多級(jí)軸流壓氣機(jī)

1、葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)多級(jí)軸流壓氣機(jī)是由各個(gè)單級(jí)組成，所以就多級(jí)軸 流壓氣機(jī)的任何一個(gè)級(jí)而言，其基元級(jí)和級(jí)的氣動(dòng)設(shè)計(jì) 原理牙口單級(jí)的完全相同，這就是多級(jí)壓氣機(jī)牙口單級(jí)壓氣 機(jī)的共同點(diǎn)。但是，許多個(gè)單級(jí)按照一定次序組成多級(jí)壓氣機(jī)以 后, 由 于各個(gè)級(jí)在流程 中的位置不同, 它們的幾何尺寸 特征和進(jìn)口參數(shù)是各不相同的，因而形成了多級(jí)軸流壓 氣機(jī) 中各個(gè)級(jí)的特殊性。由 于有這個(gè)特殊性，各級(jí)的參 數(shù)（包括加功量的分配. 軸向速度的選定等）都有不同, 本節(jié)從多級(jí)軸流壓氣機(jī)設(shè)計(jì)及其工作特點(diǎn)兩個(gè)方面加以 介紹和討論o葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)主要內(nèi)容1、為什么采用多級(jí)壓氣機(jī)？2、多級(jí)軸流

2、壓氣機(jī)的效率及參數(shù)。3、附面層對(duì)多級(jí)壓氣機(jī)流量的影響。4、多級(jí)壓氣機(jī)通道形式。5、多級(jí)壓氣機(jī)設(shè)計(jì)過程中 參數(shù)的選擇。學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)為什么采用多級(jí)壓氣機(jī)?1、壓比越高燃機(jī)效率越高。2、單級(jí)壓比較低，一般為13左右。燃機(jī)循環(huán)s圖理想簡(jiǎn)單循環(huán)熱效率葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)§ 7. 1多級(jí)軸流壓氣機(jī)設(shè)計(jì)概要（一）多級(jí)軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的主要要求和設(shè)計(jì)尺寸小、重量輕、性能好、安全可靠是對(duì)壓氣機(jī) 的基本要求，在壓氣機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)中上述要求可歸 納為：在保證壓氣機(jī)安全可靠工作的前提下（應(yīng)有 足夠的失速裕度等），使壓氣機(jī)具有高的

3、級(jí)加功量 （因而壓氣機(jī)級(jí)數(shù)少、重量輕、軸向尺寸?。? 高 的流通能力（壓氣機(jī)徑向尺寸?。┖透咝省?二)多級(jí)軸流壓氣機(jī)中各個(gè)級(jí)的特點(diǎn)1、第一級(jí)(1) 流入第一級(jí)壓氣機(jī)的氣體未經(jīng)增壓，密度小，在流過同樣 的空氣量前提下，第一級(jí)需要流通面積最大；(2) 氣流馬赫數(shù)容易達(dá)到臨界值。(3) 發(fā)動(dòng)機(jī)在偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)下工作時(shí)，第一級(jí)壓氣機(jī)的進(jìn)口流 動(dòng)情況(氣流方向和大小)偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)最遠(yuǎn)。(4) 第一級(jí)壓氣機(jī)(或風(fēng)扇)動(dòng)葉最長(zhǎng)，強(qiáng)度和振動(dòng)問題多。2、 后面級(jí)，多級(jí)軸流壓氣機(jī)的后面級(jí)的工作條 件弄口特點(diǎn)崖艮第一級(jí)壓氣機(jī)完全不一樣，其區(qū)另u 為:(1) 氣體流經(jīng)壓氣機(jī)各級(jí)以后，總壓總溫大大提高，后面級(jí)壓氣機(jī) 一般

4、不存在馬赫數(shù)超限和葉柵堵塞問題。但是，壓氣機(jī)后面級(jí)的 葉片很短(后面級(jí)壓氣機(jī)輪轂比可高達(dá)0. 85-0. 90),因此二次流 和環(huán)壁附面層引起的損失非常嚴(yán)重。1:1(2) 多級(jí)軸流壓氣機(jī)的后面級(jí)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)艮遠(yuǎn)且為大的正攻角, 因而喘振首先發(fā)生在后面級(jí)壓氣機(jī)。(3) 由于通道環(huán)壁附面層是逐級(jí)加厚的，它所引起的軸向速度變形 問題愈往后愈嚴(yán)重。(4) 最后一級(jí)壓氣機(jī)和燃燒室相連，故最后一級(jí)壓氣機(jī)軸向速度較低，在一定加功量前提下,后面級(jí)壓氣機(jī)的反力度容易偏大。3. 中間級(jí)由于中間級(jí)壓氣機(jī)的總溫已經(jīng)增高， 一般不容易出 現(xiàn)馬赫數(shù)超限問題。此夕卜，中間級(jí)壓氣機(jī)的輪轂比也 適中，壓氣機(jī)效率較高，所以，在

5、多級(jí)軸流壓氣機(jī)設(shè) 計(jì)中，一般在中間級(jí)壓氣機(jī)中分酉己的加功量最大（除 進(jìn) 口超、跨聲級(jí)以夕卜）。還應(yīng)該扌旨出，在發(fā)動(dòng)機(jī)的 設(shè)計(jì)狀態(tài)下工作日寸，中間級(jí)壓氣機(jī)的速度三角形變化 較小，不易失速，效率高。§ 7. 2多級(jí)軸流壓氣機(jī)的增壓比與效率一、增壓比多級(jí)軸流壓氣機(jī)的總增壓比 < 和各級(jí)增壓比化;的關(guān)系為打:=打;i tts*d 打:打"=卩；/卩:式中兀；一第一級(jí)壓氣機(jī)的增壓比;第二級(jí)壓氣機(jī)的增壓比; 第三級(jí)壓氣機(jī)的增壓比; 壓氣機(jī)出口截面總壓； 壓氣機(jī)進(jìn)口截面總壓。葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)多級(jí)壓

6、氣機(jī)效率定義圖l二、多級(jí)效率多級(jí)壓氣機(jī)的效率和 單級(jí)壓氣機(jī)效率之間的 關(guān)系與多級(jí)壓氣機(jī)效率 的 定義牙口單級(jí)壓氣機(jī)效 率的定義樣，也是等 癇功和輪緣功之比o葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)由上圖 nj 以看出：lu lu | + £u| + lu|h葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)厶；由單級(jí)壓氣機(jī)效率定義：耳二=jr所以得：所以多級(jí)效率為:二、多級(jí)效率與單級(jí)效率大小比較多級(jí)壓氣機(jī)效率上匕各個(gè)分級(jí)的級(jí)效率 （或諸分級(jí)的平均 級(jí)效率）低。由上圖可以看出：厶:你=k . rl t： （%：-）+ t!*d（兀:口 丁 1）+ t；ad（何;皿丁 - 1

7、）】式中:多級(jí)壓氣機(jī)的等爛壓縮功<1分別代表第1級(jí)、第2級(jí)和第3級(jí) 壓氣機(jī)的級(jí)增壓比。諸分級(jí)的等爛功之和為：xr,.-1+巧（：u 乎-1）+兀 5 爲(wèi)甲-1a-i由于:所以：* 込 習(xí);”卜人丈2厶為分析比較方便起見，假定各單級(jí)壓氣機(jī)效率相同，即/ */ */ *7 = 7=二"心=如=7訓(xùn) si5匚訕根據(jù)合比定理，得：所以，得:*"mil即：多級(jí)壓氣機(jī)效率比各個(gè)分級(jí)的級(jí)效率（或諸分級(jí)的平均級(jí)效率）低。原因分析:從以上推證可以看出，所謂多級(jí)壓氣機(jī)效率比諸分級(jí)壓 氣機(jī)效率低的原因，完全是由于效率定義中的等爛功不同而 引趙。多級(jí)壓氣機(jī)效率定義中的等嬌功是由*出發(fā)的等爛線

8、上 的相應(yīng)點(diǎn)總溫計(jì)算而得的，而各分級(jí)壓氣機(jī)效率定義中的等 爛功則是由各級(jí)的實(shí)際初始溫度值計(jì)算的。顯然，實(shí)際 過程終了的溫度當(dāng)然比對(duì)應(yīng)于相同增壓比和相同起始溫度條 件下的等爛過程終了的溫度為高。目前：多級(jí)壓氣機(jī)的效率約為：0.88左右，如*燃?xì)廨?機(jī)高、低壓壓氣機(jī)效率分別為：0.8662和0.8666。葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)層對(duì)多級(jí)壓氣機(jī)流量的影響§ 7. 3附面、附面層引起的軸向速度的分布右圖為環(huán)壁附面層 引起的軸向速度變形示意圖。由于附 面層逐級(jí)變厚和流動(dòng)通道的逐漸減小, 因此，越往后軸向 速度分布變形趣大。壞壁附面層引起的軸向速度分布變形葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓

9、氣機(jī)二、軸向速度變化對(duì)速度三角形的影響葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)在端壁區(qū)，軸向速度因粘性而減 小，加功量加大在中心區(qū)，軸向速度大于設(shè)計(jì) 值，加功量減小葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)三、輪緣功修正系數(shù)（減功系數(shù)）由 于附面層引 起的軸向 速度變化而使得加工 量發(fā)生了變化，總的效果是使輪緣功降低。一般 考慮設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)增加力口工量來加以丁參正。該丁參正 量叫做輪纟彖功修正系數(shù)。kl范圍為:第一級(jí)0. 97,后面級(jí)0. 91o所以，輪緣功s二1說/ klcis流量f參正正系數(shù)壓氣機(jī)設(shè)計(jì)中引用流量貯備系數(shù)kni進(jìn)行環(huán)壁附面

10、層位移厚度修正，將通道環(huán)形面積放大到km倍 (kiiil1. 0), 以保證各通道截面的平均軸向速度設(shè)計(jì)值?，F(xiàn)代壓氣機(jī)設(shè)計(jì)采用耦合環(huán)壁附面層的三元流場(chǎng) 計(jì)算方法，大大改善了壓氣機(jī)的性能，包括效率提高 和失速裕度增加。葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)§ 7. 4軸流壓氣機(jī)通流形式葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)量壓氣機(jī),有利于增大后面級(jí)壓1、等外徑通道，其優(yōu)點(diǎn)是各級(jí) 平均 半徑逐級(jí)力口大,因 而有利 于 增加各級(jí)作功矣皂力。2、等內(nèi)徑通道，它適用于小流葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)等中徨氣機(jī)葉片的高度。3、等中徑通道，它是上述兩種 方案的折衷。葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)圖74壓氣機(jī)通道形式葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)葉輪機(jī)械原理一第七章多級(jí)軸流壓氣機(jī)