压气机的原理和特性

1、 按按分类分类 轴流式轴流式 离心式 通风机（通风机（110 kPa) 110 kPa) 鼓风机（鼓风机（110110400 kPa) 400 kPa) 压气机（压气机（400 kPa)400 kPa) 按工作原理和构造分类按工作原理和构造分类 活塞式压气机活塞式压气机 叶轮式压气机叶轮式压气机 特殊引射式压缩器特殊引射式压缩器 按压缩气体压力范围分类 轴流式压气机的结构轴流式压气机的结构 压气机的级压气机的级 由一列动叶片由一列动叶片 和紧跟其后的一列静叶片构成的和紧跟其后的一列静叶片构成的 压气机的基本工作单元。压气机的基本工作单元。 第一级第一级 三个特征截面： 级前1、级间2和级后3

2、叶型：叶片横截面形状。叶型：叶片横截面形状。 型线：叶型轮廓线，包括背弧型线、内型线：叶型轮廓线，包括背弧型线、内 弧型线及二者的连接圆弧线。弧型线及二者的连接圆弧线。中弧线：叶型型线所有内切圆圆心的连线。中弧线：叶型型线所有内切圆圆心的连线。 弦长：型线在弦线方向的投影长度。弦长：型线在弦线方向的投影长度。 外弦长外弦长b 内弦长内弦长中弧线两端点的连线。中弧线两端点的连线。 前后缘方向角：叶型前、后缘点处中弧线的切前后缘方向角：叶型前、后缘点处中弧线的切 线与外弦线间的夹角。线与外弦线间的夹角。叶型的弯曲角叶型的弯曲角：表征叶型弯曲程度的角度。：表征叶型弯曲程度的角度。 = 1+ 2 叶栅

3、前后额线：叶型前、后缘点的连线。叶栅前后额线：叶型前、后缘点的连线。 叶型安装角叶型安装角 ：外弦线与圆周方向的夹角。：外弦线与圆周方向的夹角。 ：两个相邻叶型上同位点在圆周方向上的距离。：两个相邻叶型上同位点在圆周方向上的距离。 ：叶型中弧线在前缘点和后：叶型中弧线在前缘点和后 缘点的切线与叶栅前、后额线的夹角。缘点的切线与叶栅前、后额线的夹角。 进出气角：气流进、出口相对流速与叶栅前、进出气角：气流进、出口相对流速与叶栅前、 后额线的夹角。后额线的夹角。 进口冲角：叶栅的入口安装角与气流进气角进口冲角：叶栅的入口安装角与气流进气角 之差。之差。 出口落后角：叶栅的出口安装角与气流出气角之差

4、。出口落后角：叶栅的出口安装角与气流出气角之差。 气流转折角：气流出气角与进气角之差。气流转折角：气流出气角与进气角之差。 气流的绝对速度、气流的绝对速度、 相对速度和圆周速相对速度和圆周速 度的矢量关系：度的矢量关系： 扭速：相对速度的圆周分量变化量。扭速：相对速度的圆周分量变化量。 ( (反映外界对气体做功量的大小。反映外界对气体做功量的大小。) ) 2 1 2 1 2222 2112 22 21 1 22 21 1 22 2121 1 12 22 d 2 1 d 2 2 cu p p p p ccww wu w cc qv p cc qp ccpp q 22 2332 2 23 22 3

5、223 2 23 2 2 ccpp q ppcc q 理理 想想 压压 缩缩 功功 输输 入入 的的 机机 械械 功功 能量损失能量损失 压气机效率：压气机效率： 100% 1 s c c c sc W h W W WWh 内部损失内部损失 型阻损失型阻损失（影响因素：叶型）（影响因素：叶型） a、叶栅表面附面层中产生的、叶栅表面附面层中产生的摩擦和脱离摩擦和脱离现象引起；现象引起； b、叶片表出口尾迹中的、叶片表出口尾迹中的涡流涡流以及与主流的以及与主流的掺混掺混； c、在超音速气流中发生的、在超音速气流中发生的激波激波现象等引起的能量损失。现象等引起的能量损失。 端部损失端部损失（影响因素

6、：叶片高度）（影响因素：叶片高度） 端部摩擦端部摩擦 二次流损失二次流损失 径向间隙的漏气损失径向间隙的漏气损失（影响因素：动静间隙大小、前后压差和（影响因素：动静间隙大小、前后压差和 直径大小等）直径大小等） 外部损失外部损失 支持轴承和止推轴承上的机械摩擦损失；支持轴承和止推轴承上的机械摩擦损失； （相应的减损措施：采用高效轴承、适当润滑等措施）（相应的减损措施：采用高效轴承、适当润滑等措施） 经过经过高压转子轴端与机匣之间的间隙泄漏到外界去的漏气损失。高压转子轴端与机匣之间的间隙泄漏到外界去的漏气损失。 （相应的减损措施：增设气封装置）（相应的减损措施：增设气封装置） 压气机的能量损失压

7、气机的能量损失 转速不变，流量降低到一定值转速不变，流量降低到一定值 后，压气机内的气流轴向脉动引起后，压气机内的气流轴向脉动引起 的整台机器的剧烈振动。的整台机器的剧烈振动。 转速不变，流量增大到一定值转速不变，流量增大到一定值 后，压比急剧下降，流量无法继续后，压比急剧下降，流量无法继续 增大的现象。增大的现象。 压比随流量的变化情况（转速不变）压比随流量的变化情况（转速不变） 无损失时：级的压比随流无损失时：级的压比随流 量的增大而减小量的增大而减小 考虑摩擦损失时：单位质考虑摩擦损失时：单位质 量气体的损失随流量的增量气体的损失随流量的增 大而增大大而增大 考虑考虑漩涡损失时：存考虑考

8、虑漩涡损失时：存 在使压比最大的最佳流量在使压比最大的最佳流量 maxminmin max min ()/ VVV V V qqq q q 压气机工作范围 式中：某转速下压气机进口的最大空气流量； 同转速下压气机进口的最小空气流量。 特点特点 压比随流量变化压比随流量变化 一般不存在左支，喘振一般不存在左支，喘振 点出现在右支上；点出现在右支上； 压比和效率随流压比和效率随流 量变化的特性线较单级量变化的特性线较单级 陡峭，高转速下几乎成陡峭，高转速下几乎成 垂线，导致其工作范围垂线，导致其工作范围 变窄。变窄。 “通用的通用的”内涵：内涵： 无论压气机的尺寸无论压气机的尺寸 （几何相似）、进

9、气量（几何相似）、进气量 和进气条件如何变化，和进气条件如何变化， 该特性线都适用。该特性线都适用。 “通用的通用的”根据：根据： 根据根据相似原理相似原理，若，若 对应的对应的定性准则数定性准则数彼此彼此 相等，则对应的所有无相等，则对应的所有无 因次参数都彼此相等。因次参数都彼此相等。 压气机的定性准则数压气机的定性准则数 第一级动叶栅的第一级动叶栅的进口速进口速 度马赫数度马赫数和和圆周速度马赫数圆周速度马赫数 是压气机的两个基本定性准是压气机的两个基本定性准 则数，其他任何与之成比例则数，其他任何与之成比例 且相互独立的无因次参数都且相互独立的无因次参数都 可代替成为定性准则数。可代替

10、成为定性准则数。 某压气机通用特性线某压气机通用特性线 代替代替进口速度马赫数进口速度马赫数的的 定性准则数定性准则数 代替代替圆周圆周 速度马赫速度马赫 数数的定性的定性 准则数准则数 典型的典型的 不稳定工况不稳定工况 失速失速 喘振喘振 阻塞阻塞 叶背的边叶背的边 界层分离界层分离 区易扩大区易扩大 当流量减小时，若叶片当流量减小时，若叶片2的背部先出现气流分离，叶片的背部先出现气流分离，叶片2与与3 之间的流道将被部分堵塞，于是该流道前方将形成低速气之间的流道将被部分堵塞，于是该流道前方将形成低速气 流区（停滞区），导致该停滞区附近的气流改变流向。流区（停滞区），导致该停滞区附近的气流

11、改变流向。 a、随流量减小，失速先在一随流量减小，失速先在一 个或几个叶片的叶尖处产生，个或几个叶片的叶尖处产生， 然后沿径向和周向扩展；然后沿径向和周向扩展； b、压比、效率随流量的减小而连续变化；压比、效率随流量的减小而连续变化； c、叶圈中可有一个或多个对称的失速区，多个失速区相叶圈中可有一个或多个对称的失速区，多个失速区相 互干扰，不稳定性增加，常发生于叶片较长的级中。互干扰，不稳定性增加，常发生于叶片较长的级中。 单级单级 压气压气 机阻机阻 塞的塞的 原因原因 高转速下的声速阻塞高转速下的声速阻塞 即气流流速达到声即气流流速达到声 速，流量达到最大临界值，形成气流阻塞。速，流量达到

12、最大临界值，形成气流阻塞。 低转速下的边界层脱离阻塞低转速下的边界层脱离阻塞 即由于气流即由于气流 负冲角较大，动叶栅腹面上出现严重的气流负冲角较大，动叶栅腹面上出现严重的气流 分离，使出口通流面积减小而发生阻塞。分离，使出口通流面积减小而发生阻塞。 多级多级 压气压气 机阻机阻 塞的塞的 原因原因 高转速下的声速阻塞高转速下的声速阻塞 （阻塞机理同单级压气机的阻塞机理）（阻塞机理同单级压气机的阻塞机理） 。 低转速下的声速阻塞低转速下的声速阻塞 末几级由于受流末几级由于受流 量增大和前几级压比降低、气流密度减小量增大和前几级压比降低、气流密度减小 的双重影响，气流速度仍然增加较大并可的双重影

13、响，气流速度仍然增加较大并可 能达到声速，从而导致能达到声速，从而导致声速阻塞声速阻塞。 多级压气机的中间放气机构多级压气机的中间放气机构 中间放气中间放气 在多级压气机通流部分的一个或几个截面处将一在多级压气机通流部分的一个或几个截面处将一 部分气体放到大气中或者重新引回压气机进口，以防部分气体放到大气中或者重新引回压气机进口，以防 止压气机在低速运行时发生喘振的一种方法。止压气机在低速运行时发生喘振的一种方法。 中间放气的防喘机理中间放气的防喘机理 从压气机中间放掉部分气体，放气口前流量相对增从压气机中间放掉部分气体，放气口前流量相对增 大，放气口后流量相对减小，使首、末级的气流冲角均大，

14、放气口后流量相对减小，使首、末级的气流冲角均 可以调整到接近设计值，从而消除喘振。可以调整到接近设计值，从而消除喘振。 导叶固定和旋转时气流速度三角形的变化导叶固定和旋转时气流速度三角形的变化 1 1低压转子低压转子 2 2高压转子高压转子 双转子（分轴）燃气轮机的结构双转子（分轴）燃气轮机的结构 压气机静叶片压气机静叶片 可调可调 静叶静叶 静叶环静叶环 直接装配直接装配 的静叶的静叶 静叶静叶 气缸气缸 T T 形形 叶叶 根根 槽槽 配套配套 叶型：叶片横截面形状。叶型：叶片横截面形状。 型线：叶型轮廓线，包括背弧型线、内型线：叶型轮廓线，包括背弧型线、内 弧型线及二者的连接圆弧线。弧型

15、线及二者的连接圆弧线。中弧线：叶型型线所有内切圆圆心的连线。中弧线：叶型型线所有内切圆圆心的连线。 弦长：型线在弦线方向的投影长度。弦长：型线在弦线方向的投影长度。 外弦长外弦长b 内弦长内弦长中弧线两端点的连线。中弧线两端点的连线。 前后缘方向角：叶型前、后缘点处中弧线的切前后缘方向角：叶型前、后缘点处中弧线的切 线与外弦线间的夹角。线与外弦线间的夹角。叶型的弯曲角叶型的弯曲角：表征叶型弯曲程度的角度。：表征叶型弯曲程度的角度。 = 1+ 2 22 2332 2 23 22 3223 2 23 2 2 ccpp q ppcc q 转速不变，流量增大到一定值转速不变，流量增大到一定值 后，压比急剧下降，流量无法继续后，压比急剧下降，流量无法继续 增大的现象。增大的现象。 压比随流量的变化情况（转速不变）压比随流量的变化情况（转速不变） 无损失时：级的压比随流无损失时：级的压比随流 量的增大而减小量的增大而减小 考虑摩擦损失时：单位质考虑摩擦损失时：单位质 量气体的损失随流量的增量气体的损失随流量的增 大而增大大而增大 考虑考虑漩涡损失时：存考虑考虑漩涡损失时：存 在使压比最大的最佳流量在使压比最大的最佳流量 单级单级 压气压气 机阻机阻 塞