叶轮机械原理 第一章

叶轮机械原理

北京航空航天大学

能源与动力工程学院

流体机械系

二零零六年三月

第一章绪论

•本课程的学习

•作业（40％）、考试（60％）

•教材：

1）航空燃气轮机原理（上）彭泽琰、刘刚编著国防工业出版社2000年

2）叶轮机械原理（讲义）流体机械系编2006年

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•主要参考书：

1）船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学（原理、设计与试验研究），李根深、陈乃兴、强国芳，

国防工业出版社，1980年

2）叶轮机械原理舒士甄、朱力、柯玄龄、蒋滋康，清华大学出版社，1991年

3）Cumpsty N.A., Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, 1989.

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4）离心式压缩机原理徐忠，机械工业出版社，1990 5）轴流压气机气动设计，秦鹏译，NASA-SP-36，1965 6）泵与风机（第二版），郭立均，

中国电力出版社，1997年

7）叶轮机械--原理与结构，鲍尔，W.，1984年6月第1版

第一章绪论

一、叶轮机的广泛应用

风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、水轮机、水泵、螺旋桨（飞机、轮船）、航空发动机中的风扇、压气机、涡轮……

UDF on Boeing 727 test bed

GP7200 for the Airbus A380

T.O. Thrust 70,000 lb

Bypass ratio 8.7 to 1

Fan Diameter 116 in (295 cm)

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二、叶轮机的定义与分类

•各式各样的叶轮机存在一个共同的特点——叶片围绕旋转轴旋转，在叶片的旋转过程中完成了叶片机与工质（流体：气、液、二者混合物）之间的能量交换；

•根据叶轮机与流体之间能量交换的方向，叶轮机分为两大类型。

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•一种类型叶轮机的作用是将流体的机械能和热能转换为对外界输出的机械功，这种叶轮机有：水轮机、汽轮机、涡轮等；

•另一种类型叶轮机的作用是将外界输入的机械功转换为流体的机械能（动能和压力势能）和热能，这种叶轮机有：鼓风机、水泵、螺旋桨、风扇、压气机等。

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三、叶轮机的主要形式

•根据工质的流动形式，叶轮机分为轴流式、径流式和斜流式三种形式，

•上述三种形式中的任意两种的组合则称为混合式叶轮机。

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（一）轴流式

轴流式压气机转子

轴流式涡轮

转子

第一章绪论

第一章绪论

轴流泵轴流式水轮机转子

（二）径流式离心式压气机

转子

第一章

绪论

第一章绪论

图1.9 DA120－61离心式压缩机纵剖面构造图

1、吸气室；

2、叶轮；

3、扩压器；

4、弯道；

5、回流器；

6、蜗室；

7、

8、轴端密封；

9、隔板密封；10、轮盖密封；11、平衡盘；12、推力盘；13、联轴器；14、卡环；

15、主轴；16、机壳；17、支持轴承；18、止推轴承；19、隔板；

20、回流器导流叶片；21、中间冷却吸气管；22、出气管

第一章绪论

离心式水泵

第一章绪论

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（三）斜流式

斜流式压气机转子

第一章
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混合式压气机

第一章
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第一章
绪 论
涡轮增压器

第一章
绪 论

第一章
绪 论
四、气流在压气机和涡轮中的流动特点 • 气流在压气机中是从压力低的地方流向 压力高的地方，沿流向是逆压梯度； • 压气机一级的增压能力相对较小，压气 机的级数多；

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• 气流在涡轮中是从压力高的地方流向压 力低的地方，沿流向是顺压梯度；
• 涡轮一级的作功能力相对较大，涡轮的 级数少；

第一章
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• 多级压气机存在一个非常重要的问题— —级与级之间的匹配问题

第一章
五、叶轮机研究的意义
绪 论
• 叶轮机与能源的消耗和能源的利用密切相 关； • 研制各种类型的高效率、低消耗的叶轮机， 可为建设节约型社会做出重要贡献。

第一章
绪 论
六、航空叶片机的发展概况 • 航空叶片机发展到目前的水平，最主要的 进步是在最近几十年取得的。 •人类实现动力飞行梦想已100年，前四十年 使用的是活塞式发动机。

第一章
绪 论
1903年12月17日，美国莱特兄弟把活塞发动机用 于飞行者1号上，完成了世界上首次载人动力飞行。
“飞行者”1号采用的活塞式发动机

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1930年，英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡轮发动机专利，这是第一个具有实用性的喷气发动机设计。但第一架喷气飞机（He-178）却出现在德国，于1939年8月27日首飞。

Caproni-Campini CC-2

E.28/39 / Whittle W-1X jet engine

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•早期的航空叶片机（压气机、涡轮）的设计主要是依靠实验研究的手段。

•20世纪五十年代，中国旅美学者吴仲华先生提出两个流面（S1和S2）的理论，叶片机设计的理论计算研究开始取得突破性进展。