1、第二章 壓氣機(jī),壓氣機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用； 軸流式壓氣機(jī)級、基元級的工作原理； 軸流式壓氣機(jī)中的能量損失； 多級壓氣機(jī)； 壓氣機(jī)變工況工作特性； 壓氣機(jī)喘振及防止方法。,一、單級壓氣機(jī)的特性曲線 （壓氣機(jī)級） 壓比曲線 當(dāng)轉(zhuǎn)速nc一定時，壓比曲線可分為左、右兩側(cè)支。 在特性線上某點(diǎn)o處的壓比最高。,效率曲線 在轉(zhuǎn)速nc一定時，有一個流量使效率最高，此時流阻最小。 當(dāng)流量Gc增加或減少時，都使流阻增大，效率下降。,壓氣機(jī)只能在喘振邊界線的右側(cè)工作。,等效率線,壓氣機(jī)變工況工作特性,二、多級壓氣機(jī)的特性曲線,（軸流式） 主要區(qū)別： 多級壓氣機(jī)的壓比曲線，一般不存在左側(cè)支，喘振在右側(cè)支上出現(xiàn)。 （喘振點(diǎn)的

2、壓比為該轉(zhuǎn)速的最高壓比） 在相同轉(zhuǎn)速下，多級壓氣機(jī)的壓比、效率的變化比單級的更劇烈，即特性曲線變得更陡峭。 （在轉(zhuǎn)速不變時，正常工作范圍較小） 壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速愈高，多級壓氣機(jī)的特性曲線顯得愈陡峭。,三、壓氣機(jī)的通用特性曲線,折合流量 折合轉(zhuǎn)速,壓比,效率,本次課主講,壓氣機(jī)喘振及其防止方法 燃?xì)鉁u輪概述,2-6 壓氣機(jī)喘振及防止方法,一、壓氣機(jī)喘振 1、喘振現(xiàn)象 氣流呈現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，氣流參數(shù)出現(xiàn)大幅度波動，壓力時高時低、流量時大時小，甚至?xí)霈F(xiàn)倒流，機(jī)器伴隨強(qiáng)烈的機(jī)械振動，同時發(fā)出特有的噪聲。 俗稱“氣喘”,壓氣機(jī)絕對不允許出現(xiàn)喘振工況。,2、喘振產(chǎn)生的原因,設(shè)計工況： 壓氣機(jī)通流部分和葉片形狀

3、，均與設(shè)計工況的氣流參數(shù)相適應(yīng) 工作穩(wěn)定，不會出現(xiàn)喘振。 非設(shè)計工況： 壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)形式不再改變，但氣流參數(shù)發(fā)生變化，二者不相適應(yīng) 工作性能變化（產(chǎn)生不穩(wěn)定工況）,u,動葉,討論：一個壓氣機(jī)級 （轉(zhuǎn)速不變、流量發(fā)生變化時的變工況）,a）設(shè)計流量 1=1c 1c葉片進(jìn)氣角； 1氣流進(jìn)氣角。 沖角i = 1c-1 = 0,w1,w2,c1x,wu,1,1c,2,u,動葉,b）大流量 11c 出現(xiàn)負(fù)沖角 i 0,w1,w2,c1x,wu,1,堵塞,連續(xù)性方程：Gc=Ac1x Gc，A，則c1x； w1、1，此時i 0。 2基本不變 ， ，wu減??； 加功量L降低，壓比下降。,若過分加大負(fù)沖角，葉腹上的

4、邊界層會出現(xiàn)分離， 嚴(yán)重時可導(dǎo)致葉片通道堵塞。,2,u,動葉,c）小流量 10,w1,w2,c1x,wu,1,Gc，A，則c1x； w1、1，此時i 0。 2基本不變 ，則wu； 加功量L，壓比增加。,2,u,當(dāng)沖角增大到一定程度后，氣流撞擊葉腹前緣，并在葉背產(chǎn)生旋渦，使氣流不再沿著葉柵中設(shè)計好的路線流動，這種現(xiàn)象稱為氣體脫流（或氣體脫離）。,旋渦,當(dāng)氣體流量進(jìn)一步減小，則c1x亦減小到一定程度，此時正沖角i 已變得太大，甚至超過臨界沖角，氣流在葉背發(fā)生嚴(yán)重的氣體脫離，以致葉柵內(nèi)氣流已無法維持原來的性質(zhì)，旋渦使一部分氣體倒流，此時氣體順利轉(zhuǎn)折和壓縮已不可能，氣流參數(shù)出現(xiàn)強(qiáng)烈的脈動。這就是壓氣機(jī)

5、喘振。,壓氣機(jī)級喘振的原因：,在恒速運(yùn)行工況下，由于氣體流量減小，正沖角增加到使氣流嚴(yán)重地從葉片背部脫離造成的。,3、多級壓氣機(jī)的喘振,氣體脫離現(xiàn)象具有逐級放大的作用。 喘振能造成強(qiáng)烈的氣流脈動和機(jī)械振動，嚴(yán)重時立即損壞機(jī)器。,多級壓氣機(jī)出現(xiàn)喘振的次序 （1）恒速運(yùn)行,Gc，第一級氣體沖角i1，出口壓力提高； 當(dāng)氣流進(jìn)入第二級中，其密度增大，則其cx更要減小，則沖角比第一級時還要大， i2 i1 ； 這樣一級一級地積累，在最后一級z，氣流軸向分速cx最小，正沖角iZ達(dá)到最大值，偏離設(shè)計值最遠(yuǎn)。 故轉(zhuǎn)速不變時，當(dāng)流量減少到一定程度時，在末級首先發(fā)生氣體脫離和喘振。 若繼續(xù)減小流量，則喘振會從后面

6、一直向前面級傳遞，同時喘振強(qiáng)度也越來越大，形成強(qiáng)烈振動，伴有氣喘聲。,（2）啟動過程,轉(zhuǎn)速nc從0逐步上升到工作轉(zhuǎn)速。 當(dāng)轉(zhuǎn)速小于工作轉(zhuǎn)速時，各級壓比均小于設(shè)計值。 此時第二級的軸向分速相對于第一級要大些，即第一級中氣流軸向分速最小、正沖角最大。 啟動過程中往往是第一級首先發(fā)生喘振。,二、防止喘振的方法,恒速運(yùn)行時，通過限制運(yùn)行工況來防喘。 壓氣機(jī)啟動過程中的防喘方法 主要討論 1、放 氣裝置 從壓氣機(jī)通流部分的一個或幾個截面上引出空氣，放到大氣中或重新引回壓氣機(jī)進(jìn)口。 A、當(dāng)壓氣機(jī)達(dá)到喘振狀態(tài)時，迅速打開放氣系統(tǒng)。 B、在壓氣機(jī)的啟動過程中，放氣系統(tǒng)一直打開，直到轉(zhuǎn)速上升到消除喘振出現(xiàn)的危險

7、時關(guān)閉。,放氣防喘的原理壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速降低時，,壓氣機(jī)前幾級的流量將低于設(shè)計值，并出現(xiàn)大的正沖角，易發(fā)生氣體脫流導(dǎo)致喘振；后幾級的流量將可能大于設(shè)計值，并出現(xiàn)大的負(fù)沖角，易發(fā)生堵塞。 放氣系統(tǒng)打開后，放氣口截面前的各級流量將相對增加（不致引起喘振）；而放氣口截面后的各級流量將相對減?。ú恢乱鸲氯?放氣系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)氣流的沖角變化趨勢，使沖角都變化到接近各自的設(shè)計值，可消除前幾級喘振和后幾級堵塞的危險。,對于首先第一級出現(xiàn)喘振的壓氣機(jī)比較有效。 應(yīng)用： 運(yùn)輸用的燃?xì)廨啓C(jī) （航空、艦船、機(jī)車）,放氣防喘的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，壓比低于10時效果好。 缺點(diǎn)： （1）將有10%25%的壓縮氣體被排放掉

8、，不經(jīng)濟(jì)。 （2）為保持同一轉(zhuǎn)速，放氣時必須加大燃油量，則渦輪前的氣體溫度升高約100K以上，需密切注意。,2、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)片,改變?nèi)~片的安裝角，以改變壓氣機(jī)氣流入口的沖角 通常只旋轉(zhuǎn)一列或兩列靜葉，大多數(shù)將進(jìn)口導(dǎo)流器做成可旋轉(zhuǎn)的 優(yōu)點(diǎn)：可降低壓氣機(jī)耗功，便于啟動。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)都比較復(fù)雜，重量增加。,3、分軸壓氣機(jī),在非設(shè)計工況時，壓氣機(jī)前幾級和后幾級偏離設(shè)計點(diǎn)的程度，隨壓氣機(jī)的設(shè)計壓比的增高而變得嚴(yán)重。 當(dāng)壓比小于45時，一般不會出現(xiàn)喘振； 當(dāng)壓比提高到6以上時，必須采取放氣或同時采用放氣和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的方法來防喘； 當(dāng)壓比在1012以上時，則采取分軸的方法來防喘。 分軸就是將壓氣機(jī)分成兩個

9、轉(zhuǎn)子，甚至三個轉(zhuǎn)子，分別由相應(yīng)的渦輪帶動。,分軸壓氣機(jī)的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 轉(zhuǎn)子可在非設(shè)計工況下自動調(diào)整轉(zhuǎn)速，使進(jìn)出口的流量都接近設(shè)計值，減少沖角的變化，消除前幾級喘振和后幾級堵塞的危險。 缺點(diǎn)：需要套軸、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。,第三章 燃?xì)鉁u輪,概述（功能、分類、基本結(jié)構(gòu)等）； 軸流式燃?xì)鉁u輪的工作原理； 輪周功、輪周效率、速度比； 多級渦輪； 渦輪特性； 燃?xì)鉁u輪的冷卻。,3-0 概述,燃?xì)鉁u輪又稱燃?xì)馔钙?、透平膨脹機(jī)，是燃?xì)廨啓C(jī)裝置中向外輸出機(jī)械功的部件。 一、功能 將高溫高壓燃?xì)庵械臒崮苻D(zhuǎn)換為機(jī)械功 其中，約2/33/5的機(jī)械功用以帶動壓氣機(jī)，其余的機(jī)械功則作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率用以帶動負(fù)荷。,二、分

10、類、特點(diǎn)及應(yīng)用,主要介紹軸流式渦輪。,軸流式渦輪,徑流式渦輪 （又稱向心式）,結(jié)構(gòu)輕巧， 但流量小，效率較低。,小型燃機(jī)裝置,流量大、功率大、效率高 但相對笨重,大量應(yīng)用,三、與蒸汽輪機(jī)的比較,空氣壓縮比水蒸氣困難得多,相同點(diǎn),工作原理及結(jié)構(gòu)形式是完全一樣,不同點(diǎn),工質(zhì) 進(jìn)口壓力 級數(shù),蒸汽輪機(jī),水蒸氣,較高 （已高達(dá)24MPa以上）,多 （幾十級）,燃?xì)廨啓C(jī),燃 氣,較低 （約0.53.0MPa）,很少 （15級）,四、基本構(gòu)造簡介,渦輪主要是由一些靜止的靜葉片和旋轉(zhuǎn)的動葉組成的。 裝有動葉的工作葉輪，通過轉(zhuǎn)動軸與壓氣機(jī)軸、外界負(fù)荷相連接。,教材P104-107,箭頭表明冷卻空氣的分配和流向

11、,1、渦輪的靜葉,又稱噴嘴，其作用： 使高溫的燃?xì)庠陟o葉中膨脹加速，把燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)化為動能，然后推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功。 具有單片靜葉、靜葉組和靜葉環(huán)。 通常把靜葉直接固定在氣缸上。 在靜葉后安裝一圈護(hù)環(huán)來形成動葉頂部的流道 護(hù)環(huán)與汽缸壁之間有較大的空隙，這樣氣缸與高溫燃?xì)馔耆艚^，并通以冷卻空氣來降低氣缸溫度。,靜葉,動葉,2、渦輪的動葉,把高溫燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械功的關(guān)鍵零件之一。 工作條件惡劣，是決定機(jī)組壽命的主要零件之一。 被高溫燃?xì)獍鼑?承受巨大離心力； 承受氣流動力； 振動； 腐蝕和侵蝕,3、多級渦輪的通流部分,在膨脹過程中，氣體壓力降低、密度不斷減小，則氣體容積逐級增大； 渦輪的通流部分應(yīng)逐級擴(kuò)張，即沿氣流流動的軸向方向上，葉片的高度是不斷增加的。,3-1 軸流式燃?xì)鉁u輪的工作原理,一、渦輪級的概念 一列靜葉柵（或稱噴嘴