燃气轮机10PPT课件

1、（二）内部损失（二）内部损失 在在气体流动过程中产生的摩擦阻力和涡流损气体流动过程中产生的摩擦阻力和涡流损失，使部分有用功变为无用的热能，失，使部分有用功变为无用的热能，使压气机的使压气机的功率增加，又会改变气体的状态。功率增加，又会改变气体的状态。（1 1）通流部分中的摩擦阻力和涡流损失（2 2）级内的漏气损失；（3 3）转盘或转鼓端面与气流的摩擦损失；（4 4）出口速度损失（余速损失）。 第1页/共45页 对于基元级平面叶栅，流动损失仅指叶型损失。 对于压气机级，叶片具有一定的高度，流动损失包括 叶型损失、环端面损失、二次流损失。第2页/共45页 一、叶型损失叶型表面形成边界层而引起的。叶

2、型表面形成边界层而引起的。分为三部分： 摩擦损失气流流过压气机级时，与叶片表面、气缸壁面以及气流质点之间，由于相互摩擦效应所引起的能量损耗。与叶型表面的与叶型表面的附面层类型附面层类型有关有关 分离损失叶型表面附面层气流分离形成的涡流损失叶型表面附面层气流分离形成的涡流损失 尾迹损失叶型后缘的停滞涡流区且气流规律性差叶型后缘的停滞涡流区且气流规律性差第3页/共45页摩擦损失（附面层内）第4页/共45页分离损失：尾迹损失叶背压力梯度大i 0i cu)叶尖叶根叶栅后的压力高主流区满足径向平衡径向压差一定 第8页/共45页压气机级中的损失 从整个叶片看来，其两端的损失要比中间部分的大。 有时在实际考

3、虑叶栅中的叶型损失外，也常将环端面损失和二次流损失平均分配给沿叶高的基元级，用来在设计时估计压气机叶栅的效率。 第9页/共45页11ztcu级的流量系数第10页/共45页各种能量损失各种能量损失功耗功耗效率效率 必须想方设法尽力地减小能量损失必须想方设法尽力地减小能量损失从设计、制造、运行三方面同时着手从设计、制造、运行三方面同时着手第11页/共45页3-5 3-5 多级轴流压气机多级轴流压气机 一、概述 一般轴流式压气机： 亚音速级压比 1.151.30，运输式的可达1.4； 跨声速级则为1.502.0（以上） 目前燃气轮机的压比在820，必须多级串联。由若干单级压气机由若干单级压气机沿轴线

4、方向沿轴线方向依次排列组成依次排列组成通流部分是渐缩的，叶片高度逐级降低。通流部分是渐缩的，叶片高度逐级降低。第12页/共45页16级第13页/共45页 在多级压气机中，后一级的进口流场及参数状况，决定于前一级出口的气流情况；而后级的流动状况又对前级存在着一定的影响。 其级与级之间是相互影响、相互联系的。 其工作情况及要考虑的问题要比单独级复杂。第14页/共45页在多级轴流压气机中 最主要是研究通流部分内气流流动情况。 每一个单级的工作原理是完全相同的。 但沿通流部分气流的参数是逐级变化的，所以各级进气状态及流场就不同，其几何参数也各不相同。这样就形成了各级中不同的气流流动与工作特点。 这些不

5、同点，首先是由于各级的压力、温度、流速及容积流量不同所造成的。 按工作条件与特点，可将整个通流部分的级分成为三类： 前级（首级代表）qv1大 1小 T1低，则l1最长 d1最小 中间级 后级（末级代表）qvmin max T高，则l1最短 d最大第15页/共45页二、二、多级轴流压气机的通流部分形式多级轴流压气机的通流部分形式zqAcconst , zqAc11 ZZzzAAcc11 ZZzzAAcc11 ZZzzAAcccz逐级较显著地减小；降低级的增压能力 通流面积较快地缩小，末级叶片过短 通流面积变化比较平缓均匀 轴向分速第16页/共45页各种通流部分形式示意图第17页/共45页（1）等

6、外径）等外径 Dt=const 内径内径Dh和平均直径和平均直径Dm逐级增大逐级增大 特点：特点： 可逐级增大加功量，可逐级增大加功量， 级数减少，轴向尺寸缩短；级数减少，轴向尺寸缩短； 气缸内径加工方便，结构简单；气缸内径加工方便，结构简单； 但是，末级叶片较短，能损大；轮毂加工困难。但是，末级叶片较短，能损大；轮毂加工困难。 应用：应用：运输式燃气轮机运输式燃气轮机Dt=constut相等且最大相等且最大um逐级增大逐级增大第18页/共45页（2）等内径）等内径 Dh=const外径外径Dt和平均直径和平均直径Dm逐级降低逐级降低应用：应用： 小流量或固定式燃机中小流量或固定式燃机中 特点

7、：特点： 各级加功量减小，级数增多；各级加功量减小，级数增多； 流动损失较小，效率较高；流动损失较小，效率较高； 气缸内孔有锥度，不利加工。气缸内孔有锥度，不利加工。 um逐级减小逐级减小Dh=const第19页/共45页（3）等平均直径）等平均直径 Dm=const 内径内径Dh逐级增大、外径逐级增大、外径Dt逐级减小逐级减小 特点：特点： 各级加功量、级数、级效率等介入二者之间；各级加功量、级数、级效率等介入二者之间； 但轮毂与气缸的加工均不便。但轮毂与气缸的加工均不便。应用：应用： 前这种形式在固定式压气机中前这种形式在固定式压气机中用得不多用得不多。 um不变不变Dm=const第20

8、页/共45页（4）混合式）混合式 应用：应用： 高压比、小流量压气机采用。高压比、小流量压气机采用。 特点：特点： 前几级等内径、中间等外经、后几级等平均直径前几级等内径、中间等外经、后几级等平均直径第21页/共45页混合式混合式一般一般前几级等外径、后几级等内径前几级等外径、后几级等内径级数较多时，在一些运输式压气机中用得较多。级数较多时，在一些运输式压气机中用得较多。前几级qv大，采用等外径不致使叶片过短后几级qv小，采用等内径不致使叶片太短第22页/共45页三、多级压气机的主要性能参数三、多级压气机的主要性能参数1质量流量q kg/s 压气机进口截面A-A处： qqA AcAAA临界截面

9、上的参数只与气体性质有关，用来计算流量更方便。 *()AAAAApqAqT1121kkAgkRk对于空气， A =0.0404。2222tht()(1)44AAADDDdAAcrcr()Acqa无因次密流（气动函数）*cr21gAkaR Tk11*11*cr*2211kkAAgApkkR TcrAAca速度系数1111211112kkAAkkk第23页/共45页三、多级压气机的主要性能参数三、多级压气机的主要性能参数2压比压气机出口气流压力与进口气流压力的比值用滞止压力表示：*12*1stststZZpp*11app 第24页/共45页3等熵效率 Cs*与级效率 st*之间的关系？*11*11

10、cscscscsCsccccLiiTTTLiiTTT*,1*iisistziicTTTT*,*2,*1 ,stzststst 假假设设*1* 图可知s-T由csziisTT，*Csst*11cscsCsstzziisiiTTTT 即多级压气机的绝热效率即多级压气机的绝热效率低于各单级的平均热效率。低于各单级的平均热效率。*1stCs(1.02 1.04)一般，重热效应重热效应 ： 由于克服流动阻力所消耗的能由于克服流动阻力所消耗的能量基本上都转换成摩擦热量，使下量基本上都转换成摩擦热量，使下一级气体的进口温度提高，从而增一级气体的进口温度提高，从而增加了下一级的绝热压缩功，使压气加了下一级的绝

11、热压缩功，使压气机的效率降低。机的效率降低。重热系数第25页/共45页压气机绝热效率级绝热效率* CsstZ第26页/共45页4功率 若压气机作为一个独立的整体使用时，必须考虑外部损失，压气机消耗的总功率： kWCCPqL kWCCmPP 1 *1( 1) cckkCspCLc T m机械效率。,1zCst iiLL*s1CCsCLL第27页/共45页四、多级轴流式压气机等熵压缩功的分配 单轴轴流式压气机*,1*,zst siist sLZL*,*1zCsst sist siCsLL同一台压气机中，各级的实际工作条件不相同，其等熵压缩功可能彼此差别较大。*,1,(55 75%)stst mLL

12、*,2,(75 90%)stst mLL*,(105110%)st ist mLL*,(85 100%)sts mZtLL st*,s848687918587*,/st mCsLLZ2 “零”级用跨音速级，其余亚音速级 级数减少下角标s1 亚音速级3 跨音速级第28页/共45页 双轴轴流压气机轴流-离心式压气机1转速相同2高压轴转速高第29页/共45页3-6 压气机的特性线设计工况:就是进行压气机气动计算的某个给定工况。确定压气机通流部分的形状和几何参数、级数以及叶片的形状、安装角等。设计参数: 相应于设计工况下的压比、流量、转速、效率等。机组实际运行中： 压气机不可能只是在特定的设计工况下工

13、作，经常会偏离设计工况点，一些基本参数都是会随时变化的。第30页/共45页3-6 压气机的特性线 压气机的特性：包括设计工况在内的各种工况下的压气机工作性能。即基本参数q、 、 n 和 C之间相互变化关系的规律。 理论方法：近似，不准确理论方法：近似，不准确实验方法：实物或模型，可靠实验方法：实物或模型，可靠第31页/共45页一、压气机的特性线 在转速恒定的条件下，压气机的压比 和效率 C随流量q的改变而变化的关系的通称。 环境条件（pa,Ta）一定时12( , ,)( , ,)aaCaaf q n p Tf q n p T34( , )( , )Cf q nf q n保持保持n不变，改变不变

14、，改变q，获得，获得 、 C 随流量随流量q的变化关系的变化关系； 流量特性线流量特性线改变转速改变转速n，重复。，重复。第32页/共45页压气机的特性线图 把各种不同转速下的流量特性线画在一把各种不同转速下的流量特性线画在一起，得到一组以起，得到一组以转速转速n为参变量、为参变量、压压比比 和和效率效率 C随流量随流量q变化的曲线。变化的曲线。第33页/共45页 压气机级的特性线压气机级的特性线 压比曲线 当转速n一定时，每一条压比特性线上都有一个最高点，把特性线分为左、右两侧支。效率曲线效率曲线 在转速在转速n一定时一定时，有一个流量使，有一个流量使效率最高，此时流阻最小。效率最高，此时流

15、阻最小。 当流量当流量q增加或减少时，都使流增加或减少时，都使流阻增大，效率阻增大，效率下降。下降。 压气机只能在喘振压气机只能在喘振边界线的右侧工作。边界线的右侧工作。一定转速下，流量减少到某个数值时，压气机会发生喘振。第34页/共45页(右侧稳定工作）出现左右两侧分支的主要原因： 气流流过压气机叶栅时，存在着因气流的脱离现象而产生涡流损耗的原故。 第35页/共45页二、多级轴流式压气机的特性线特点主要区别： 多级压气机的压比曲线，一般不存在左侧支，喘振在右侧支上出现。 喘振点压比为该转速的最高压比。喘振点压比为该转速的最高压比。 在同一转速下，当流量增大时，多级压气机的压比和效率的下降要比

16、单级的更剧烈，即特性曲线变得更陡峭。 转速不变时，正常工作流量范围狭窄。转速不变时，正常工作流量范围狭窄。 压气机的转速愈高，多级压气机的特性曲线显得愈陡峭。主要原因：仔细阅读P102-103 !第36页/共45页q第37页/共45页压气机的特性线图等效率曲线等效率曲线等效率线等效率线第38页/共45页三、压气机的通用特性曲线 实际运行条件经常变化实际运行条件经常变化（1 1）当进气温度）当进气温度Ta不变，只改变不变，只改变pa时时气体密度和质量流量随气体密度和质量流量随pa按正比例变化，按正比例变化， 和和 C不改变 (总功率PC变化）（2）当进气温度）当进气温度Ta变化时变化时在同一转速

17、在同一转速n和容积流量下，质量流量和容积流量下，质量流量q发生变化，发生变化， 和和 C也会变化 。 在不同的进气温度下，必须重新绘制压气机的特性曲在不同的进气温度下，必须重新绘制压气机的特性曲线。线。对特性线无影响对特性线无影响对特性线有影响对特性线有影响非常不方便非常不方便（大气条件、地理位置等（大气条件、地理位置等环境条件环境条件）怎么解决？怎么解决？第39页/共45页 应用相似理论，采用通用的相似参数来绘制压应用相似理论，采用通用的相似参数来绘制压气机的特性曲线。气机的特性曲线。 压气机的通用特性曲线压气机的通用特性曲线 统一采用四个参数统一采用四个参数*11*11( , )q Tnf

18、pT*12*11( , )Cq TnfpT折合流量折合流量 折合转速折合转速压比压比效率效率、 这三个参数中，只要其中任意两个参数确定，那么其它参数也就确定了。独立参变量2个第40页/共45页轴流式压气机的通用特性曲线*1*1q Tp*1 nT当压气机的相似转速恒定不变时，随着相似流量的增大，压气机的压比将逐渐下降；反之，压比将升高。 随着相似转速的增高，压比关系曲线就更陡峭，压气机相似流量的变化范围很小。 一条极为重要的喘振边界线。绝不能容许压气机在喘振区内工作。在每个相似转速工况下： 都有一个极限压比值 max或有一个最小的极限相似流量值； 都有一个最佳效率 opt的运行点。 *1*1minq Tpmax第41页/共45页max*1*1min