风机与压缩机第10章.doc

第十章轴流式压气机现代航空用燃气轮机中多用多级轴流式压气机。主要由于其效率高(>87%),通风面积小,也可用于大流量工况下运行。其主要结构如图1所示,由导向器,***,工作叶片,转子轴,整流叶片和机壳组成。对于多级轴流压气机,每个级中的流动类似,工作原理相同,所以可以针对一个级进行研究。在每个级中,可以认为外径和内径沿轴向变化很小,可以认为气流是沿圆柱表面上的环形叶栅的流动。环形叶栅展开后,可以看成是平面叶栅。每组圆柱面上的环形叶栅可以认为是一组压气机的基元级。从轮毂至轮缘无数多个基元级组成一个工作机,即压气机的一级叶轮和整流器。第一节基元级速度三角形进口导向器工作轮整流器图10-1轴流式压气机图10-2基元级速度三角形一般多级轴流压气机第一级装有导向器,导向器改变气流进入叶轮的流动方向,产生正预旋式和反预旋式两种。因而使气流角1?<900,1c>ac1,uc1>0为正预旋,uc1<0(-与u的方向相反时为反预选)。由于气流流经压气机后,压力和密度逐渐增加,由连续方程可知,当叶片高度不变时,轴向分速度降低。如果轴向分速度不变,叶片高度就要减少。实际设计中,叶片高度和轴向分速度都要有所变化。图10-2中,流过工作轮的气流速度的轴向分量ac1和ac2不同,ac2<ac1但在分析过程中可以认为21uu?,21?如图10-2(b)所示。由速度三角形可以得到如下关系:?111cos?wwu?111111sinsin??aa???(10-1)uuwcu111??211211)(uacucw???u?222cos?wwu?222222sincos??aa???(10-2)uuwcu222??212222222)(??????)(211uuuwcuw????(10-3)当u和uw?增加时,使thl增加,从而减少压气机的级数。但是在一定预旋1uc之下ac1和u的增加,带来1w增加,ac2和uw?增加,使2c增大,1w和2c增加接近声速时,压气机叶栅通道内就会出现激波,它将导致亚音速叶栅的流动损失剧增。因此ac,u,uw?三者受到一定限制。当1w过高时,采用正预旋使1w降低声速之下,当然改动thl也会下降。当thl达不到要求时,采用负预旋使1w适当增加。第二节级中的气体压缩过程图10-3基元级的焓熵图图10-3为基元级的焓熵图,1-2I,2—3I’分别表示工作轮与整流器中的等熵压缩过程,而基元级中气体的等熵压缩过程线为1-3I,工作轮中的等熵压缩功adl1为:]1)[(1)(112121121????????kkIIpadppRTkkTTcdpl?考虑进口速度1c时的滞止等熵压缩功*1adl为:]1)[(1)(1*12*121*12*1????????kkIIpadppRTkkTTcdpl?在整流器中的等熵功Il2为:]1)[(1)(123232232????????kkIIpIppRTkkTTcdpl?以及]1)[(112*32*2????kkadppRTkkl整个基元级的等熵压缩功adl]1[1]1)[(1)(1111313113????????????kkkkIIpadRTkkppRTkkTTcdpl??式中π=p3/,可以认为lad*≈lad。同时IIITTTT2323???故adadadlll21??,以及*2*1*adadadlll??。实际气体压缩过程为伴随流动损失的多变过程;用多变压缩功poll1,poll2和poll表示:]1)[(1)(1112121121?????????nnpolppRTnnTTRnndpl?]1)[(1)(1123232232?????????nnpolppRTnnTTRnndpl?以及:]1)[(1)(111313113?????????nnpolppRTnnTTRnndpl?对于多变过程:polpolpollldpdpdpl21323121???????????令adpolrlll???为热阻功,代表实际流动过程中流动损失转为热量后对气体的额为加热。用离心式压气机一样可以得到伯努利方程式:dpl??????????(10-4)利用动坐标系,也可以导出相对流动的伯努利方程,由于21uu?,叶轮出于相对静止状态,所以此时0?thl,就会得到:12122212rldpww?????(10-5)整流器中的伯努利方程为:?????(10-6)式中1rl和2rl分别为叶轮和整流器中的流动损失,那么压气机基元级中的理论功为:dpl?????2222331?(10-7)式中21rrrlll???,wwlth????????(10-8)压气机的工作级可以看成是无限多的基元级组成的,那么级上的等熵压缩功adsl为:mdmllthadads??式中dm为流过基元级的质量流量,h,t分别