03-1轴流式压气机b特性

1.单级压气机特性曲线 的变化规律分析
设计点工况
大流量工况
小流量工况
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2. 单级轴流式压气机的流量特性
（1）随着压气机流量Gv的 减少，πC＊起初升高，然后 下降。每条特性线的高压比 点将特性线分成左、右两支。 右支对应随Gv减少时压比增 加的情况，左支则对应随Gv 减少时压比下降的情况。
第三章 第一章 压气机
第二节 轴流压气机的工作特性
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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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第二节 轴流压气机的工作特性
一、单级轴流压气机特性 二、多级轴流压气机特性 三、压气机通用特性 四、压气机的不稳定工况与扩稳 五、压气机相似准则
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4. 多级轴流式压气机的流量特性
（1）多级压气机的特性 曲线较陡，流量变化范围 也较窄，尤其在高转速情 况下，流量的微小改变都 会引起压升比很大的变化。
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（2）多级轴流式压气机中 的喘振可以在压比特性曲线 的右支上发生，实验时得不 到这些曲线的左支。这是由 于减少空气流量时，喘振不 是在所有各级中同时出现， 而只是在少数几级中出现。 这时，其余各级还在特性曲 线的右支部分工作，即在空 气流量减少、压气机压升比 增加的部分工作。
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3.单级压气机的实验特性曲线

亚声速压气机
超跨声速压气机
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二、多级轴流压气机特性
1.为什么压气机级数远大于透平？ 要使每级压比增大 加大气流折转角 加大Δu 叶片弯曲程度加剧
叶片背弧处易发生边界层分离 压气机易喘振
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由于轴流式压气机的单级增压能力是有限的，特 别是亚音速级，每级增压比只有1.15—1.3，最高 也不大于1.4（超音速级可以高一些），所以，工 业燃气轮机均采用多级式轴流压气机，使压比高 达17—30。

失速的不同类型 有些情况下，失速团会贯穿整个叶高，这时，失速团通常 只有一个。这样的失速形态一般发展为突变性失速。突变 型失速较多地产生在轮毂比较大的压气机中，由于叶片短， 旋转失速一旦产生就可能波及整个叶高 。 有时，失速团有多个，但每个失速团都没有贯穿叶高。其失 速形式称为部分展向失速。在一定的条件下，渐进型失速也 可以发展为突变型失速。 39 22:16:31
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（2）当流量Gv减少到一定 值时压气机的工作进入不稳 定工况区，即进入喘振区。 每个转速下的流量特性线都 有自己产生喘振时的最小流 量Gvmin。各转速下喘振流量 点之联线称为喘振边界线。
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（3）随着压气机转速的 升高，流量特性线变得 陡直。
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（4）在一定的转速下，当Gv增 加到某一值时，压比和效率均急 剧下降。这表明，Gv的增加是有 一定限度的，我们把这个现象称 为压气机的“阻塞”。在不同的 转速下，发生“阻塞”的Gv是不 同的。
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四类非设计工况分析之四
1 c za z n const c1a
•（四），在超转的情况下，工 作点位于红点处。此时流量大 于设计值，压比也大于设计压 比。第一级流量系数大于设计 值，由于各级压比大于设计值， 导致后面级流量系数加速变小。 此时容易出现前堵后喘的情况。
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三、轴流压气机通用特性曲线

什么是“特性曲线”？ 为什么要使用通用特性 曲线？
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1.压气机通用特性实验

测量截面的布置 测量参数的获得 流量的调节 反压的建立 换算特性 特性曲线的绘制 2 进口集流器； 3 流量管壁面静压孔；5 进口导叶 ； 6 压气机转子 ；8 压气机静子；9 压气机出口总压梳； 10 出口总压耙 ；11 异步交流电动机； 12 排气管道； 13 流量调节堵锥。
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实践证明，压气机叶栅中出现的失速区不是静止 不动的，它围绕着叶轮轴线以低于叶轮的转速连续地 旋转，所以这种失速现象称为旋转失速。
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旋转失速出现后，叶片会受到周期性交变 的气动力作用，叶片材料会因此而产生疲劳。 如失速频率接近叶片自振频率，将会使叶片产 生很大的振动应力，造成叶片损坏。
1 c za z n const c1a
c za＝
c za
uz
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3.四类非设计工况分析之一
1 c za z n const c1a
•（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。
4000 3000 2000
Pstj
1000 0 -1000 -2000 -3000 4000-0.5 3000 2000 1000 0 -1000 -2000 -3000 -0.5 0.0 0.5 1.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

stall_point 50 Hz Low Pass Filter on stall3_05315
则折合流量和折合转速分别为
ncor n 28Leabharlann Baidu .16 T0
T0 288 .16
Gcor
101325 G p0
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2.认识通用特性曲线
自变量——相似流量 参变量——相似转速 变量——压比、效率 等转速线 等效率线 不稳定边界
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压气机的通用特性曲线 是由等折合转速线、喘 振边界线和效率特性线 等三部分组成的。
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一、单级轴流压气机特性 在一般的情况下，压气机的工作状 况是由进口压力Pa*、进气温度、转速n和流 量等四个独立变量决定的。在进气条件一定 和转速不变的条件下，压气机的压比、效率 随流量变化的关系通常称为压气机的流量特 性。用曲线表示这些参数之间的关系称为特 性曲线。
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1.旋转失速
当转速一定而空气流量减少时，就会引起转子动叶攻角 的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳定流动， 同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。在转子后测得的 流场表明，有一个或多个低速气流区以某一转速沿动叶旋 转方向转动，这种非稳定工况被称为旋转失速。
05-3-15 (Channel)
测得大气条件为P0*、T0 * ，电机额定转速为n，流量管直径为D， 根据测量获得的以下数据，绘制轴流压气机通用特性曲线
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求解
（1）由流量管静压，可获得压气机流量。
G1 1 Av1
1 * k 2 ( P P * 2 0 P 1) 1 0 （ D ） * P* 4 0 0
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旋转失速现象的经典解释 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 气流区使周围的流动发生偏转，从而引起左面叶片攻角增 大并分离，同时引起右面叶片的攻角减小并解除分离，因 而分离区相对于叶片排向左传播，即相对转子叶片按照叶 片旋转方向相反的方向转动。 站在绝对坐标系上观察，旋转失速团以比压气机转速 38 为低的速度，和压气机旋转方向相同作旋转运动。 22:16:31
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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”。
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四类非设计工况分析之二
1 c za z n const c1a
•（二），在设计转速，工作 点位于红点处。此时流量小于 设计值，压比大于设计压比。 第一级流量系数小于设计值， 由于各级压比大于设计值，导 致后面级流量系数加速变小， 此时容易出现喘振。
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四类非设计工况分析之三
1 c za z n const c1a
•（三），在中低转速，工作 点位于红点处。此时流量小于 设计值，压比小于设计压比。 第一级流量系数远小于设计值， 由于各级压比小于设计值，导 致后面级流量系数加速放大。 这就是压气机在中低转速容易 出现前喘后堵的原因。
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四、压气机的不稳定工况与扩稳
定常与稳定的区别
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失速裕度的定义
流量稳定裕度 增压比稳定裕度 综合稳定裕度的定义
s / Gs S .M . 1 100% d / Gd
压比
s d
流量
对于航空发动机用的压气机，一般情况，在设 计转速下，压气机失速裕度应为15~20%左右。 AL31F进口风扇级的失速裕度达到30%!
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
t
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压气机在一定转速下工作 时，由于某种原因而出现流量 增大，冲角i将随轴向分速C1z 的增大而减小、变为负值，在 负值过大时，气流在叶片的腹 面上产生附面层分离，此时叶 片的通道变小，甚至出现喉口 堵塞或变成“风车”状态。出 现这种情况，会使效率下降， 流量受到限制。 22:16:31
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2.多级轴流压气机在非设计工况下级间的不协调性
末 级 第 一 级 第 二 级
GA Az z cza 1 1c1a A2 2 c2 a A 3 3c3a＝
• 若工作压比高于设计值，此时流道收缩太慢，轴向速 度逐级加速变小； • 若工作压比低于设计值，此时流道收缩太快，轴向速 度逐级加速变大。
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但是，这个脱离区不 会继续发展。不至于发展 形成气流的倒流现象。 惯性力
原因
压比减小
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当压气机的转速一定，流量 减小时，Clz下降，使冲角i增大， 产生正冲角，到正冲角过大时， 会在叶背引起气流分离这就是失 速现象。这时气流转折角增加， 扭速也增加，从而使叶栅通道中 沿气流方向的压力梯度增大，气 流拐弯产生的离心力场加剧了叶 背的气流分离。失速使效率明显 下降，甚至会导致喘振的发生。
T0 101325 换算到标准大气条件下的折合流量为： Gcor1 G1 * 288.16 P0
（2）压气机折合转速： ncor1 n
* （3）压气机增压比为： k1
P 1 * （ D） 2 0 ( P0 P 1) 4 P0

2
*
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不稳定工况的分类
压气机非稳定工况可以分为两大类。 第一类属于气动弹性现象，这时叶片的振动属于自 激振动，这种现象被称之为颤振。这种现象不在这里 介绍。 第二类是单纯气动现象，它也会激发叶片的振动，但 这种叶片振动性质属于他激振动。 第二类非稳定工况又分为两种：一是旋转失速或称旋 转分离；另一种是喘振现象。二者既有差别又有联系。
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GA 1 1c1a A2 2 c2 a Az z c za
p

n
const
1 n
z pz 1 p1
1 n
pz c1a const c za p1
c c1a＝ 1a u1

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旋转失速的主要特征： 旋转失速时，失速团沿压气机周向运动，造成周向不 均匀流动，流场是非轴对称的； 渐进型失速时，随流量降低，压气机的压升逐渐减 小； 突变型失速时，压升会发生突然的下降； 旋转失速时，其气流脉动频率和脉动振幅与流路容积特 性无关，主要取决于压气机的工况（轴向速度和转速）。
*
1 k
*
P 1* P0
*
288 .16 T0
(
* k1
（4）绝热效率计算如下：
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1*
)
*
k 1 k
1
T1 1 * T0
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以换算（折合）参数表示的轴流压气机的通用特性
n T0
G T0
p0

ncor 288 .16

Gcor 288 .16 101325