u w2u ) uwu ucu
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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。
压气机
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.最大挠度fmax及其位置a
f f max b
和
a
a b
4.最大厚度cmax及其位置e
cmax e c e 和 b b
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5.叶型前缘角
1 和后缘角 2
6.叶型弯角 ， 1 2
7.叶型表面座标 ，选定中弧线 （圆弧、抛物线、多项式等） 和上述2～6参数后，将原始叶 型（中弧线为直线的对称叶型） 的厚度移植到中弧线曲线上， 可得到叶型的表面座标。 叶背表面也称为叶片吸力面，
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轴流式压气机原理和结构


轴流式压气机的工作原理 压气机的特性曲线 压气机的喘振及防喘措施 轴流式压气机的结构
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一、轴流压气机的基元级
1.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
静压升高的百分比。
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反动度的定义： 气流在动叶栅内的静焓增量与滞止焓 增量之比。
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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。 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。