轴流式压缩机-绪论和第一章.

轴流式压缩机§0绪论（1）§1轴流压缩机基本工作原理（3）§2级中能量损失（3）§3平面叶栅试验研究（3）§4叶片扭曲规律（3）§5多级轴流压缩机（3）§6轴流压缩机性能与调节（2）§0-1透平压缩机的分类一、分类1轴流压缩机§0-1透平压缩机的分类2离心压缩机§0-1透平压缩机的分类3斜流压缩机§0-1透平压缩机的分类4混合压缩机§0-1透平压缩机的分类二、各类压缩机使用范围（1）容积式：中小流量活塞式：高压力，回转式：低压力（2）透平式：大中流量离心式：各种压力；轴流式：中低压力三、特点§0-1透平压缩机分类与离心压缩机相比优点：1设计工况下效率较高，绝热效率可高5－10％2流量大，重量轻，体积较小缺点1稳定工况范围窄，性能曲线较陡，变工况性能差，易喘振2对工质中杂质敏感，叶片易受磨损§0-1透平压缩机分类四、发展趋势：1高效化（1）减小压缩机中各种损失（2）改善各工况压缩机性能（3）采用符合实际流动情况的设计与计算方法2高压化高流速，冲波，机器高转速及材料问题3低噪音化（85dB）机械噪音，气动噪音原因，机理，影响音速及降噪措施§0-2轴流压缩机结构§0-2轴流压缩机结构§0-2轴流压缩机结构一、转子1、动叶2、主轴3、推力盘气体由吸气室吸入，通过动叶对气体作功，使气体压力、速度、温度升高，然后流入静叶，使速度降低，压力升高。由末级出来的高压气体经出口整流器，扩压器，再由出气室排除。二、静子1、机壳2、导流器3、静叶4、整流器4、扩压器5、排气室6、密封7、轴承第一章轴流压缩机基本工作原理§1-1轴流压缩机简图及基本研究方法§1-1轴流压缩机简图及基本研究方法级的简图tD级的外径（包括叶片顶部与气缸之间的径向间隙）hD级的内径（轮毂直径）/htdDD轮毂比l叶片高度rz径向间隙，叶尖与气缸内壁间距轴向间隙，二叶片排之间轴向距离§1-1简图及基本研究方法均径处截面环形叶栅：把形状相同的叶片切面彼此以一定距离沿圆周排成一个环形表面基元级：一对动叶和静叶环形叶栅组成平面叶栅：代替环形叶栅，方便符合实际§1-2基元级叶型与叶栅主要参数/ccb一、叶型几何参数型面：叶型型线所包围的切面中线：叶型型线内切圆圆心连线b：叶弦，连接中线两端点的直线c：叶型最大厚度叶型最大相对厚度f叶型中线最大挠度/ffb相对最大挠度a叶型前缘至最大挠度处距离1x前、后缘方向角2x叶型弯曲角12xx12,rr前、后缘小圆半径§1-2基元级叶型与叶栅主要参数/tcb二、叶栅几何参数叶栅前额线：叶型前缘点连线叶栅后缘线：叶型后缘点连线t：栅距，相邻叶型在圆周方向距离相对栅距/bt叶栅稠度b进、出口安装角2A叶型弯曲角21AA12,气流进、出口角1A叶型安装角三、气流特征角11Ai气流进口冲角22A气流出口落后角21气流转折角§1-3基元级增压原理21一、流道形状与增压关系扩张通道，速度减小，静压升高。对叶栅，进出口栅距相等2211sinsinFtFt要求：弯曲§1-3基元级增压原理要求：1弯曲2流道截面积渐增§1-3基元级增压原理111cwu二、气流在基元级中的流动222cwu12ddff23ssff21ww32cc21pp32pp亚音速情况12()tuuuhLuwwuw212211coscosuuuuwccccc§1-3基元级增压原理三、动叶栅对气体作功（欧拉方程）欧拉方程12aaaccc222cosacucctg111cosacucctg12()tahucctgctg§1-3基元级增压原理2221112uwucuw欧拉第二方程2222222uwucuw2222211212()22tuuccwwhuww22utuwhuwuhuu122()tuahwchctgctguuuh在u一定时，反映了气流在叶栅中的转折程度，也即反映了气流的扩压程度，是说明叶栅工作性能的重要参数之一。§1-3基元级增压原理提高ht方法（受限制）1增加动叶栅圆周速度，但受叶片材料强度限制。固定式压缩机：运输式压缩机：150300/tums220370/tums2增大扭速wu，即增大气流转折角，但太大的会使气流易于脱离，流动恶化。3增加轴向速度c1a，但过大的c1a会引起Mw1增大；而且增大c1a主要是增加了动压头。3232;ccpp§1-3基元级增压原理四、静叶栅中气流压力的提高流道扩张一般情况下，c3方向与c1一致。静叶栅功能：1将气流从动叶栅中所得到的动能进一步转化为压力能，以提高整级压增2使气流以合适的角度进入后一级§1-4基元级速度三角形111cosucc一、速度三角形111cosuww222cosucc222cosuww111111sinsinaaccww222222sinsinaaccww11uucwu22uucwu亚音速轴流压缩机，一级的压比很小，动叶进出口容积流量变化不大，轴流速度相差不过5％，故认为：1122aaaacwcw§1-4基元级速度三角形11,,,auuccuw§1-4基元级速度三角形基元级速度三角形四决定参数11112,(,)(,)auucccu12(,)uwcc1111sinacc1222sinacc1111sinacw1222sinacw§1-4基元级速度三角形111/acVF（1）反映了级的通流能力。在面积一定时，增大c1a，可增大容积流量。当容积流量一定时，增大c1a可减小通流面积，缩小机器尺寸1（2）增大c1a，可增大级的能量头ht（3）过大c1a，可增大Mw1或者Mc2，超过许可值，使损失增大（4）容积流量不变的情况下，增大c1a使叶片过短，增大损失（5）1/acu流量系数，表示通流能力，是说明基元级工作状况的一个重要参数四参数影响§1-4基元级速度三角形21uc切向速度又称作预旋。与圆周速度u方向相同，正预旋；若相反，负预旋3u对加功量，压比，效率及级的尺寸有决定性影响4()utuwhuw一定圆周速度下，反映了级加功量的大小，表明气流在叶栅中的转折程度§1-4基元级速度三角形速度三角形功能速度三角形是了解与分析级中气流工作状况的有效工具，通过它可以一目了然地明白动静叶栅中：（1）气流速度大大小及变化（2）流道中气流转折的程度（3）级的作功能力（4）负载在动静叶栅中的分配情况（5）叶栅中叶型大致的安放位置§1-5级中能量分析一、能量方程222221212121()22pccccLiicTT2222122122wwccL22122121()2pwwiicTT动叶栅中相对速度及其动能的下降结果，增大了气体的热焓，而热焓的大部分将转化为气体的压力能动叶栅§1-5级中能量分析静叶栅22323202ccLii2223322ccii静叶栅中焓的增加是由于动能减小的结果与外界无热交换§1-5级中能量分析二、热力学第一定律21()11rrknQhRTTkn221211()()11rrkdpnRTTQRTTQkn热量流动损失§1-5级中能量分析三、伯努利方程（三部分）222211212trccdpLhh222121212rwwdph动叶栅气流通过动叶栅流道时，由于流通面积扩大，相对速度下降，气流动能减少。这部分动能大部分转化为压能而提高了气体压力，少部分克服流动损失。这就是气流在动叶栅中的增压原理223232322rccdph静叶栅2233311313112trrccdpdpLhhh§1-5级中能量分析基元级基元级中动叶加给气体的机械功，一部分用来提高气体的压力能，一部分用于克服流动损失§1-6压缩过程、压缩功及效率121111kkadpkhRTkp一、压缩过程与压缩功1绝热过程2多变过程121111nnpolpnhRTnp21212121()()padadadadpolrpcTThTThhcTTTT§1-6压缩过程、压缩功及效率二、效率1绝热效率2多变效率21211111polpolpolrnnTThnnkkhhTTkk§1-6压缩过程、压缩功及效率多变效率与绝热效率关系1111111111polkkkkadadnkpolpolnkpolkkhhnn1111polkkadkk当压比很小时，两效率近似相等，这对亚音速单级情况很有意义。§1-7基元级的反动度及预旋一、反动度的表达式气流经过基元级时，在动叶栅与静叶栅中气体的静压增量按一定比例分配，这种分配情况对级的工作，性能级效率有一定影响。基元级反动度表示动叶栅中静压增（包括损失）与基元级理论能量头之比21213131rsttrdphhdphhC3约等于c1§1-7基元级的反动度及预旋反动度具体表达式22212121()()2111222tstuuuuumuttucchhcccccchhucuu212111()(2)111222uuuuuuucccccccuuuu212112()2()112222uuuuuumuccu§1-7基元级的反动度及预旋二、反动度与速度三角形的关系§1-7基元级的反动度及预旋0（1）221202stwwh12ww1202uuwwu12uuww气流在动叶栅中速度大小不变，只是改变方向。动叶栅压增为0，整个基元级压增全部发生在静叶栅中122121,,wwcccw§1-7基元级的反动度及预旋速度三角形特点（1）（2）基元级速度三角形基形为右偏直角三角形（3）冲动级，缺点：静叶栅中扩压厉害，符合大，流动以恶化，造成大损失Mc2大，易超过许可值而加大损失一般不采用0.5（2）§1-7基元级的反动度及预旋22122222211220.522sttwwhccwwh222221121222tccwwh动叶栅中加给气体的能量，对半转化为压能和动能。1210.52uuccu§1-7基元级的反动度及预旋12uuccu122uuucucw211uuucucw12cw21cw特点：1基形为等腰三角形2最大马赫数较小，流动损失小3u较大仍可采用§1-7基元级的反动度及预旋222102cc1（3）1stthh12cc12112uuccu12uucc气流得到的能量全部在动叶栅中转化为压力能，静叶栅中无压增，只起改变流速方向，使气流以合适角度进入下一级§1-7基元级的反动度及预旋特点：1基形为左偏直角三角形2121212,,cc3防止Mw1超过许可值4当u与ca都不太大时可应用之动叶栅进口气流绝对速度为轴向或接近轴向的基元级0.70.9（4）1111;0;auucccwu第一级之前不用进气导叶，可减小整机轴向尺寸速度三角形介于0.5和1.0之间，工作特点也介于二者之间§1-7基元级的反动度及预旋平时较少用§1-7基元级的反动度及预旋1.0（5）§1-7基元级的反动度及预旋1.0三、0.5比较;/tuahuccu相同1,1.01,0.5wwMMu大时，0.5反作用度优势明显1,,auucc相同§1-7基元级的反动度及预旋§1-7基元级的反动度及预旋121actgctgucctg2,,au