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1、3-3 平面叶栅（简介，自学为主）,一、平面叶栅的基本参数 二、压气机工作过程的特点 三、平面叶栅的冲角特性 四、跨声速级压气机级 (通过冲波减速增压) 五、叶片扭转定律,3-3 平面叶栅,一、平面叶栅的基本参数,叶型几何参数,A 叶型前缘点； B 叶型后缘点。,平面叶栅几何参数,栅距,叶栅前额线叶型前缘点之连线； 叶栅后缘线叶型后缘点之连线； t栅距，叶栅中相邻叶型对应点间在圆周方向之距离；,3. 平面叶栅的气流特征角,i=1A-1 气流进口冲角 (冲角) 进口安装角与气流进气角的差值； =2A-2 气流出口落后角 出口安装角与出气角的差值。,1一气流进口角或进气角， 气流进口相对速度w1与
2、叶栅前额线的夹角； 2气流出口角或出气角， 气流出口相对速度w2与叶栅后缘线的夹角； =2-1 气流折转角,二、压气机工作过程的特点气流的流动特点,任务提高气体的压力。 在动叶栅、静叶栅和出口扩压器内气体流动过程都属于减速增压的流动过程。,扩张角,附面层 ,漩涡 能损加剧,渐扩通道(亚声速),反向流动,主流部分,通流面积变小,流速 压力,通常78； 任何条件1012 ,叶型表面的压力特性,基准压力p1叶栅前气流未被扰动时的静压。,负压区,正压区,负压区,降压 加速,减速增压 易脱流,正压区 自然贴向内弧面,降压加速,减速增压,冲角i0,减速 增压 脱流,惯性力,气体脱流 与冲角i 有关,正冲角
3、i 0时，在压气机叶型表面上易发生的气体脱离现象，与叶型型线的设计有很大关系，特别与叶型弯曲角关系大。, = 2A-1A,较大时，容易发生气流的脱离现象，会使气流流动能量损失增大。通常，弯曲角限制在45内。 这必然导致气流折转角 受到限制，意味着轮周功L受到限制，也就限制了压气机的级压比的数值。,冲角i=1A-1,三、平面叶栅的冲角特性,max,Cm最小,最佳冲角,临界冲角,额定冲角,平面叶栅的冲角特性: 气流转折角、叶型阻力系数cm随气流冲角i变化的典型曲线。 叶栅特性： 三者之间的变化关系。,80%max,四、跨声速压气机级,亚声速级指动叶进口相对速度沿半径均为亚声速时的压气机级。 跨声速
4、级指动叶进口顶部相对速度为超声速、根部为亚声速时的压气机级。 超声速级沿动叶进口截面高度均为超声速时的压气机级。 目前，压气机中很少采用超声速级。 大多数压气机是由亚声速或亚-跨声速级所组成。,超声速级,主要通过冲波来增压的。,21,L= u wu,通过气流在叶栅通道转折 获得扭速wu。 （= 2-1）,动叶栅中气流方向改变很小 如何能得到wu呢？,超声速基元级,取一个动叶基元叶型： 叶腹叶型工作表面都处于冲波之后，其静压高。 叶背非工作表面上bc段处于冲波之后，但ab段却处于冲波之前，其静压低。 综合起来，叶型工作表面的压力高于非工作表面，使气流对叶型的作用力仍是由工作面非工作面。 该作用力
5、的周向分力与u方向相反，所以动叶旋转时要克服叶片所承受的气动力而对气体做功。,叶腹,叶背,叶腹,叶背,超声速基元级,在这种情况下，气流通过动叶栅时方向未变，但其相对速度却因通过冲波而大大减小，仍能产生wu。 而且由于冲波后速度下降得很多，往往其wu比亚声速基元级所产生的还要大。 通过冲波后变为亚声速流动，若还希望有些增压，就可以把冲波后的动叶流道设计成稍带扩张形状，使气流再有些转向即可。 这时动叶栅出口速度w2，可得到更大wu。,速度三角形,超声速基元级,超声速级中，静叶栅中的流动特点与亚声速级类似，其设计方法也基本上相同。 但气流在超声级静叶栅中往往要转折得更大，因此易造成气流分离而增大流动
6、损失。所以静叶栅的设计要比亚声速的困难些。 分析超声速叶栅的增压原理，由于超声速叶栅突破了亚声速Maw1的限制，因而可有更大的u和wu，能够获得大得多的级压比。,1=90，轴向流出; w2很小,2很小；31,超声速叶型的特点,与亚声速叶型相比： 叶型较薄，有较尖的前缘和较小的弯度，叶型厚度变化缓和。 最大厚度在叶型中间或靠后的位置上，最大厚度处的相对距离5080。,双圆弧叶型 多圆弧叶型,直线进口段叶型,预压缩叶型,五、叶片扭转规律,一个压气机级是由无数不同半径处的基元级叠加而成的。 那么这些基元级之间存在什么规律相互联系的呢？,叶片扭转规律,首先，这个叶片不是等截面的直叶片，而是沿叶片高度相
7、对扭转一定角度的。 其次，各截面处叶型安装角b不同，是从叶根到叶尖逐渐减小的。 再次，各截面上叶型弯曲度也不同，叶根截面叶型的弯曲角最大，叶尖截面叶型的弯曲角最小。 此外，叶型厚度不同，从叶根到叶顶厚度逐渐变薄。 整个叶片沿叶高是变截面而扭曲的，形状相当复杂。,动叶的顶视图,均径 m,t,h,叶片扭转的原因：,在不同半径处基元级的工作条件不同，其速度三角形也不同所造成的。 为了适应这种不同的工作条件与速度三角形，就需要配上不同的叶型与叶栅。 因此，把叶片做成变截面而扭曲的。,变截面扭曲叶片,以动叶为例，定性地分析叶片必须扭曲的原因和叶片扭曲的大致规律,叶顶 均径 叶根,轴向进气 进口流场均匀,
8、1A=1m,1t1A,1t1m 1h,冲角 i 0,i 0,1h1A,ut um uh,整个叶片流动不佳，效率不高。,叶片进口安装角1A 与各气流角1相配合！,1At1Am 1Ah,i =0,动叶出口几何角2A沿叶高不变， 若无气流分离，出气角2基本相同。,扭速： wut wum wuh,圆周速度 ut um uh,轮周功：Lt Lm Lh,动叶出口各基元级相互间强烈的动量和能量交换，能损巨大！,一般希望沿叶高各基元级加功量L要大致相等或差别不太大。,L=u wu,无法改变！,出口气流相对速度w2 沿叶高变化，虚线所示：,wut wum wuh,这样，叶片沿叶高的进气、出气角都要变化，都是沿叶
9、高减小，而叶型的安装角b也必然要沿叶高减小，则整个叶片自然由叶根至叶顶产生扭转了。 此外，由于扭速wu沿叶高减小，则气流转折角沿叶高也减小。为了与相适应，于是叶型的弯曲角由叶根至叶尖逐渐减小。,定性分析了叶片必须扭曲的原因和叶片扭曲的大致规律：,目的：使各基元级速度三角形的变化符合客观存在的约束条件和沿叶高加功量大致相等的要求，使压气机级有较好的工作性能。 这就必须考虑气流参数沿半径的变化，从而使叶片的形状很好地和速度三角形相一致。 不同半径处各基元级的气流参数各不相同，但有确定的相互关系，在叶片机理中占有重要地位。,沿径向变功、变熵和混合型在压气机前面低压的一、二级中得到采用。,目前，常用以等功等熵简化径向平衡方程式为基础来设计级中的流场，并得出各种叶片扭转规律。 叶片扭转规律：用得最多、较成熟的两种 等环量扭转规律：沿叶高 cur=const , L、cz不变 等反力度扭转规律：沿叶高 C=const, L=const 二者有各利弊，应用情况： 等反力度级可用于大流量、高圆周速度的运输式压气机及固定式压气机的前级。 等环量级常用于流量不大或中等，圆周速度不高的固定式轴流式压气机中，也可用运输式压气机的后几级。,整个叶片各基元级都处于流动合理状态。,
