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1、会计学1燃气轮机燃气轮机7储运储运2-1 2-1 2-1 2-1 轴流式压气机级的工作原理轴流式压气机级的工作原理轴流式压气机级的工作原理轴流式压气机级的工作原理一、一、一、一、轴流式压气机轴流式压气机轴流式压气机轴流式压气机 1 1、结构简介、结构简介、结构简介、结构简介 2 2、轴流式压气机级、轴流式压气机级、轴流式压气机级、轴流式压气机级二、基元级及其速度三角形二、基元级及其速度三角形二、基元级及其速度三角形二、基元级及其速度三角形 1 1、基元级概念、基元级概念、基元级概念、基元级概念 2 2、基元级的速度三角形、基元级的速度三角形、基元级的速度三角形、基元级的速度三角形 气流速度在基
2、元级内的变化规律气流速度在基元级内的变化规律气流速度在基元级内的变化规律气流速度在基元级内的变化规律三、基元级内的能量转换三、基元级内的能量转换三、基元级内的能量转换三、基元级内的能量转换 轴流式压气机级的工作原理轴流式压气机级的工作原理轴流式压气机级的工作原理轴流式压气机级的工作原理第1页/共35页复习内容：复习内容：复习内容：复习内容：2 1 2 1w1w2cxc1c2uu叶栅额线轴向分速度cx气流转折角气流转折角第2页/共35页稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式（热焓形式）（热焓形式）（热焓形式）（热焓形式）伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程（
3、机械能形式）（机械能形式）（机械能形式）（机械能形式）欧拉方程欧拉方程欧拉方程欧拉方程（动量守恒）（动量守恒）（动量守恒）（动量守恒）0在动叶栅中增加的动能，在静叶栅中转变为气流静压 相当于在动叶栅中气流降速而提高的静压第3页/共35页应用于动叶栅应用于动叶栅应用于动叶栅应用于动叶栅(1-2)(1-2)(1-2)(1-2)w2p1第4页/共35页应用于静叶栅应用于静叶栅应用于静叶栅应用于静叶栅(2-3)(2-3)(2-3)(2-3)c3p2第5页/共35页压气机级的工作原理压气机级的工作原理压气机级的工作原理压气机级的工作原理(基元级内的工作过程基元级内的工作过程基元级内的工作过程基元级内的工
4、作过程)n n动叶栅（工作叶轮）将外界输入的机械功动叶栅（工作叶轮）将外界输入的机械功L L加给了气体；加给了气体；n n气体流过气体流过动叶栅动叶栅时，将这机械功的一部分转变为气体时，将这机械功的一部分转变为气体的压力能，使气体压力升高（相对速度的压力能，使气体压力升高（相对速度ww降低！）；降低！）；将另一部分变为气体的动能，使气体流出动叶栅时绝将另一部分变为气体的动能，使气体流出动叶栅时绝对速度增加。对速度增加。n n然后气体继续流入然后气体继续流入静叶栅静叶栅，将这部分动能又转变为气，将这部分动能又转变为气体的压力能。体的压力能。n n从而通过整个基元级以后，气体的压力升高了！从而通过
5、整个基元级以后，气体的压力升高了！第6页/共35页基元级的基元级的基元级的基元级的速度速度速度速度 2 1 2 1w1w2cxc1c2uu叶栅额线轴向分速度cx气流转折角气流转折角 wu cuc1uc2uw2uw1uu1=u2=u第7页/共35页第8页/共35页本次课内容本次课内容本次课内容本次课内容2-1 轴流式压气机级的工作原理 四、基元级内气体压缩过程的图示四、基元级内气体压缩过程的图示四、基元级内气体压缩过程的图示四、基元级内气体压缩过程的图示 五、基元级的反力度和预旋五、基元级的反力度和预旋五、基元级的反力度和预旋五、基元级的反力度和预旋 1 1、反力度、反力度、反力度、反力度 2
6、2、预旋、预旋、预旋、预旋 3 3、典型基元级举例、典型基元级举例、典型基元级举例、典型基元级举例 六、基元级的性能参数六、基元级的性能参数六、基元级的性能参数六、基元级的性能参数2-3 轴流式压气机中的能量损失 第9页/共35页第10页/共35页四、基元级内气体压缩过程的图示四、基元级内气体压缩过程的图示四、基元级内气体压缩过程的图示四、基元级内气体压缩过程的图示n n将基元级内气体压缩过程，表示在将基元级内气体压缩过程，表示在将基元级内气体压缩过程，表示在将基元级内气体压缩过程，表示在p-vp-v图、图、图、图、i-si-s图图图图上，具有直观、明了的优点。上，具有直观、明了的优点。上，具
7、有直观、明了的优点。上，具有直观、明了的优点。n值越大，说明实际不可逆程度越大。p-v图图动叶 1-2静叶 2-3第11页/共35页9 9个重要点：个重要点：1 1，2 2，3 3；1 1*，2 2*，3 3*；2s2s，3s3s，2s2s*。6 6条斜线：条斜线：p p1 1，p p2 2，p p3 3；p p1 1*，p p2 2*，p p3 3*。等熵压缩等熵压缩1-2s-3s，i3s*=i2s*，Ls=i2s*-i1*L=i3*-i1*=i2*-i1*L=(c22-c12)/2+(w12-w22)/2理论耗功第12页/共35页第13页/共35页五、基元级的反力度和预旋五、基元级的反力度
8、和预旋五、基元级的反力度和预旋五、基元级的反力度和预旋 1 1 1 1、反力度、反力度、反力度、反力度不同结构的压气机，在动叶栅和静叶栅中静压升高的比例不同。不同结构的压气机，在动叶栅和静叶栅中静压升高的比例不同。不同结构的压气机，在动叶栅和静叶栅中静压升高的比例不同。不同结构的压气机，在动叶栅和静叶栅中静压升高的比例不同。定义：定义：定义：定义：气流在动叶栅中的实际静焓增量与基元级的滞止气流在动叶栅中的实际静焓增量与基元级的滞止气流在动叶栅中的实际静焓增量与基元级的滞止气流在动叶栅中的实际静焓增量与基元级的滞止焓增量之比焓增量之比焓增量之比焓增量之比，即，即，即，即 物理含义：物理含义：物理
9、含义：物理含义：外界加给气体的机械能，有多少是在外界加给气体的机械能，有多少是在外界加给气体的机械能，有多少是在外界加给气体的机械能，有多少是在动叶动叶动叶动叶栅栅栅栅中转变成气体的压力能（静压）。中转变成气体的压力能（静压）。中转变成气体的压力能（静压）。中转变成气体的压力能（静压）。热力学反力度热力学反力度热力学反力度热力学反力度用热力学参数表示用热力学参数表示用热力学参数表示用热力学参数表示第14页/共35页运动反力度：运动反力度：运动反力度：运动反力度：用运动参数表示用运动参数表示用运动参数表示用运动参数表示c2c1cxc1uc2ucu热力学反力度热力学反力度第15页/共35页 2 2
10、、预旋、预旋、预旋、预旋气流进入动叶栅前具有的预先旋转。气流进入动叶栅前具有的预先旋转。气流进入动叶栅前具有的预先旋转。气流进入动叶栅前具有的预先旋转。反力度计算公式中的反力度计算公式中的反力度计算公式中的反力度计算公式中的c c1u1u，表示气流进入表示气流进入表示气流进入表示气流进入基元级基元级基元级基元级前周前周前周前周向分速度的大小向分速度的大小向分速度的大小向分速度的大小。c1u=c1x ctg 1若气流角若气流角若气流角若气流角 1 19000。若气流角若气流角若气流角若气流角 1 19090，预旋方向与工作轮的旋转方向相反，叫预旋方向与工作轮的旋转方向相反，叫预旋方向与工作轮的旋
11、转方向相反，叫预旋方向与工作轮的旋转方向相反，叫负预旋，负预旋，负预旋，负预旋，即即即即c c1u1u与与与与u u u u方向相反，方向相反，方向相反，方向相反，c c1u1u00。若气流角若气流角若气流角若气流角 1 1=90=90，预旋方向与工作轮的旋转方向垂直，叫预旋方向与工作轮的旋转方向垂直，叫预旋方向与工作轮的旋转方向垂直，叫预旋方向与工作轮的旋转方向垂直，叫轴向进气，轴向进气，轴向进气，轴向进气，即即即即c c1u1u=0,=0,=0,=0,c c1 1=c=c1x1x。常用 预选大小，由前一级静叶栅的出口角保证；预选大小，由前一级静叶栅的出口角保证；若为第一个压气机级，则由进口
12、导流叶片保证。若为第一个压气机级，则由进口导流叶片保证。第16页/共35页3 3、典型基元级举例、典型基元级举例、典型基元级举例、典型基元级举例n n由反力度的计算公式可知，速度三角形一定时，反力度就确定了；由反力度的计算公式可知，速度三角形一定时，反力度就确定了；由反力度的计算公式可知，速度三角形一定时，反力度就确定了；由反力度的计算公式可知，速度三角形一定时，反力度就确定了；反之，一定的反力度也对应于一定的速度三角形，即对应一定的叶反之，一定的反力度也对应于一定的速度三角形，即对应一定的叶反之，一定的反力度也对应于一定的速度三角形，即对应一定的叶反之，一定的反力度也对应于一定的速度三角形，
13、即对应一定的叶栅通道形状。栅通道形状。栅通道形状。栅通道形状。n n反力度的范围：反力度的范围：反力度的范围：反力度的范围：0 0 c c 1 1。n n（1 1）反力度反力度反力度反力度 c c=0=0n n速度三角形的特点：速度三角形的特点：速度三角形的特点：速度三角形的特点：动叶间通道是等截面的动叶栅没有扩压任务第17页/共35页n n能量转换的特点：能量转换的特点：能量转换的特点：能量转换的特点：n n c c=0=0时时时时，气流在动叶栅中获，气流在动叶栅中获，气流在动叶栅中获，气流在动叶栅中获得的轮周功，全部转化为得的轮周功，全部转化为得的轮周功，全部转化为得的轮周功，全部转化为动
14、叶的动能；在静叶栅将动叶的动能；在静叶栅将动叶的动能；在静叶栅将动叶的动能；在静叶栅将这些动能完全转化为压能。这些动能完全转化为压能。这些动能完全转化为压能。这些动能完全转化为压能。静压升高全部在静叶栅静叶栅进行，称为冲动式压气机级。缺点：静叶负荷过大，能损增大。一般轴流压气机不采用。第18页/共35页（2 2）反力度反力度反力度反力度 c c=0=0.5.5速度三角形的特点：速度三角形的特点：速度三角形的特点：速度三角形的特点：动叶栅进出口的速度三角形是完全对称的。此时动叶、静叶的通道形状均匀渐扩且完全相同。第19页/共35页 c c c c=0.5=0.5=0.5=0.5时时时时能量转换的
15、特点：能量转换的特点：能量转换的特点：能量转换的特点：工作叶轮加给气体的机械功中，在动叶栅中用来提高静压工作叶轮加给气体的机械功中，在动叶栅中用来提高静压工作叶轮加给气体的机械功中，在动叶栅中用来提高静压工作叶轮加给气体的机械功中，在动叶栅中用来提高静压和增加动能的量是相等的；和增加动能的量是相等的；和增加动能的量是相等的；和增加动能的量是相等的；这部分动能又在静叶栅内转化为压力能。这部分动能又在静叶栅内转化为压力能。这部分动能又在静叶栅内转化为压力能。这部分动能又在静叶栅内转化为压力能。动叶栅和静叶栅的增压能力各占一半。c=0.5的基元级在轴流压气机常被采用。的基元级在轴流压气机常被采用。第
16、20页/共35页（3 3）反力度反力度反力度反力度 c c=1=1速度三角形的特点：速度三角形的特点：速度三角形的特点：速度三角形的特点：c=1时，时，静叶栅无扩压任务。静叶栅的通道是等截面的。第21页/共35页n n c c=1=1时时时时能量转换的特点：能量转换的特点：能量转换的特点：能量转换的特点：n n静压力的升高全部在动叶栅中获得。静压力的升高全部在动叶栅中获得。静压力的升高全部在动叶栅中获得。静压力的升高全部在动叶栅中获得。n n气流在静叶栅中仅改变方向而无扩压。气流在静叶栅中仅改变方向而无扩压。气流在静叶栅中仅改变方向而无扩压。气流在静叶栅中仅改变方向而无扩压。c c=1=1的基
17、元级常用在固定式压气机中。的基元级常用在固定式压气机中。第22页/共35页实际压气机设计中，一般采用 c=0.5 0.8。第23页/共35页第24页/共35页六、基元级的性能参数六、基元级的性能参数六、基元级的性能参数六、基元级的性能参数直接反映压气机工作性能的参数：直接反映压气机工作性能的参数：流量、压比、压缩功和效率。流量、压比、压缩功和效率。1 1 1 1、流量、流量、流量、流量单位时间内流过基元级通流截面的的气体质量，单位时间内流过基元级通流截面的的气体质量，单位时间内流过基元级通流截面的的气体质量，单位时间内流过基元级通流截面的的气体质量，用用用用GxGx表示，单位表示，单位表示，单
18、位表示，单位kg/skg/s。由连续性方程可知，流过压气机各截面的质量流由连续性方程可知，流过压气机各截面的质量流由连续性方程可知，流过压气机各截面的质量流由连续性方程可知，流过压气机各截面的质量流量均相等，则量均相等，则量均相等，则量均相等，则 GxGxAxAx c cx x=(2(2 R RR)cR)cx x=常数常数常数常数 c cx x气流轴向分速度，代表压气机的流通能力，气流轴向分速度，代表压气机的流通能力，气流轴向分速度，代表压气机的流通能力，气流轴向分速度，代表压气机的流通能力，c cx x=80200m/s=80200m/s。第25页/共35页2 2 2 2、（级）压比、（级）
19、压比、（级）压比、（级）压比级的出口气流压力与其进口气流压力之比。级的出口气流压力与其进口气流压力之比。级的出口气流压力与其进口气流压力之比。级的出口气流压力与其进口气流压力之比。用静压力表示：用静压力表示：用静压力表示：用静压力表示：用滞止压力表示：用滞止压力表示：用滞止压力表示：用滞止压力表示：轴流级轴流级 st*=1.21.35离心级离心级 st*=46或更高或更高第26页/共35页3 3、（级）压缩功、（级）压缩功（1）级的等熵压缩功级的等熵压缩功Ls理想理想理想理想情况情况情况情况若用滞止参数计算若用滞止参数计算滞止等熵压缩功：滞止等熵压缩功：第27页/共35页（2 2）级的多变压缩
20、功）级的多变压缩功）级的多变压缩功）级的多变压缩功LpLp实际过程实际过程实际过程实际过程滞止参数计算：滞止参数计算：热阻功：热阻功：实际压缩过程流动阻力损失对气体额外加热，实际压缩过程流动阻力损失对气体额外加热，使气体温度升高而增加的压缩功，用使气体温度升高而增加的压缩功，用 LR表示表示。第28页/共35页热阻功热阻功 LR第29页/共35页4 4、基元级效率、基元级效率n n用来表示能量转换过程的完善程度，有多种形式，如用来表示能量转换过程的完善程度，有多种形式，如绝热效率、多变效率、内效率等。绝热效率、多变效率、内效率等。n n绝热效率绝热效率绝热效率绝热效率在气流进口参数相同、压比相
21、等的条在气流进口参数相同、压比相等的条在气流进口参数相同、压比相等的条在气流进口参数相同、压比相等的条件下，等熵压缩功与外界输入给基元级的机械功之比。件下，等熵压缩功与外界输入给基元级的机械功之比。件下，等熵压缩功与外界输入给基元级的机械功之比。件下，等熵压缩功与外界输入给基元级的机械功之比。n n用静参数表示：用静参数表示：用静参数表示：用静参数表示：n n用滞止参数表示：用滞止参数表示：用滞止参数表示：用滞止参数表示：二者相差不二者相差不超过超过0.5%1%(0.880.91)第30页/共35页5 5 5 5、压气机级的参数、压气机级的参数、压气机级的参数、压气机级的参数一个压气机级是由许
22、多基元级沿半径方向叠加而成。一个压气机级是由许多基元级沿半径方向叠加而成。（1 1）压气机级的流量）压气机级的流量）压气机级的流量）压气机级的流量等于各等于各等于各等于各基元级基元级基元级基元级流量之和流量之和流量之和流量之和，GGc c=G Gx x（2 2）压气机级的功率）压气机级的功率）压气机级的功率）压气机级的功率等于各等于各等于各等于各基元级基元级基元级基元级功率之和功率之和功率之和功率之和，N Nc c=G=Gc cL Lx x 或或或或 N Nc c=L Lx x G Gx x（3 3）压气机级的压比和效率）压气机级的压比和效率）压气机级的压比和效率）压气机级的压比和效率不能叠加求得，可取质量平均值，或取通流部分不能叠加求得，可取质量平均值，或取通流部分不能叠加求得，可取质量平均值，或取通流部分不能叠加求得，可取质量平均值，或取通流部分平均半径处平均半径处平均半径处平均半径处基元级基元级基元级基元级的压比和效率。的压比和效率。的压比和效率。的压比和效率。第31页/共35页第32页/共35页下次课讲下次课讲2-3 轴流式压气机中的能量损失 2-4 多级压气机 2-5 压气机的特性第33页/共35页第34页/共35页