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?<90 0,1c >ac 1 ,uc 1 >0 为正预旋,uc 1 < 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 ac 1 和ac 2 不同,ac 2 < ac 1 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: 111u cos ?cc? 111 cos ?ww u? 111111 sin sin?? aa???(10-1 ) uuwcu 111?? 211 211)( uacucw???以及 222 cos ?cc u? 222 cos ?ww u? 222222 sin cos ?? aa???(10-2 ) uuwcu 222?? 21 22 22 222)( ??????)( 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 ac 1 和 u 的增加, 带来 1w 增加,ac 2 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, 1-2 I,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 adl 1 为: ]1) [(1 )( 11 21 21 121???????? k k IIpadp p RT k kTTc dp l?考虑进口速度 1c 时的滞止等熵压缩功*1adl 为:]1) [(1 )( 1*1 2 *1 21 *12 *1???????? k k IIpadp p RT k kTTc dp l?在整流器中的等熵功 Il 2 为:]1) [(1 )( 12 32 32 23 2???????? k k II pIp p RT k kTTc dp l?以及]1) [(1 12 *32 *2????k kadp p RT k kl 整个基元级的等熵压缩功 adl]1[1 ]1) [(1 )( 11 11 31 31 13???????????? k kk k IIpad RT k kp p RT k kTTc dp l??式中π=p 3/p 1. 由于出口绝对速度 C 3与C 1 差别很小, 可以认为 l ad *≈l ad。同时 IIITTTT 2323???故ad ad adlll 21??, 以及*2 *1 *ad ad adlll??。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 poll 1 ,poll 2 和poll 表示:]1) [(1 )(1 11 21 21 121????????? n n polp p RT n nTTRn ndp l?]1) [(1 )(1 12 32 32 232????????? n n polp p RT n nTTRn ndp l?以及:]1) [(1 )(1 11 31 31 13????????? n n polp p RT n nTTRn ndp l?对于多变过程: pol pol polll dp dp dp l 21 32 31 21???????????令ad pol rlll???为热阻功, 代表实际流动过程中