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1、第二章第二章 压气机压气机压气机的特点及应用；压气机的特点及应用；轴流式压气机级、基元级的工作原理；轴流式压气机级、基元级的工作原理；轴流式压气机中的能量损失；轴流式压气机中的能量损失；多级压气机；多级压气机；压气机变工况工作特性；压气机变工况工作特性；压气机喘振及防止方法。压气机喘振及防止方法。戎曳隔泰作湾她藻议圾嘛聋药碎竞舒菏谊擦湃妆旧纫提常诧壤瞄钓凯氟豌燃气轮机5储运燃气轮机5储运2-0 概述一、功能一、功能n压气机是燃气轮机的一个重要组成部分压气机是燃气轮机的一个重要组成部分n主要作用：主要作用：提高气体的压力，连续不断地向燃烧室提高气体的压力，连续不断地向燃烧室提供高压气体。提供高压
2、气体。二、分类二、分类箕赂喘恃柜趾摸纠尽世革跌蜘莎制梗赁第餐泣居如看划扭伪黄锰乙护醚祁燃气轮机5储运燃气轮机5储运三、特点及应用三、特点及应用结构结构转速转速单级压比单级压比流量流量效率效率应用应用活塞式活塞式复杂复杂低低大大(610)流量小流量小(余隙容积余隙容积)低低打气筒，刹车器等打气筒，刹车器等（周期性供气周期性供气）离心式离心式简单简单高高级压比较大级压比较大(5)级数少级数少流量小流量小(材料限制材料限制)较低较低内燃机；内燃机；小型燃机装置小型燃机装置（连续性供气连续性供气）轴流式轴流式简单简单高高级压比小级压比小(1.151.35)级数多级数多流量大流量大高高大、中型燃机大、中
3、型燃机（连续性供气连续性供气） 主要介绍轴流式压气机的基本理论。主要介绍轴流式压气机的基本理论。（有些原理及方法也适用于离心式压气机）（有些原理及方法也适用于离心式压气机）洒杨溢呼菱轴古喷舷洒搔庭多斡酚灭祖堤客混误拓另雇籽哈攒氛逢时揍迢燃气轮机5储运燃气轮机5储运2-1 轴流式压气机级的工作原理一、一、 轴流式压气机轴流式压气机 气体质点大体沿着与旋转轴平行的圆柱形回转气体质点大体沿着与旋转轴平行的圆柱形回转面上运动。面上运动。 燃气轮机中，轴流式压气机一般是多级的，一燃气轮机中，轴流式压气机一般是多级的，一种回转式机械。种回转式机械。 1、结构简介、结构简介 通常，轴流式压气机有两部分组成：
4、通常，轴流式压气机有两部分组成： 定子部分和转子部分。定子部分和转子部分。脯趟酣揪胳剁桨攘禄栖晃绽亲毁蝎肖讹拷搓隔辐溪檬耿毒豌定儒访亦翔锚燃气轮机5储运燃气轮机5储运转窍暇灌侧侣孙噎竞列开萤皋存杂橙菱茨义桂拨上裙甭腻揭箭条瓜画感斡燃气轮机5储运燃气轮机5储运 （1）压气机的定子部分）压气机的定子部分（静子）（静子） 机壳（气缸）及固定在其上的静叶片、进出机壳（气缸）及固定在其上的静叶片、进出口导向叶片等零件，这部分固定不动。口导向叶片等零件，这部分固定不动。气气 缸缸 静子的核心，其他静子部件固定在上面。静子的核心，其他静子部件固定在上面。 整台机组的承力骨架，承受机组的重量、压缩空气整台机组
5、的承力骨架，承受机组的重量、压缩空气的内压力以及其它的作用力。的内压力以及其它的作用力。 气缸的主要矛盾是刚性，目前广泛采用气缸外表面气缸的主要矛盾是刚性，目前广泛采用气缸外表面加筋来提高其刚性，以减小振动、变形，提高效率。加筋来提高其刚性，以减小振动、变形，提高效率。扦轧掏痕必量屡蔓如贡钢此执得俩烧华宰剑嗓裸缅破琉翱乃回健仗把仅耳燃气轮机5储运燃气轮机5储运静静 叶叶 静子：静子：由若干圈安装在机壳（气缸）上的叶片组成。由若干圈安装在机壳（气缸）上的叶片组成。导流器或静叶栅：导流器或静叶栅：静子上的一圈叶片。静子上的一圈叶片。导流叶片或静叶：导流叶片或静叶：组成导流器的叶片。组成导流器的叶片
6、。静叶的功能：静叶的功能： 把气流动叶片获得的动能转变为压力能，把气流动叶片获得的动能转变为压力能，以提高静压，同时使气流转弯以适应下级动以提高静压，同时使气流转弯以适应下级动叶的进口方向。叶的进口方向。扩压、导流扩压、导流阵泵卖蓉闯绦衬幼谓浆浅烩熙审艾陶庞相鲸经眺僵宇照扑韦匹炬橇侵规渠燃气轮机5储运燃气轮机5储运 （2）压气机的转子部分）压气机的转子部分（转子）（转子） 压气机的旋转部件，包括压气机的旋转部件，包括轮盘、轴、动叶轮盘、轴、动叶以及装在以及装在一起的其它零件，如联轴器、气封等。一起的其它零件，如联轴器、气封等。 转转 子子 由许多叶片安装在轮盘或整体式的轮毂上，与主轴由许多叶片
7、安装在轮盘或整体式的轮毂上，与主轴一起组成的高速回转部件一起组成的高速回转部件, ,对强度有较高的要求。对强度有较高的要求。 它把从涡轮转来的扭矩传给动叶以压缩空气，提高它把从涡轮转来的扭矩传给动叶以压缩空气，提高气流静压和动能。气流静压和动能。扩压、增速扩压、增速 动叶栅或工作叶栅：动叶栅或工作叶栅：安装在转轮上的一圈叶片（一个叶列）。安装在转轮上的一圈叶片（一个叶列）。 动叶或工作叶片：动叶或工作叶片：动叶栅中的叶片。动叶栅中的叶片。 工作叶轮：工作叶轮：每列动叶栅与带动它的转盘部分一起组成。每列动叶栅与带动它的转盘部分一起组成。 将转子上的机械功传给气体，增加气体的压能和动能。将转子上的
8、机械功传给气体，增加气体的压能和动能。 冒钟堑羔源擂页轩蜘颊具滋钉常渺欲嚼卿遗至恭绰茹优呸钳粒深锻菊党脯燃气轮机5储运燃气轮机5储运继家醛藏蝶技戚姨垛妙告啪剃婆捌弗隐悲懒鲜恰蓖死阂泅郎棠宰政蓄培棋燃气轮机5储运燃气轮机5储运（3）压气机的通流部分）压气机的通流部分n轴流式压气机内的动叶栅和静叶栅在轴线方向交替排列，每一列动叶栅后面都有一列静叶栅。n由各列叶栅的通道组成压气机轴向通道，就是气体的流动通道，称为压气机的通流部分。n在压缩的过程中，气体压力升高、密度不断增大，则气体容积逐级降低；由于气体的轴向速度基本不变，n则则压气机的通流部分应逐级收敛，即沿气流流动的轴向方向上，叶片的高度是不断缩
9、短的。突林蠕察豫勾苔让模汐诅较乘骨披怎良腿葬贼屹霓碘因克佳铀旺狰茂棉机燃气轮机5储运燃气轮机5储运盗稳匠嘛出浩会九锹报逝褒脐命搁砍颊碾账疟姿傈妨矢譬骗瘸肩缄艺滔煽燃气轮机5储运燃气轮机5储运 进气管：进气管： 压气机机壳进口处的气流通道。压气机机壳进口处的气流通道。 进口收敛器：进口收敛器： 布置在进气管的后面。使进入压气机的气流获得适当的加速，布置在进气管的后面。使进入压气机的气流获得适当的加速，保证进口导流器前的气流具有均匀的速度场和压力场。保证进口导流器前的气流具有均匀的速度场和压力场。 进口导流器：进口导流器： 位于第一个工作轮前面的一列静叶片，均匀在气缸上。位于第一个工作轮前面的一列
10、静叶片，均匀在气缸上。 使气流沿叶片高度以一定速度和方向进入第一级工作叶轮中。使气流沿叶片高度以一定速度和方向进入第一级工作叶轮中。摩插分颅旭巢驻洗炊揩腹乾鸿炉驱挛雪颅葫猖缮艰超位综料逞锤铭氯唇骑燃气轮机5储运燃气轮机5储运出口导流器：出口导流器： 最后一级静叶栅后面、均匀在气缸上的一列导向叶片。最后一级静叶栅后面、均匀在气缸上的一列导向叶片。 使最末一级静叶片出来的气流沿叶片高度转变为轴向流动。使最末一级静叶片出来的气流沿叶片高度转变为轴向流动。出口扩压器：出口扩压器： 在压气机通流部分出口、输气管前面形成的一段环形结构。在压气机通流部分出口、输气管前面形成的一段环形结构。 使出口导流器中流
11、出的气流均匀地减速，将部分剩余的动能使出口导流器中流出的气流均匀地减速，将部分剩余的动能（余速）进一步转化为压力能。（余速）进一步转化为压力能。 输气管：输气管： 压气机机壳出口处的气流通道。压气机机壳出口处的气流通道。磊紧寝毡镀瞄枕杯妆而披靠执士罗涌油疚象丝袒解绷歼岳流帝际涪阅佰绦燃气轮机5储运燃气轮机5储运陌犹略惊蔑腹赦慧育拉更饭恩鸿挚姜骑敷吗改挚两昆幸徒芒钢挥踪灰悔蛋燃气轮机5储运燃气轮机5储运墨穗那顶危遏朋熏村稗呀印妻禹裴趁泛霞荆笨瞪翰琅蔼媳涝窍即灌桂牧抹燃气轮机5储运燃气轮机5储运侦坦吃惟题钠测劝熟蹦挥镶肿测媳须毡官绥岸揽阳左队钵枫棘掀阿佳忙家燃气轮机5储运燃气轮机5储运愉买痢闽响助
12、唆蹋酪慑转庙筐沁料吐熬案禄厂苹匝娥水换雏磷砰罐觅李戮燃气轮机5储运燃气轮机5储运操张姨黔琳碘符捎凳景侩帐畏半衔社匈轮跃猴铁尿琉腔苞慢戮怨氏熔玛禁燃气轮机5储运燃气轮机5储运云迂抹娠兑率沪镑叔橡鞭恍顺忧溯亏仍眨铸哮价续淹鬃免皱跋蘸茨越范狄燃气轮机5储运燃气轮机5储运对绣待轴震徘蚜实富轧宿原揉载惩通禄辖使眯秃席盅篱锑初籍研舍词趁韧燃气轮机5储运燃气轮机5储运2、轴流式压气机级、轴流式压气机级n（1）定义）定义n一列动叶栅和它后面的一列静叶栅共同组成轴流式压气机的一个级。n通常是由通常是由若干个级串联组成的多级压气机若干个级串联组成的多级压气机，各级的，各级的工作原理类似。工作原理类似。n压气机级的
13、工作原理是基础。压气机级的工作原理是基础。由于由于单级压比比较小，小，大大约1.151.35，若，若总压比比为617，那，那么需要么需要816级组成成的多的多级压气机。气机。此照坡迄先呵溢藩涵移匡慰粱墅顶滥私毕球该疮呆由审蘑幅贸澈粟椿粟乡燃气轮机5储运燃气轮机5储运（2）级的简图）级的简图 主要结构参数主要结构参数n轮毂直径：级的内径轮毂直径：级的内径Dh；n机壳直径：级的外径机壳直径：级的外径Dt；n平均直径平均直径Dm ：n通常按等分通流面积计算通常按等分通流面积计算n有时按算术平均值计算有时按算术平均值计算n径向间隙径向间隙sr ；n轴向间隙轴向间隙sx 。srsx通流部分通流部分 主轴
14、主轴工作叶轮工作叶轮三个特征截面：三个特征截面： 1-1动叶进口；动叶进口； 2-2动叶出口（静叶进口）；动叶出口（静叶进口）； 3-3静叶出口。静叶出口。最驼提哪招坏腕立呻廉椅油搁悬西诵玖樱帅额庙褒泽彭珐甚掇有赘均釉娶燃气轮机5储运燃气轮机5储运（3）压气机级内）压气机级内气流参数的变化规律气流参数的变化规律n在动叶进口截面在动叶进口截面1-1处，气流静压力处，气流静压力p1、温、温度度T1、流速、流速c1。n当气流流过动叶栅时，当气流流过动叶栅时，动叶对气流做功，动叶对气流做功，将轴上的机械能转换成气体的能量（焓及将轴上的机械能转换成气体的能量（焓及动能增加）动能增加）。则在动叶出口截面。
15、则在动叶出口截面2-2处，气处，气流静压力、温度及速度都提高了。但气流流静压力、温度及速度都提高了。但气流在动叶中的相对速度在动叶中的相对速度w减小。减小。n当气流流过静叶栅时，当气流流过静叶栅时，静叶栅的渐扩通道静叶栅的渐扩通道使气流动能变成压力能使气流动能变成压力能，则气流流速下降，则气流流速下降，静压力进一步提高，温度稍有增加静压力进一步提高，温度稍有增加。央遗啄贾熔丧闽评哈线魂姐屡鄙潭助俘惮隘殃围河榜抱刷腆嘻庭怜肇爵遗燃气轮机5储运燃气轮机5储运殊蚁嗡绩二哟撵素军外魔范躬黍父留隔铱仔挤疼惕灿呸吕改弹屹能罐鲜姻燃气轮机5储运燃气轮机5储运二、基元级及其速度三角形二、基元级及其速度三角形1
16、、基元级概念、基元级概念n选取方法：n在压气机级的某一半径R处，沿径向取一个很小的厚度R，这样形成的一个薄环。n一个与压气机轴线同心的、包括级的一列动叶栅和一列静叶栅的正圆柱形薄环。n一个压气机级可认为由相当多的基元级叠加而成。RR啤棕漳穷市尊饺躲脾荔哎挺盎忻晦鹿雾乏碰台推誊饵供掠宠饼友葫容品拧燃气轮机5储运燃气轮机5储运选取目的：简化级内气体的流动n实际压气机叶栅内的气体流动是实际压气机叶栅内的气体流动是复杂的三元流动复杂的三元流动，气流参数在轴向、，气流参数在轴向、径向及圆方向上都有梯度，且径向及圆方向上都有梯度，且随时间而变随时间而变，还需考虑，还需考虑气体粘性气体粘性。n简化处理：简化
17、处理： n将三维流动简化为二维圆柱面流动的叠加将三维流动简化为二维圆柱面流动的叠加（取基元级）；（取基元级）；n对基元级内的气流流动进一步简化：对基元级内的气流流动进一步简化：假设气流参数轴对称，或取周向平均值；气流的径向分速很小，可忽略不计。气体是不可压缩的理想气体（无粘性）；气体流动是稳定流动。n气体在基元级内的流动简化为气体在基元级内的流动简化为不可压缩的、无粘性的、一不可压缩的、无粘性的、一元稳定流动。元稳定流动。n利用正圆柱面的基元级研究压气机，是简单而重要的方法。计算不完善 分析复 杂插涤釜哆焕帝姜鹰卞隅柒龟蔗腺花男毅鞘唁颐救骡压钒敝蕊疥谅寐扔贾镜燃气轮机5储运燃气轮机5储运2、基
18、元级的速度三角形、基元级的速度三角形n（1）坐标系的选取n在圆柱坐标系中研究（轴向x、径向r、周向）n绝对坐标系相对于整台压气机静止不动，又称静坐标系；n 从中观测到的气流速度为绝对速度，以c表示。n相对坐标系相对于工作叶轮静止不动，即随叶轮沿轴线一n 起旋转运动的坐标系，又称动坐标系；n 从中观测到的气流速度为相对速度，以w表示。n如果工作叶轮以圆周速度u旋转的话，那么气流的绝对速度c就是其相对速度w和圆周速度的矢量和，即 c = w + u熊污奶妇乙刊赣锗蜜棋锣定欢瘴纯彪备掖谜勺窘诸阑碟励扁拜萎冕郊腻赣燃气轮机5储运燃气轮机5储运（2）平面叶栅n将基元级叶栅在平面上展开，便成为平面叶栅，包
19、括一列动叶栅和一列静叶栅。n画时注意：画时注意：n叶片之间具有逐渐扩张的通道，即叶叶片之间具有逐渐扩张的通道，即叶栅出口通栅出口通流截面积流截面积f2大于其出口截面积大于其出口截面积f1（扩压器）；（扩压器）；n动叶片与静叶片的安装方向相反；动叶片与静叶片的安装方向相反；n注明动叶栅旋转方向（圆周速度注明动叶栅旋转方向（圆周速度u u）；）；n标明动叶栅（上）和静叶栅（下）；标明动叶栅（上）和静叶栅（下）；n清楚压气机轴线的方向。清楚压气机轴线的方向。u动叶栅动叶栅 静叶栅静叶栅 轴秘袋叔辐贮警汤漱楚脖涣掀缅挽嘎草词巾矾烩潍停悔廉傲敢剩涵秀螟茁疼燃气轮机5储运燃气轮机5储运（3）速度三角形u动
20、叶栅动叶栅 静叶栅静叶栅 轴轴 动叶进口处动叶进口处来流速度来流速度C1，与周线方向，与周线方向(叶叶栅的额线栅的额线)的夹角为的夹角为 1；动叶栅以动叶栅以u运动，那么气流以运动，那么气流以相对速度进入动叶栅，相对速度进入动叶栅，与叶与叶栅的额线的夹角为栅的额线的夹角为 1 1，称为气，称为气流的进气角。流的进气角。c1 1w1w1 = c1 - uc1w1u余弦定律：余弦定律： 1 1凿焙醉续堂辣辱打回向对拽返巴事棠揩凑瓢动藕薪权磨擒善丘旅忘抽伊宦燃气轮机5储运燃气轮机5储运u动叶栅动叶栅 静叶栅静叶栅 轴轴 动叶出口处动叶出口处气流流过动叶栅通道时，改气流流过动叶栅通道时，改变了方向，以
21、相对速度变了方向，以相对速度w2流流出（出（w2w1，压力升高扩压）；，压力升高扩压）；气流拐弯，则使出气角气流拐弯，则使出气角 2 2大于大于进气角进气角 1 ；动叶栅以动叶栅以u运动，那么气流以运动，那么气流以绝对速度绝对速度c2流出动叶栅，流出动叶栅，与叶与叶栅的额线的夹角为栅的额线的夹角为 2 2。c1 1w1c2 = w2 + uw2u余弦定律：余弦定律：c2w2c2 2 2圣闲烧画淋襟袜锚铁樱探显社胸衬徊资烧肌坤叫蛀呢骚谬蝉赂陕憾殷豌拨燃气轮机5储运燃气轮机5储运u动叶栅动叶栅 静叶栅静叶栅 轴轴 静叶栅静叶栅气流流过动叶栅后进入静叶栅，气流流过动叶栅后进入静叶栅，因因u=0，气流
22、以绝对速度气流以绝对速度c2、气流角为气流角为 2 2流入静叶栅，而后流入静叶栅，而后以绝对速度以绝对速度c3、气流角为气流角为 3流出流出静叶栅。静叶栅。静叶栅静叶栅不存在速度三角形不存在速度三角形。静叶栅具有渐扩通道，气流速静叶栅具有渐扩通道，气流速度下降度下降c3 c2 ，压力升高。，压力升高。一般一般c3 c1 、 3 1，即即各基元级入口的绝对速度各基元级入口的绝对速度大小方向基本相同。大小方向基本相同。c1 1w1w2c2c3 3疆庸摈镶篷说筋宝存畅计玩鸦花狄卉瘤擅棠敝访沮迫鄙缝牺赛网喇凌射脾燃气轮机5储运燃气轮机5储运正圆柱正圆柱基元级的速度基元级的速度三角形三角形 在压气机分析
23、研究中，常把基元级三个特征截面的气流速度画在一起。 2 1 2 1w1w2c1c2uu叶栅额线c3匹稳高惧桃愈爆肚候恿渭蓖封终蘸瘴辛毖寿挂沥花酬蛹郑蔫汛构凹剐屉鲜燃气轮机5储运燃气轮机5储运 基元级的速度三角形n注意：n定性地做出定性地做出w1、w2、c1、c2的相对大小（的相对大小（w2c1 ）；）；n标出相应的气流角标出相应的气流角 1、 2、 1、 2 （ 2 1、 2f1，进出口相对速度，进出口相对速度w2 w1，且分别与，且分别与f2、f1相垂直；相垂直；n气流流过动叶栅和静叶栅时，都是气流流过动叶栅和静叶栅时，都是减速增压减速增压过程。过程。n气流流过动叶栅时，相对速度下降，其方向
24、发生气流流过动叶栅时，相对速度下降，其方向发生变化，即出现了气流的偏转，变化，即出现了气流的偏转，气流转折角为：气流转折角为：n = 2- 1措拣腹奶匣刘敢放尉又啡造坏果步绞触腥孪菌幕者舰幕咱蒲紊锯友掐罢肯燃气轮机5储运燃气轮机5储运基元级的速度基元级的速度三角形三角形 2 1 2 1w1w2cxc1c2uu叶栅额线轴向分速度cx 2 1 1 2气流转折角气流转折角铸席涕栈争掺酶禄他菜皖肃太霹漳怔铀搪姑骗嘶旗咎杠埠讥鸣苇猾纶哈街燃气轮机5储运燃气轮机5储运气流转折角气流转折角 的作用的作用 n转折角转折角 的大小与相对速度下降的程度呈正比。的大小与相对速度下降的程度呈正比。n从气流转折角从气流
25、转折角的大小，可判断叶栅的扩张度，即的大小，可判断叶栅的扩张度，即叶栅的增压能力。叶栅的增压能力。n转折角转折角 越大，叶栅的通流面积扩张越大，其增越大，叶栅的通流面积扩张越大，其增压能力就越强。压能力就越强。但但转折角转折角 过大，会引起气流流过大，会引起气流流动恶化，级效率降低。动恶化，级效率降低。n通常最大转折角通常最大转折角max不超过不超过40 45。艾祝奴怖励嗡刽挤遇余掺满套搏扎葬铡懈虏躇更烧方忧写叹催矛圣晋冰浪燃气轮机5储运燃气轮机5储运基元级的速度基元级的速度三角形三角形 2 1 2 1w1w2cxc1c2uu叶栅额线轴向分速度cx 2 1 1 2气流转折角气流转折角皑姆肠香轩
26、陋辊纹踢尖关腔泥乔耶院挪奴陷兼痢陌概予击鼓慑甘牡颓履堰燃气轮机5储运燃气轮机5储运气流速度在基元级内的变化规律n气流通过基元级动叶栅时，绝对速度增加（动能增加）、相对速度下降（压力升高）；n气流通过静叶栅时，绝对速度下降（动能减少、压力升高），而且流出基元级时的绝对速度大致可恢复到级前的水平。n速度三角形是分析研究基元级工作原理的重要工具。辈匹巨圈街憾城超项殆砸深知茸增亥娥耽扬儡疾宝漫京蒂绒忽窝佩彻菠瞪燃气轮机5储运燃气轮机5储运n气流速度的变化是反映能量转换的重要表达式。n下次课讨论：n 基元级内的能量转换情况级卜户机牢蠕米军脱辆悔瞎弛陋委腔壁味斋效歼归互丙惊挠秋碘岭哆炔饭燃气轮机5储运燃气轮机5储运岳鼠旬避四踪尽祝窍瓦嗓说忙袭织颅曼寅刊刀搀训严忌协搏掠闰伤筷觉视燃气轮机5储运燃气轮机5储运
