多級軸流壓氣機

1、葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機多級軸流壓氣機是由各個單級組成，所以就多級軸 流壓氣機的任何一個級而言，其基元級和級的氣動設計 原理牙口單級的完全相同，這就是多級壓氣機牙口單級壓氣 機的共同點。但是，許多個單級按照一定次序組成多級壓氣機以 后, 由 于各個級在流程 中的位置不同, 它們的幾何尺寸 特征和進口參數(shù)是各不相同的，因而形成了多級軸流壓 氣機 中各個級的特殊性。由 于有這個特殊性，各級的參 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)從多級軸流壓氣機設計及其工作特點兩個方面加以 介紹和討論o葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機主要內容1、為什么采用多級壓氣機？2、多級軸流

2、壓氣機的效率及參數(shù)。3、附面層對多級壓氣機流量的影響。4、多級壓氣機通道形式。5、多級壓氣機設計過程中 參數(shù)的選擇。學時2學時葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機為什么采用多級壓氣機?1、壓比越高燃機效率越高。2、單級壓比較低，一般為13左右。燃機循環(huán)s圖理想簡單循環(huán)熱效率葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機§ 7. 1多級軸流壓氣機設計概要（一）多級軸流壓氣機氣動設計的主要要求和設計尺寸小、重量輕、性能好、安全可靠是對壓氣機 的基本要求，在壓氣機的氣動設計中上述要求可歸 納為：在保證壓氣機安全可靠工作的前提下（應有 足夠的失速裕度等），使壓氣機具有高的

3、級加功量 （因而壓氣機級數(shù)少、重量輕、軸向尺寸?。? 高 的流通能力（壓氣機徑向尺寸小）和高效率。(二)多級軸流壓氣機中各個級的特點1、第一級(1) 流入第一級壓氣機的氣體未經(jīng)增壓，密度小，在流過同樣 的空氣量前提下，第一級需要流通面積最大；(2) 氣流馬赫數(shù)容易達到臨界值。(3) 發(fā)動機在偏離設計狀態(tài)下工作時，第一級壓氣機的進口流 動情況(氣流方向和大小)偏離設計點最遠。(4) 第一級壓氣機(或風扇)動葉最長，強度和振動問題多。2、 后面級，多級軸流壓氣機的后面級的工作條 件弄口特點崖艮第一級壓氣機完全不一樣，其區(qū)另u 為:(1) 氣體流經(jīng)壓氣機各級以后，總壓總溫大大提高，后面級壓氣機 一般

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

5、多級軸流壓氣機設 計中，一般在中間級壓氣機中分酉己的加功量最大（除 進 口超、跨聲級以夕卜）。還應該扌旨出，在發(fā)動機的 設計狀態(tài)下工作日寸，中間級壓氣機的速度三角形變化 較小，不易失速，效率高。§ 7. 2多級軸流壓氣機的增壓比與效率一、增壓比多級軸流壓氣機的總增壓比 < 和各級增壓比化;的關系為打:=打;i tts*d 打:打"=卩；/卩:式中兀；一第一級壓氣機的增壓比;第二級壓氣機的增壓比; 第三級壓氣機的增壓比; 壓氣機出口截面總壓； 壓氣機進口截面總壓。葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機多級壓

6、氣機效率定義圖l二、多級效率多級壓氣機的效率和 單級壓氣機效率之間的 關系與多級壓氣機效率 的 定義牙口單級壓氣機效 率的定義樣，也是等 癇功和輪緣功之比o葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機由上圖 nj 以看出：lu lu | + £u| + lu|h葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機厶；由單級壓氣機效率定義：耳二=jr所以得：所以多級效率為:二、多級效率與單級效率大小比較多級壓氣機效率上匕各個分級的級效率 （或諸分級的平均 級效率）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:多級壓氣機的等爛壓縮功<1分別代表第1級、第2級和第3級 壓氣機的級增壓比。諸分級的等爛功之和為：xr,.-1+巧（：u 乎-1）+兀 5 爲甲-1a-i由于:所以：* 込 習;”卜人丈2厶為分析比較方便起見，假定各單級壓氣機效率相同，即/ */ */ *7 = 7=二"心=如=7訓 si5匚訕根據(jù)合比定理，得：所以，得:*"mil即：多級壓氣機效率比各個分級的級效率（或諸分級的平均級效率）低。原因分析:從以上推證可以看出，所謂多級壓氣機效率比諸分級壓 氣機效率低的原因，完全是由于效率定義中的等爛功不同而 引趙。多級壓氣機效率定義中的等嬌功是由*出發(fā)的等爛線

8、上 的相應點總溫計算而得的，而各分級壓氣機效率定義中的等 爛功則是由各級的實際初始溫度值計算的。顯然，實際 過程終了的溫度當然比對應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：多級壓氣機的效率約為：0.88左右，如*燃氣輪 機高、低壓壓氣機效率分別為：0.8662和0.8666。葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機層對多級壓氣機流量的影響§ 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 面層逐級變厚和流動通道的逐漸減小, 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械原理一第七章多級軸流壓

9、氣機二、軸向速度變化對速度三角形的影響葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機在端壁區(qū)，軸向速度因粘性而減 小，加功量加大在中心區(qū)，軸向速度大于設計 值，加功量減小葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機三、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 考慮設計計算時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0. 97,后面級0. 91o所以，輪緣功s二1說/ klcis流量f參正正系數(shù)壓氣機設計中引用流量貯備系數(shù)kni進行環(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計值?，F(xiàn)代壓氣機設計采用耦合環(huán)壁附面層的三元流場 計算方法，大大改善了壓氣機的性能，包括效率提高 和失速裕度增加。葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機§ 7. 4軸流壓氣機通流形式葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機量壓氣機,有利于增大后面級壓1、等外徑通道，其優(yōu)點是各級 平均 半徑逐級力口大,因 而有利 于 增加各級作功矣皂力。2、等內徑通道，它適用于小流葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機等中徨氣機葉片的高度。3、等中徑通道，它是上述兩種 方案的折衷。葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機圖74壓氣機通道形式葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機葉輪機械原理一第七章多級軸流壓氣機