壓氣機的原理和特性

1、 按按分類分類 軸流式軸流式 離心式 通風機（通風機（110 kPa) 110 kPa) 鼓風機（鼓風機（110110400 kPa) 400 kPa) 壓氣機（壓氣機（400 kPa)400 kPa) 按工作原理和構(gòu)造分類按工作原理和構(gòu)造分類 活塞式壓氣機活塞式壓氣機 葉輪式壓氣機葉輪式壓氣機 特殊引射式壓縮器特殊引射式壓縮器 按壓縮氣體壓力范圍分類 軸流式壓氣機的結(jié)構(gòu)軸流式壓氣機的結(jié)構(gòu) 壓氣機的級壓氣機的級 由一列動葉片由一列動葉片 和緊跟其后的一列靜葉片構(gòu)成的和緊跟其后的一列靜葉片構(gòu)成的 壓氣機的基本工作單元。壓氣機的基本工作單元。 第一級第一級 三個特征截面： 級前1、級間2和級后3

2、葉型：葉片橫截面形狀。葉型：葉片橫截面形狀。 型線：葉型輪廓線，包括背弧型線、內(nèi)型線：葉型輪廓線，包括背弧型線、內(nèi) 弧型線及二者的連接圓弧線?；⌒途€及二者的連接圓弧線。中弧線：葉型型線所有內(nèi)切圓圓心的連線。中弧線：葉型型線所有內(nèi)切圓圓心的連線。 弦長：型線在弦線方向的投影長度。弦長：型線在弦線方向的投影長度。 外弦長外弦長b 內(nèi)弦長內(nèi)弦長中弧線兩端點的連線。中弧線兩端點的連線。 前后緣方向角：葉型前、后緣點處中弧線的切前后緣方向角：葉型前、后緣點處中弧線的切 線與外弦線間的夾角。線與外弦線間的夾角。葉型的彎曲角葉型的彎曲角：表征葉型彎曲程度的角度。：表征葉型彎曲程度的角度。 = 1+ 2 葉柵

3、前后額線：葉型前、后緣點的連線。葉柵前后額線：葉型前、后緣點的連線。 葉型安裝角葉型安裝角 ：外弦線與圓周方向的夾角。：外弦線與圓周方向的夾角。 ：兩個相鄰葉型上同位點在圓周方向上的距離。：兩個相鄰葉型上同位點在圓周方向上的距離。 ：葉型中弧線在前緣點和后：葉型中弧線在前緣點和后 緣點的切線與葉柵前、后額線的夾角。緣點的切線與葉柵前、后額線的夾角。 進出氣角：氣流進、出口相對流速與葉柵前、進出氣角：氣流進、出口相對流速與葉柵前、 后額線的夾角。后額線的夾角。 進口沖角：葉柵的入口安裝角與氣流進氣角進口沖角：葉柵的入口安裝角與氣流進氣角 之差。之差。 出口落后角：葉柵的出口安裝角與氣流出氣角之差

4、。出口落后角：葉柵的出口安裝角與氣流出氣角之差。 氣流轉(zhuǎn)折角：氣流出氣角與進氣角之差。氣流轉(zhuǎn)折角：氣流出氣角與進氣角之差。 氣流的絕對速度、氣流的絕對速度、 相對速度和圓周速相對速度和圓周速 度的矢量關(guān)系：度的矢量關(guān)系： 扭速：相對速度的圓周分量變化量。扭速：相對速度的圓周分量變化量。 ( (反映外界對氣體做功量的大小。反映外界對氣體做功量的大小。) ) 2 1 2 1 2222 2112 22 21 1 22 21 1 22 2121 1 12 22 d 2 1 d 2 2 cu p p p p ccww wu w cc qv p cc qp ccpp q 22 2332 2 23 22 3

5、223 2 23 2 2 ccpp q ppcc q 理理 想想 壓壓 縮縮 功功 輸輸 入入 的的 機機 械械 功功 能量損失能量損失 壓氣機效率：壓氣機效率： 100% 1 s c c c sc W h W W WWh 內(nèi)部損失內(nèi)部損失 型阻損失型阻損失（影響因素：葉型）（影響因素：葉型） a、葉柵表面附面層中產(chǎn)生的、葉柵表面附面層中產(chǎn)生的摩擦和脫離摩擦和脫離現(xiàn)象引起；現(xiàn)象引起； b、葉片表出口尾跡中的、葉片表出口尾跡中的渦流渦流以及與主流的以及與主流的摻混摻混； c、在超音速氣流中發(fā)生的、在超音速氣流中發(fā)生的激波激波現(xiàn)象等引起的能量損失?，F(xiàn)象等引起的能量損失。 端部損失端部損失（影響因素

6、：葉片高度）（影響因素：葉片高度） 端部摩擦端部摩擦 二次流損失二次流損失 徑向間隙的漏氣損失徑向間隙的漏氣損失（影響因素：動靜間隙大小、前后壓差和（影響因素：動靜間隙大小、前后壓差和 直徑大小等）直徑大小等） 外部損失外部損失 支持軸承和止推軸承上的機械摩擦損失；支持軸承和止推軸承上的機械摩擦損失； （相應的減損措施：采用高效軸承、適當潤滑等措施）（相應的減損措施：采用高效軸承、適當潤滑等措施） 經(jīng)過經(jīng)過高壓轉(zhuǎn)子軸端與機匣之間的間隙泄漏到外界去的漏氣損失。高壓轉(zhuǎn)子軸端與機匣之間的間隙泄漏到外界去的漏氣損失。 （相應的減損措施：增設(shè)氣封裝置）（相應的減損措施：增設(shè)氣封裝置） 壓氣機的能量損失壓

7、氣機的能量損失 轉(zhuǎn)速不變，流量降低到一定值轉(zhuǎn)速不變，流量降低到一定值 后，壓氣機內(nèi)的氣流軸向脈動引起后，壓氣機內(nèi)的氣流軸向脈動引起 的整臺機器的劇烈振動。的整臺機器的劇烈振動。 轉(zhuǎn)速不變，流量增大到一定值轉(zhuǎn)速不變，流量增大到一定值 后，壓比急劇下降，流量無法繼續(xù)后，壓比急劇下降，流量無法繼續(xù) 增大的現(xiàn)象。增大的現(xiàn)象。 壓比隨流量的變化情況（轉(zhuǎn)速不變）壓比隨流量的變化情況（轉(zhuǎn)速不變） 無損失時：級的壓比隨流無損失時：級的壓比隨流 量的增大而減小量的增大而減小 考慮摩擦損失時：單位質(zhì)考慮摩擦損失時：單位質(zhì) 量氣體的損失隨流量的增量氣體的損失隨流量的增 大而增大大而增大 考慮考慮漩渦損失時：存考慮考

8、慮漩渦損失時：存 在使壓比最大的最佳流量在使壓比最大的最佳流量 maxminmin max min ()/ VVV V V qqq q q 壓氣機工作范圍 式中：某轉(zhuǎn)速下壓氣機進口的最大空氣流量； 同轉(zhuǎn)速下壓氣機進口的最小空氣流量。 特點特點 壓比隨流量變化壓比隨流量變化 一般不存在左支，喘振一般不存在左支，喘振 點出現(xiàn)在右支上；點出現(xiàn)在右支上； 壓比和效率隨流壓比和效率隨流 量變化的特性線較單級量變化的特性線較單級 陡峭，高轉(zhuǎn)速下幾乎成陡峭，高轉(zhuǎn)速下幾乎成 垂線，導致其工作范圍垂線，導致其工作范圍 變窄。變窄。 “通用的通用的”內(nèi)涵：內(nèi)涵： 無論壓氣機的尺寸無論壓氣機的尺寸 （幾何相似）、進

9、氣量（幾何相似）、進氣量 和進氣條件如何變化，和進氣條件如何變化， 該特性線都適用。該特性線都適用。 “通用的通用的”根據(jù)：根據(jù)： 根據(jù)根據(jù)相似原理相似原理，若，若 對應的對應的定性準則數(shù)定性準則數(shù)彼此彼此 相等，則對應的所有無相等，則對應的所有無 因次參數(shù)都彼此相等。因次參數(shù)都彼此相等。 壓氣機的定性準則數(shù)壓氣機的定性準則數(shù) 第一級動葉柵的第一級動葉柵的進口速進口速 度馬赫數(shù)度馬赫數(shù)和和圓周速度馬赫數(shù)圓周速度馬赫數(shù) 是壓氣機的兩個基本定性準是壓氣機的兩個基本定性準 則數(shù)，其他任何與之成比例則數(shù)，其他任何與之成比例 且相互獨立的無因次參數(shù)都且相互獨立的無因次參數(shù)都 可代替成為定性準則數(shù)?？纱?/p>

10、成為定性準則數(shù)。 某壓氣機通用特性線某壓氣機通用特性線 代替代替進口速度馬赫數(shù)進口速度馬赫數(shù)的的 定性準則數(shù)定性準則數(shù) 代替代替圓周圓周 速度馬赫速度馬赫 數(shù)數(shù)的定性的定性 準則數(shù)準則數(shù) 典型的典型的 不穩(wěn)定工況不穩(wěn)定工況 失速失速 喘振喘振 阻塞阻塞 葉背的邊葉背的邊 界層分離界層分離 區(qū)易擴大區(qū)易擴大 當流量減小時，若葉片當流量減小時，若葉片2的背部先出現(xiàn)氣流分離，葉片的背部先出現(xiàn)氣流分離，葉片2與與3 之間的流道將被部分堵塞，于是該流道前方將形成低速氣之間的流道將被部分堵塞，于是該流道前方將形成低速氣 流區(qū)（停滯區(qū)），導致該停滯區(qū)附近的氣流改變流向。流區(qū)（停滯區(qū)），導致該停滯區(qū)附近的氣流

11、改變流向。 a、隨流量減小，失速先在一隨流量減小，失速先在一 個或幾個葉片的葉尖處產(chǎn)生，個或幾個葉片的葉尖處產(chǎn)生， 然后沿徑向和周向擴展；然后沿徑向和周向擴展； b、壓比、效率隨流量的減小而連續(xù)變化；壓比、效率隨流量的減小而連續(xù)變化； c、葉圈中可有一個或多個對稱的失速區(qū)，多個失速區(qū)相葉圈中可有一個或多個對稱的失速區(qū)，多個失速區(qū)相 互干擾，不穩(wěn)定性增加，常發(fā)生于葉片較長的級中?；ジ蓴_，不穩(wěn)定性增加，常發(fā)生于葉片較長的級中。 單級單級 壓氣壓氣 機阻機阻 塞的塞的 原因原因 高轉(zhuǎn)速下的聲速阻塞高轉(zhuǎn)速下的聲速阻塞 即氣流流速達到聲即氣流流速達到聲 速，流量達到最大臨界值，形成氣流阻塞。速，流量達到

12、最大臨界值，形成氣流阻塞。 低轉(zhuǎn)速下的邊界層脫離阻塞低轉(zhuǎn)速下的邊界層脫離阻塞 即由于氣流即由于氣流 負沖角較大，動葉柵腹面上出現(xiàn)嚴重的氣流負沖角較大，動葉柵腹面上出現(xiàn)嚴重的氣流 分離，使出口通流面積減小而發(fā)生阻塞。分離，使出口通流面積減小而發(fā)生阻塞。 多級多級 壓氣壓氣 機阻機阻 塞的塞的 原因原因 高轉(zhuǎn)速下的聲速阻塞高轉(zhuǎn)速下的聲速阻塞 （阻塞機理同單級壓氣機的阻塞機理）（阻塞機理同單級壓氣機的阻塞機理） 。 低轉(zhuǎn)速下的聲速阻塞低轉(zhuǎn)速下的聲速阻塞 末幾級由于受流末幾級由于受流 量增大和前幾級壓比降低、氣流密度減小量增大和前幾級壓比降低、氣流密度減小 的雙重影響，氣流速度仍然增加較大并可的雙重影

13、響，氣流速度仍然增加較大并可 能達到聲速，從而導致能達到聲速，從而導致聲速阻塞聲速阻塞。 多級壓氣機的中間放氣機構(gòu)多級壓氣機的中間放氣機構(gòu) 中間放氣中間放氣 在多級壓氣機通流部分的一個或幾個截面處將一在多級壓氣機通流部分的一個或幾個截面處將一 部分氣體放到大氣中或者重新引回壓氣機進口，以防部分氣體放到大氣中或者重新引回壓氣機進口，以防 止壓氣機在低速運行時發(fā)生喘振的一種方法。止壓氣機在低速運行時發(fā)生喘振的一種方法。 中間放氣的防喘機理中間放氣的防喘機理 從壓氣機中間放掉部分氣體，放氣口前流量相對增從壓氣機中間放掉部分氣體，放氣口前流量相對增 大，放氣口后流量相對減小，使首、末級的氣流沖角均大，

14、放氣口后流量相對減小，使首、末級的氣流沖角均 可以調(diào)整到接近設(shè)計值，從而消除喘振?？梢哉{(diào)整到接近設(shè)計值，從而消除喘振。 導葉固定和旋轉(zhuǎn)時氣流速度三角形的變化導葉固定和旋轉(zhuǎn)時氣流速度三角形的變化 1 1低壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子 2 2高壓轉(zhuǎn)子高壓轉(zhuǎn)子 雙轉(zhuǎn)子（分軸）燃氣輪機的結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子（分軸）燃氣輪機的結(jié)構(gòu) 壓氣機靜葉片壓氣機靜葉片 可調(diào)可調(diào) 靜葉靜葉 靜葉環(huán)靜葉環(huán) 直接裝配直接裝配 的靜葉的靜葉 靜葉靜葉 氣缸氣缸 T T 形形 葉葉 根根 槽槽 配套配套 葉型：葉片橫截面形狀。葉型：葉片橫截面形狀。 型線：葉型輪廓線，包括背弧型線、內(nèi)型線：葉型輪廓線，包括背弧型線、內(nèi) 弧型線及二者的連接圓弧線?；⌒?/p>

15、線及二者的連接圓弧線。中弧線：葉型型線所有內(nèi)切圓圓心的連線。中弧線：葉型型線所有內(nèi)切圓圓心的連線。 弦長：型線在弦線方向的投影長度。弦長：型線在弦線方向的投影長度。 外弦長外弦長b 內(nèi)弦長內(nèi)弦長中弧線兩端點的連線。中弧線兩端點的連線。 前后緣方向角：葉型前、后緣點處中弧線的切前后緣方向角：葉型前、后緣點處中弧線的切 線與外弦線間的夾角。線與外弦線間的夾角。葉型的彎曲角葉型的彎曲角：表征葉型彎曲程度的角度。：表征葉型彎曲程度的角度。 = 1+ 2 22 2332 2 23 22 3223 2 23 2 2 ccpp q ppcc q 轉(zhuǎn)速不變，流量增大到一定值轉(zhuǎn)速不變，流量增大到一定值 后，壓比急劇下降，流量無法繼續(xù)后，壓比急劇下降，流量無法繼續(xù) 增大的現(xiàn)象。增大的現(xiàn)象。 壓比隨流量的變化情況（轉(zhuǎn)速不變）壓比隨流量的變化情況（轉(zhuǎn)速不變） 無損失時：級的壓比隨流無損失時：級的壓比隨流 量的增大而減小量的增大而減小 考慮摩擦損失時：單位質(zhì)考慮摩擦損失時：單位質(zhì) 量氣體的損失隨流量的增量氣體的損失隨流量的增 大而增大大而增大 考慮考慮漩渦損失時：存考慮考慮漩渦損失時：存 在使壓比最大的最佳流量在使壓比最大的最佳流量 單級單級 壓氣壓氣 機阻機阻 塞