轴流式压缩机-绪论和第一章

1、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

2、平压缩机分类 与离心压缩机相比与离心压缩机相比 优点：优点： 1 设计工况下效率较高，绝热效率可高设计工况下效率较高，绝热效率可高510 2 流量大，重量轻，体积较小流量大，重量轻，体积较小 缺点缺点 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：四、发展趋势： 1 高效化高效化 （1）减小压缩机中各种损失）减小压缩机中各种损失 （2）改善各工况压缩机性能）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）采用符合实

3、际流动情况的设计与计算方法 2 高压化高压化 高流速，冲波，机器高转速及材料问题高流速，冲波，机器高转速及材料问题 3 低噪音化低噪音化 （85dB） 机械噪音，气动噪音机械噪音，气动噪音 原因，机理，影响音速及降噪措施原因，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，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然后流入静叶，使速度降低，压力升高。

4、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。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 t D 级的外径（包括叶片顶部与气缸级的外径（包括叶片顶部与气缸 之间的径向间隙）之间的径向间隙） h D 级的内径（轮毂直径）级的内径（轮毂直径） / ht dDD轮毂比轮毂比 l 叶片高度叶片高度 r z 径向间隙，叶尖与气缸内壁间距径向间隙，叶尖与气缸内壁间距 轴向间隙，二叶片排之间轴

5、向距离轴向间隙，二叶片排之间轴向距离 1-1 简图及基本研究方法 均径处截面均径处截面 环形叶栅：把形状相同的叶片切环形叶栅：把形状相同的叶片切 面彼此以一定距离沿圆周排成一面彼此以一定距离沿圆周排成一 个环形表面个环形表面 基元级：一对动叶和静叶环形叶基元级：一对动叶和静叶环形叶 栅组成栅组成 平面叶栅：平面叶栅： 代替环形叶栅，方代替环形叶栅，方 便符合实际便符合实际 1-2 基元级叶型与叶栅主要参数 /cc b 一、叶型几何参数 型面：叶型型线所包围的切面型面：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：叶弦，连接中线两

6、端点的直线 c：叶型最大厚度：叶型最大厚度 叶型最大相对厚度叶型最大相对厚度 f叶型中线最大挠度叶型中线最大挠度 /ffb 相对最大挠度相对最大挠度 a 叶型前缘至最大挠度处距离叶型前缘至最大挠度处距离 1 x前、后缘方向角前、后缘方向角 2 x 叶型弯曲角叶型弯曲角 12 xx 12 ,r r 前、后缘小圆半径前、后缘小圆半径 1-2 基元级叶型与叶栅主要参数 /tc b 二、叶栅几何参数 叶栅前额线：叶型前缘点连线叶栅前额线：叶型前缘点连线 叶栅后缘线：叶型后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：栅距，相邻叶型在圆周方向距离 相对栅距相对栅距 /b t 叶栅

7、稠度叶栅稠度 b 进、出口安装角进、出口安装角 2A 叶型弯曲角叶型弯曲角 21AA 12 , 气流进、出口角气流进、出口角 1A 叶型安装角叶型安装角 三、气流特征角 11A i 气流进口冲角气流进口冲角 22A 气流出口落后角气流出口落后角 21 气流转折角气流转折角 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，进出口栅距相等扩张通道，速度减小，静压升高。对叶栅，进出口栅距相等 2211 sinsinFtFt 要求：弯曲要求：弯曲 1-3 基元级增压原理 要求：要求：1 弯曲弯曲 2 流道截面积渐增流道截面积渐增 1-3

8、 基元级增压原理 111 cwu 二、气流在基元级中的流动二、气流在基元级中的流动 222 cwu 12dd ff 23ss ff 21 ww32 cc 21 pp 32 pp 亚音速情况亚音速情况 12 () tuuu hLu wwu w 212211 coscos uuuu wccccc 1-3 基元级增压原理 三、动叶栅对气体作功三、动叶栅对气体作功 （欧拉方程）（欧拉方程） 欧拉方程欧拉方程 12aaa ccc 222 cos a cuc ctg 111 cos a cuc ctg 12 () ta huc ctgctg 1-3 基元级增压原理 222 11 1 2 u wuc uw

9、欧拉第二方程欧拉第二方程 222 22 2 2 u wuc uw 2222 2112 12 () 22 tuu ccww hu ww 22 u tu w hu wuhu u 12 2 () tua hwc hctgctg uuu h 在在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。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 提高提高ht方法（受限制）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。增加动叶栅圆周速度，但受叶片材料强度限制。 固定

10、式压缩机：固定式压缩机： 运输式压缩机：运输式压缩机： 150300/ t um s 220370/ t um s 2 增大扭速增大扭速 wu，即增大气流转折角，即增大气流转折角，但太大的，但太大的会使气流易于脱会使气流易于脱 离，流动恶化。离，流动恶化。 3 增加轴向速度增加轴向速度c1a，但过大的，但过大的c1a 会引起会引起Mw1增大；而且增大增大；而且增大c1a主要是增主要是增 加了动压头。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四、静叶栅中气流压力的提高 流道扩张流道扩张 一般情况下，一般情况下，c3方向与方向与c1一致。一致。 静叶栅功

11、能：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使气流以合适的角度进入后一级 1-4 基元级速度三角形 111 cos u cc 一、速度三角形一、速度三角形 111 cos u ww 222 cos u cc222 cos u ww 111111 sinsin aa ccww 222222 sinsin aa ccww 11uu cwu22uu cwu 亚音速轴流压缩机，一级的压亚音速轴流压缩机，一级的压 比很小，动叶进出口容积流量比很小，动叶进出口容积流量 变

12、化不大，轴流速度相差不过变化不大，轴流速度相差不过5 ，故认为：，故认为： 1122aaaa cwcw 1-4 基元级速度三角形 11 , , auu ccuw 1-4 基元级速度三角形 基元级速度三角形四决定参数基元级速度三角形四决定参数 11112 ,(, )(,) auu cccuwww 12 (,) u wcc 1 1 1 1 sin a c c 1 2 2 2 sin a c c 1 1 1 1 sin a c w 1 2 2 2 sin a c w 1-4 基元级速度三角形 111 / a cVF （1）反映了级的通流能力。在面积一定时，增大）反映了级的通流能力。在面积一定时，增大

13、c1a，可增大容积流量。当，可增大容积流量。当 容积流量一定时，增大容积流量一定时，增大c1a可减小通流面积，缩小机器尺寸可减小通流面积，缩小机器尺寸 1 （2）增大）增大c1a，可增大级的能量头，可增大级的能量头ht （3）过大）过大c1a，可增大，可增大Mw1或者或者Mc2 ，超过许可值，使损失增大，超过许可值，使损失增大 （4）容积流量不变的情况下，）容积流量不变的情况下， 增大增大c1a使叶片过短，增大损失使叶片过短，增大损失 （5） 1 / a cu 流量系数，表示通流能力，是说明基元级工作状况的一流量系数，表示通流能力，是说明基元级工作状况的一 个重要参数个重要参数 四参数影响四参

14、数影响 1-4 基元级速度三角形 2 1u c 切向速度又称作预旋。与圆周速度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对加功量，压比，效率及级的尺寸有决定性影响 4() utu w hu w 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速度三角形是了解与分析级中气流工作状况的有效工具

15、，通过它可以一目了然 地明白动静叶栅中：地明白动静叶栅中： （1）气流速度大大小及变化）气流速度大大小及变化 （2）流道中气流转折的程度）流道中气流转折的程度 （3）级的作功能力）级的作功能力 （4）负载在动静叶栅中的分配情况）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）叶栅中叶型大致的安放位置 1-5 级中能量分析 一、能量方程一、能量方程 2222 2121 2121 () 22 p cccc Liic TT 2222 1221 22 wwcc L 22 12 2121 () 2 p ww iic TT 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，而热焓动叶栅中相

16、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的大部分将转化为气体的压力能 动叶栅动叶栅 1-5 级中能量分析 静叶栅静叶栅 22 32 32 0 2 cc Lii 22 23 32 2 cc ii 静叶栅中焓的增加是由于动能减小的结果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、热力学第一定律二、热力学第一定律 21 () 11 rr kn QhR TT kn 2 2121 1 ()() 11 rr kdpn R TTQR TTQ kn 热量热量流动损失流动损失 1-5 级中能量分析 三、伯努利方程（三部分）三、伯努利方程（

17、三部分） 22 2 21 1 2 1 2 tr ccdp Lhh 22 2 12 1 2 1 2 r wwdp h 动叶栅动叶栅 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失。这就是气流在动叶栅中的增压原理 22 3 23 2 3 2 2 r ccdp h 静叶栅静叶栅 22 33 31 1 31 3 11 2 trr ccdpdp Lhhh 1

18、-5 级中能量分析 基元级基元级 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分用于克服流动损失 1-6 压缩过程、压缩功及效率 1 2 1 1 1 1 k k ad pk hRT kp 一、压缩过程与压缩功一、压缩过程与压缩功 1 绝热过程绝热过程 2 多变过程多变过程 1 2 1 1 1 1 n n pol pn hRT np 21 21 2121 () () pad adad ad polrp c TT hTT hhc TTTT 1-6 压缩过程、压缩功及效率 二、效率二、效率 1 绝热效

19、率绝热效率 2 多变效率多变效率 21 21 11 11 pol pol polr nn TT h nn kk hh TT kk 1-6 压缩过程、压缩功及效率 多变效率与绝热效率关系多变效率与绝热效率关系 11 11 11 1 1 1 1 pol kk kk adad nk polpol nk pol k k h h n n 1 1 1 1 pol k k adk k 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。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

20、的静压增量按一定比例分配，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。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 2 1 2 1 3 1 3 1 r st t r dp h h dp h h C3约等于约等于c1 1-7 基元级的反动度及预旋 反动度具体表达式反动度具体表达式 22 21 2121 ()() 2 111 222 t stuuuuumu ttu cc h hcccccc hhu

21、cuu 212111 ()(2) 111 222 uuuuuuu ccccccc uuuu 212112 ()2() 11 2222 uuuuuumu ccuwwwww uuuu 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） 22 12 0 2 st ww h 12 ww 12 0 2 uu ww u 12uu ww 气流在动叶栅中速度大小不变，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整个基元级压增全部发生在静 叶栅中叶栅中 122121 ,ww cc cw 1-7

22、 基元级的反动度及预旋 速度三角形特点速度三角形特点 （1） （2）基元级速度三角形基形为）基元级速度三角形基形为 右偏直角三角形右偏直角三角形 （3）冲动级，缺点：）冲动级，缺点： 静叶栅中扩压厉害，符合静叶栅中扩压厉害，符合 大，流动以恶化，造成大损失大，流动以恶化，造成大损失 Mc2大，易超过许可值而大，易超过许可值而 加大损失加大损失 一般不采用一般不采用 0.5 （2） 1-7 基元级的反动度及预旋 22 12 2222 2112 2 0.5 22 st t ww h ccwwh 2222 2112 1 222 t ccww h 动叶栅中加给气体的能量，对动叶栅中加给气体的能量，对

23、半转化为压能和动能。半转化为压能和动能。 12 10.5 2 uu cc u 1-7 基元级的反动度及预旋 12uu ccu 122uuu cucw 211uuu cucw 12 cw 21 cw 特点：特点： 1 基形为等腰三角形基形为等腰三角形 2 最大马赫数较小，流动损失小最大马赫数较小，流动损失小 3 u较大仍可采用较大仍可采用 1-7 基元级的反动度及预旋 22 21 0 2 cc 1 （3） 1 st t h h 12 cc 12 11 2 uu cc u 12uu cc 气流得到的能量全部在动叶栅中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，转化为压力能，静叶栅中

24、无压增， 只起改变流速方向，使气流以合只起改变流速方向，使气流以合 适角度进入下一级适角度进入下一级 1-7 基元级的反动度及预旋 特点：特点： 1 基形为左偏直角三角形基形为左偏直角三角形 2 121212 ,cc ww wc 3防止防止Mw1超过许可值超过许可值 4 当当u与与ca都不太大时可应用之都不太大时可应用之 动叶栅进口气流绝对速度为动叶栅进口气流绝对速度为 轴向或接近轴向的基元级轴向或接近轴向的基元级 0.70.9 （4） 1111 ;0; auu cccwu 第一级之前不用进气导叶，第一级之前不用进气导叶， 可减小整机轴向尺寸可减小整机轴向尺寸 速度三角形介于速度三角形介于0.

25、5和和1.0之之 间，工作特点也介于二者之间，工作特点也介于二者之 间间 1-7 基元级的反动度及预旋 平时较少用平时较少用 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、三、0.5 比较比较 ;/ tua hu ccu 相同相同 1,1.01,0.5ww MM u大时，大时，0.5反作用度优反作用度优 势明显势明显 1, au u cc相同相同 1-7 基元级的反动度及预旋 1-7 基元级的反动度及预旋 12 1 a ctgctg uc ctg 2, a u c相同相同 12 () ta huc ctgctg 1,1.02,1.01,0.52,0.5

26、 , ,1.0,0.5tt hh 1,1.0,0.5ww MM 1-7 基元级的反动度及预旋 3 1, , a w c相同相同 0.51.0 uu ,0.5,1.0tt hh 1.0的静叶栅中没有压增，的静叶栅中没有压增， 静叶与转子之间不要求密封，静叶与转子之间不要求密封， 简化结构简化结构 0.5动静叶压增均配，工质动静叶压增均配，工质 作用于转子上轴向推力比作用于转子上轴向推力比 1.0可减小一半；动叶相应可减小一半；动叶相应 截面上弯曲应力减小，弦长截面上弯曲应力减小，弦长 可短；动静叶在叶栅上安装可短；动静叶在叶栅上安装 都有一定倾斜度，缩短轴向都有一定倾斜度，缩短轴向 尺寸尺寸 1

27、-7 基元级的反动度及预旋 , , ,uh 四、确定速度三角形的气动参数四、确定速度三角形的气动参数 1-7 基元级的反动度及预旋 1 1 2 uu cw uu 1a c u u w h u , ,h确定速度三角形基本形状确定速度三角形基本形状 11 1 111 / / aa uuu ccu tg wwuwu 11 1 /1 22 uuu u uccwh wu uuu 1 1 /(/2)tgh 1 2 /(/2)tgh 1 1 /(1/2)tgh 1 2 /(1/2)tgh 1-7 基元级的反动度及预旋 1 1 2 uu cw uu 五、预旋五、预旋 正预旋和负预旋正预旋和负预旋 预旋小，反动度大预旋小，反动度大 U一定，采用正预旋可降低一定，采用正预旋可降低Mw1； 在在u较大的运输式压缩机中，常采用正预旋，以控制较大的运输式压缩机中，常采用正预旋，以控制Mw1；w1一定一定 可用正预旋提高可用正预旋提高u；在；在u较小的固定式压缩机中（特别后面级，较小的固定式压缩机中（特