燃氣渦輪發(fā)動機(2)

1、第二章節(jié)菜鳥訓(xùn)練完成，進入初手訓(xùn)練營Chapter 1第二章二章 發(fā)動機部件發(fā)動機部件 （一）（一）航空燃氣渦輪噴氣發(fā)動機主要由進氣道（航空燃氣渦輪噴氣發(fā)動機主要由進氣道（IntakeIntake）、壓氣機）、壓氣機（compressorcompressor）、燃燒室（）、燃燒室（combustion chambercombustion chamber）、渦輪（）、渦輪（turbineturbine）、）、噴管（噴管（ExhaustExhaust）等部分構(gòu)成。）等部分構(gòu)成。 2.1 進氣道2.1.1 2.1.1 類型和參數(shù)類型和參數(shù)進氣道亞音速進氣道超音速進氣道內(nèi)壓式外壓式混合式 i = p*

2、1/ p*0 i ：進氣道總壓恢復(fù)系數(shù) p*1 ：進氣道出口面積的總壓 p*0 ：進氣道前方來流的總壓 i = p*1/ p0 i ：沖壓比 p0 ：遠方氣流靜壓 畸變指數(shù) ：（ p*1（max）p*1（min）/p*1(平均值） 影響沖壓比的因素影響沖壓比的因素有飛行速度影響沖壓比的因素有飛行速度(V)(V)、大氣溫度、大氣溫度(T(T0 0) )和流動損失。下面進行和流動損失。下面進行分析。分析。 (1) (1)飛行速度飛行速度大氣溫度不變時，飛行速度越大，空氣流過進氣道時速度降低得越多，有更多的動能用來大氣溫度不變時，飛行速度越大，空氣流過進氣道時速度降低得越多，有更多的動能用來提高空氣

3、的壓力，所以飛行速度增大時沖壓比增大。提高空氣的壓力，所以飛行速度增大時沖壓比增大。圖圖2 24 4的曲線表示在沒有流過損失的情況下。沖壓比隨飛行速度變化的情形。圖上表明，的曲線表示在沒有流過損失的情況下。沖壓比隨飛行速度變化的情形。圖上表明，飛行速度增大時，沖壓比增大，而且飛行速度越大，沖壓比增加得越快飛行速度增大時，沖壓比增大，而且飛行速度越大，沖壓比增加得越快 (2)大氣溫度大氣溫度 飛行速度保持不變時，大氣溫度越低，空氣越易于壓縮，沖壓比越大；反之，大氣溫度飛行速度保持不變時，大氣溫度越低，空氣越易于壓縮，沖壓比越大；反之，大氣溫度越高，沖壓比越小。越高，沖壓比越小。 飛行高度變化時，

4、沖壓比是否變化，取決于大氣溫度的變化。在飛行高度變化時，沖壓比是否變化，取決于大氣溫度的變化。在11000米高度以下，飛米高度以下，飛行高度升高時，大氣溫度降低，沖壓比增大；在行高度升高時，大氣溫度降低，沖壓比增大；在11000米高度以上，飛行高度改變時，大氣米高度以上，飛行高度改變時，大氣溫度保持不變，沖壓比也就保持不變。在沒有流動損失的情況下，沖壓比隨飛行高度變化的溫度保持不變，沖壓比也就保持不變。在沒有流動損失的情況下，沖壓比隨飛行高度變化的情形，如圖情形，如圖25的曲線所示。的曲線所示。圖2-5 (3)流動損失流動損失 動力壓縮過程中的流動損失，使壓縮器進口的空氣總壓小于沒有流動損失時

5、動力壓縮過程中的流動損失，使壓縮器進口的空氣總壓小于沒有流動損失時的空氣總壓，因此流動損失增大，沖壓比減小。另外，有了流動損失，由于壓縮的空氣總壓，因此流動損失增大，沖壓比減小。另外，有了流動損失，由于壓縮器進口空氣壓力的降低，還會引起發(fā)動機的空氣流量減小。器進口空氣壓力的降低，還會引起發(fā)動機的空氣流量減小。 沖壓比和空氣流量的減小，將導(dǎo)致發(fā)動機的推力減小。流動損失越大，發(fā)沖壓比和空氣流量的減小，將導(dǎo)致發(fā)動機的推力減小。流動損失越大，發(fā)動機推力減小的越多。動機推力減小的越多。2.1.2 亞音速進氣道亞音速進氣道工作原理：亞音速進氣道工作原理： 在飛行中，發(fā)動機前方的空氣經(jīng)進氣道流過壓縮器（見圖

6、）。其氣道前方在飛行中，發(fā)動機前方的空氣經(jīng)進氣道流過壓縮器（見圖）。其氣道前方未受擾動氣流的速度未受擾動氣流的速度( (即圖上即圖上0 00 0截面處的氣流速度截面處的氣流速度) )，與飛行速度大小相等，方，與飛行速度大小相等，方向相反?？諝饬鞒鲞M氣道的速度向相反?？諝饬鞒鲞M氣道的速度(c1)(c1)就是壓縮器的進口氣流速度。就是壓縮器的進口氣流速度。 在飛行速度大于壓縮器進口氣流速度的情況下，空氣流過進氣道，流速減小，在飛行速度大于壓縮器進口氣流速度的情況下，空氣流過進氣道，流速減小，壓力和溫度升高，空氣受到了壓縮?？諝庥捎诒旧硭俣冉档投艿降膲嚎s，叫做壓力和溫度升高，空氣受到了壓縮?？諝庥?/p>

7、于本身速度降低而受到的壓縮，叫做動力壓縮。動力壓縮。在飛行速度小于壓縮器進口氣流速度的情況下，空氣流過進氣道時，流速增大，在飛行速度小于壓縮器進口氣流速度的情況下，空氣流過進氣道時，流速增大，壓力和溫度降低，這時沒有動力壓縮。壓力和溫度降低，這時沒有動力壓縮。 目前，飛機平飛時的速度，一般都大于壓縮器進口氣流速度。因此，在飛行中目前，飛機平飛時的速度，一般都大于壓縮器進口氣流速度。因此，在飛行中空氣流過進氣道時，一般都受到動力壓縮。空氣流過進氣道時，一般都受到動力壓縮。 亞音速進氣道內(nèi)部通道為擴張通道，使氣流在進氣道內(nèi)減速增壓。亞音速進氣道內(nèi)部通道為擴張通道，使氣流在進氣道內(nèi)減速增壓。00空氣

8、流量：單位時間流入進氣道的空氣質(zhì)量。用空氣流量：單位時間流入進氣道的空氣質(zhì)量。用qm，a表示表示 qm，a=A ：空氣密度 ：飛行速度 A：面積 影響流量的因素：空氣密度 ， 飛行速度 ，壓氣機轉(zhuǎn)速n進氣道組成：殼體和整流錐，有的分前整流錐和后整流錐。進氣道組成：殼體和整流錐，有的分前整流錐和后整流錐。 注意：亞音速亞音速進氣道的唇口必須做得較為圓滑。注意：亞音速亞音速進氣道的唇口必須做得較為圓滑。 進氣道和整流錐由壓氣機引氣防冰。進氣道和整流錐由壓氣機引氣防冰。裝前后整流錐裝前后整流錐2.1.3 超音速進氣道飛機以超音速飛行時，在進氣道前方將產(chǎn)生一道弓形激波。飛機以超音速飛行時，在進氣道前方

9、將產(chǎn)生一道弓形激波。飛行飛行M M數(shù)超過數(shù)超過1.51.5以后，進氣道進口前的正激波的強度增大，以后，進氣道進口前的正激波的強度增大，壓力損失劇增，發(fā)動機推力迅速減小。為了減小激波損失，壓力損失劇增，發(fā)動機推力迅速減小。為了減小激波損失，在飛行在飛行M M數(shù)大于數(shù)大于1.51.5的飛機上，都采用超音速進氣道。它利用的飛機上，都采用超音速進氣道。它利用激波系增壓來達到以最小的壓力損失完成沖壓壓縮過程。激波系增壓來達到以最小的壓力損失完成沖壓壓縮過程。 按激波系所處的位置不同，超音速進氣道可分為三種：按激波系所處的位置不同，超音速進氣道可分為三種：激波系全部在進氣道唇口外的，叫激波系全部在進氣道唇

10、口外的，叫“外沖壓式外沖壓式”超音速進氣超音速進氣道；激波系全部在進氣道內(nèi)的，叫道；激波系全部在進氣道內(nèi)的，叫“內(nèi)沖壓式內(nèi)沖壓式”超音速進氣超音速進氣道；激波系既在唇口外又在唇口內(nèi)的，稱為道；激波系既在唇口外又在唇口內(nèi)的，稱為“混合式混合式”超音超音速進氣道。速進氣道。進氣道喘振：進氣道喘振： 進氣道喘振是一種故障現(xiàn)象。發(fā)生進氣道喘振時，氣流將在管道內(nèi)發(fā)生激烈的振動，正激波在進氣口內(nèi)外迅速地前后移動，以致能聽到飛機頭部傳來“膨膨”的響聲。進氣道喘振不但會引起燃燒室熄火，而且可能損壞飛機和發(fā)動機的結(jié)構(gòu)。 進氣道喘振的根本原因進氣道喘振的根本原因: 流入進氣道的空氣流量與發(fā)動機需要的空氣流量之間發(fā)

11、生了矛盾。如果流入進氣道的空氣流量大于發(fā)動機需要的空氣流量時，進氣道出口反壓升高，到了一定程度，就將正激波推到唇口外，形成三叉形激波，出現(xiàn)了溢流，使進氣量下降。而正激波的前移，使錐體上的附面層內(nèi)有一層氣流受到阻滯，并發(fā)生倒流現(xiàn)象，于是氣流從錐體上分離，沿流動方向逐漸擴張，如圖217所示。這會使喉道有效面積減小，這樣，流入的空氣量又低于發(fā)動機的需氣量，進氣道出口反壓急降，正激波被吸入管道內(nèi)(氣流分離層也被吸除)，溢流現(xiàn)象消離。此時，流入進氣道的空氣量又超過發(fā)動機的需氣量，正激波再次被推出，如此循環(huán)往復(fù)，使管道內(nèi)氣流壓力和流量隨之反復(fù)脈動，即進入喘振喘態(tài)。防止進氣道喘振的基本原理防止進氣道喘振的基

12、本原理: 防止進氣道出口處反壓增大和防止錐面上的氣流發(fā)生分離。 例如：1.殲7飛機在23框間機身兩側(cè)各設(shè)置一放氣門(見圖218)。 2.把中心錐體的表面做得粗糙些，并在其上安裝擾流器(見圖219) 2.2 壓氣機功能概況：功能概況：主要功能：主要功能：提高氣流的壓力的，空氣流過壓氣機時，壓氣機工作葉片對氣流做功，使氣提高氣流的壓力的，空氣流過壓氣機時，壓氣機工作葉片對氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高，為燃氣膨脹做功創(chuàng)造條件。流的壓力，溫度升高，為燃氣膨脹做功創(chuàng)造條件。次要功能：次要功能：1. 1. 供應(yīng)冷氣冷卻熱部件。供應(yīng)冷氣冷卻熱部件。 2. 2. 供應(yīng)熱氣防冰。供應(yīng)熱氣防冰。 3. 3.

13、機艙增壓機艙增壓 空調(diào)，燃油系統(tǒng)除冰，發(fā)動機啟動氣源。空調(diào)，燃油系統(tǒng)除冰，發(fā)動機啟動氣源。壓氣機分類：壓氣機分類： 1. 1. 離心式壓氣機離心式壓氣機 2. 2. 軸流式壓氣機軸流式壓氣機2.2.1 離心式壓氣機離心式壓氣機的特點及應(yīng)用離心式壓氣機的特點及應(yīng)用 與軸流壓氣機相比具有迎風面積尺寸大、效率低的特點 不宜用于高速飛行的大推力發(fā)動機上 具有特性平緩、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好等優(yōu)點 在早期中小推力發(fā)動機以及近期小型發(fā)動機上得到了應(yīng)用 早期離心式壓氣機單級增壓比為3.0-4.5，效率為0.75-0.78 60年代借助于數(shù)值流場計算技術(shù)使增壓比達到15:1，效率為0.83-0.85. 組合壓氣機

14、（前面加上1-2級超跨音速軸流壓氣機），應(yīng)用于性能良好的小型風扇發(fā)動機定義：定義：空氣在工作葉輪內(nèi)沿遠離葉輪空氣在工作葉輪內(nèi)沿遠離葉輪旋轉(zhuǎn)中心的方向流動旋轉(zhuǎn)中心的方向流動 離心式壓氣機的組成：離心式壓氣機的組成：由進氣裝置由進氣裝置, 工作葉輪工作葉輪, 擴壓器擴壓器, 集氣管等部分組成集氣管等部分組成葉輪和擴壓器是其中兩個主要葉輪和擴壓器是其中兩個主要部件部件 離離 心心 式式 壓壓 氣氣 機機雙級離心壓氣機、環(huán)形回流燃燒室、單級燃氣雙級離心壓氣機、環(huán)形回流燃燒室、單級燃氣渦輪、雙級軸流式動力渦輪渦輪、雙級軸流式動力渦輪 渦軸渦軸16發(fā)動機發(fā)動機直直-10武裝直升機武裝直升機離心式壓氣機的組

15、成進氣裝置進氣裝置 安裝在葉輪的進口處，其通道是收斂形的 功用 使氣流拐彎并以一定方向均勻進入工作葉輪, 以減小流動損失 此過程中氣流加速，防止出現(xiàn)拐彎分離流 氣流參數(shù)變化 空氣在流過它時速度增大,而壓力和溫度下降 葉輪：葉輪： 1. 單面葉輪單面葉輪 2。雙面葉輪。雙面葉輪 葉輪高速旋轉(zhuǎn)，對流過的空氣做功，加速空氣的流速，同時葉輪高速旋轉(zhuǎn)，對流過的空氣做功，加速空氣的流速，同時提高空氣壓力。提高空氣壓力。葉葉 輪輪擴壓器 位于葉輪的出口處 其通道是擴張形的 空氣在流過它時, 速度下降, 壓力和溫度都上升 集氣管 使氣流變?yōu)檩S向, 將空氣引入燃燒室 圖圖45 雙面離心式壓氣機進氣裝置雙面離心式

16、壓氣機進氣裝置空氣在離心式壓氣機中的流動：空氣在離心式壓氣機中的流動：空氣在導(dǎo)流器中的流動空氣在導(dǎo)流器中的流動單面進氣的離心式壓氣機葉輪的進口直接與進氣道的出口相單面進氣的離心式壓氣機葉輪的進口直接與進氣道的出口相接接雙面進氣離心式壓氣機的進氣裝置一般由預(yù)旋片和分氣盆構(gòu)雙面進氣離心式壓氣機的進氣裝置一般由預(yù)旋片和分氣盆構(gòu)成成預(yù)旋片的作用在于造成工作輪進口有一定規(guī)律的氣流切向速預(yù)旋片的作用在于造成工作輪進口有一定規(guī)律的氣流切向速度分布度分布分氣盆的作用則在于將經(jīng)過預(yù)旋片的空氣分為數(shù)層分氣盆的作用則在于將經(jīng)過預(yù)旋片的空氣分為數(shù)層,以便將以便將空氣較均勻地充滿工作輪葉片的進口空氣較均勻地充滿工作輪葉

17、片的進口進氣裝置中的流道做成略有收斂進氣裝置中的流道做成略有收斂,使空氣經(jīng)過它后使空氣經(jīng)過它后,速度略有速度略有增大，以減少流動損失。增大，以減少流動損失。離心式壓氣機的主要優(yōu)點離心式壓氣機的主要優(yōu)點 單級增壓比高單級增壓比高 一級的增壓比可達一級的增壓比可達4:15:1, 甚至更高甚至更高 同時離心式壓氣機穩(wěn)定的工作范圍寬同時離心式壓氣機穩(wěn)定的工作范圍寬 結(jié)構(gòu)簡單可靠結(jié)構(gòu)簡單可靠 重量輕重量輕, 所需要的起動功率小所需要的起動功率小離心式壓氣機的主要缺點離心式壓氣機的主要缺點 它的流動損失大它的流動損失大, 尤其是級間損失更大尤其是級間損失更大, 不適于用多級不適于用多級, 最多兩級最多兩級

18、 效率較低效率較低, 一般離心式壓氣機的效率最高只有一般離心式壓氣機的效率最高只有8385, 甚至不到甚至不到80 單位面積的流通能力低單位面積的流通能力低, 故迎風面積大故迎風面積大, 阻力大。阻力大。2.2.2 軸流式壓氣機1. 1. 組成組成 它由轉(zhuǎn)子和靜子（又稱整流器）兩部分組成。由一排轉(zhuǎn)子葉片和一排靜它由轉(zhuǎn)子和靜子（又稱整流器）兩部分組成。由一排轉(zhuǎn)子葉片和一排靜子葉片組成一級，單級的增壓比很小，為了獲得較高的增壓比，一般都采用的多子葉片組成一級，單級的增壓比很小，為了獲得較高的增壓比，一般都采用的多級結(jié)構(gòu)?？諝庠趬簹鈾C中被逐級增壓后，密度和溫度也逐級提高。級結(jié)構(gòu)?？諝庠趬簹鈾C中被逐級

19、增壓后，密度和溫度也逐級提高。 多級組成，每一級由工作輪與靜子組成。多級組成，每一級由工作輪與靜子組成。 工作輪（轉(zhuǎn)子工作輪（轉(zhuǎn)子：葉片、盤、軸：葉片、盤、軸 靜子（導(dǎo)向器靜子（導(dǎo)向器：葉片、機匣：葉片、機匣 轉(zhuǎn)子在前、靜子在后，交錯排列轉(zhuǎn)子在前、靜子在后，交錯排列2. 2. 分類分類 單轉(zhuǎn)子壓氣機單轉(zhuǎn)子壓氣機 雙轉(zhuǎn)子壓氣機雙轉(zhuǎn)子壓氣機 三轉(zhuǎn)子壓氣機三轉(zhuǎn)子壓氣機 3. 工作原理空氣被吸入壓氣機空氣被吸入壓氣機旋轉(zhuǎn)的葉片使空氣提速，加壓旋轉(zhuǎn)的葉片使空氣提速，加壓空氣在靜子通道中減速，擴壓空氣在靜子通道中減速，擴壓最后一排靜子葉片最后一排靜子葉片矯直空氣矯直空氣空氣均勻的軸向速度進入燃燒室空氣均勻

20、的軸向速度進入燃燒室2.2.3 壓氣機特性級級: : 一排轉(zhuǎn)子葉片一排轉(zhuǎn)子葉片 + + 一排靜子葉一排靜子葉片片 基元級基元級: :以以abab為母線繞壓氣機軸旋轉(zhuǎn)所為母線繞壓氣機軸旋轉(zhuǎn)所切割的壓氣機級稱為基元級切割的壓氣機級稱為基元級 平面葉柵平面葉柵: : 在平面上展開的基元級葉在平面上展開的基元級葉柵柵 平面葉柵平面葉柵: : 動葉葉柵 靜葉葉柵 截面編號 1 動葉進口 2 動葉出口（靜葉進口） 3 靜葉出口2.2.3 壓氣機特性1. 1. 基元級速度三角形基元級速度三角形 決定速度三角形變化的主要參數(shù)：決定速度三角形變化的主要參數(shù)： （1）工作葉輪進口處絕對速度在發(fā)動機軸線方向的分量）

21、工作葉輪進口處絕對速度在發(fā)動機軸線方向的分量c，a （2） 工作葉輪進口處絕對速度在切線方向的分量工作葉輪進口處絕對速度在切線方向的分量c，u （3） 圓周速度圓周速度u，其大小與發(fā)動機轉(zhuǎn)速，其大小與發(fā)動機轉(zhuǎn)速n有關(guān)：有關(guān)： u= Dn/60 u越大，葉片對空氣的加功量越多。越大，葉片對空氣的加功量越多。軸流式壓氣機主要是利用擴散增壓的原理來提高空氣壓力軸流式壓氣機主要是利用擴散增壓的原理來提高空氣壓力動葉加功量動葉加功量 w1w2c1c2 wu cuu1u2c1ac1u(b)uuuwucuL1.1.為什么壓氣機級數(shù)遠大于透平為什么壓氣機級數(shù)遠大于透平( (渦輪）渦輪）？要使每級壓比增大加大氣

22、流折轉(zhuǎn)角加大u葉片彎曲程度加劇葉片背弧處易發(fā)生邊界層分離壓氣機易喘振2.多級軸流壓氣機由于軸流式壓氣機的單級增壓能力是有限的，特由于軸流式壓氣機的單級增壓能力是有限的，特別是亞音速級，每級增壓比只有別是亞音速級，每級增壓比只有1.151.151.31.3，最，最高也不大于高也不大于1.41.4（超音速級可以高一些），所以，（超音速級可以高一些），所以，采用多級式軸流壓氣機，使壓比高達采用多級式軸流壓氣機，使壓比高達17173030?？傇鰤罕瓤傇鰤罕? =各級增壓比乘積各級增壓比乘積3. 壓氣機的通用特性：壓氣機的通用特性： 壓氣機工況變化時，各主要參數(shù)壓氣機工況變化時，各主要參數(shù)(轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、增

23、壓比增壓比、空氣流空氣流量量、壓氣機效率壓氣機效率)之間的變化關(guān)系曲線稱為壓氣機的特性線。各之間的變化關(guān)系曲線稱為壓氣機的特性線。各種工況下的壓氣機特性線組成壓氣機特性圖。種工況下的壓氣機特性線組成壓氣機特性圖。 壓氣機特性壓氣機特性: 壓氣機性能參數(shù)隨工作參數(shù)的變化規(guī)律。壓氣機性能參數(shù)隨工作參數(shù)的變化規(guī)律。引起性能參數(shù)變化的原因外界條件：進氣總溫、進氣總壓外界條件：進氣總溫、進氣總壓工作轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)速壓氣機空氣流量壓氣機空氣流量 實驗設(shè)備 壓氣機試驗臺實驗過程實驗過程 在一定的壓力、溫度下：在一定的壓力、溫度下： 固定轉(zhuǎn)速，改變?nèi)莘e流量 測取進口和出口 氣流總溫、總壓 流量測量管測取流量 壓氣

24、機轉(zhuǎn)軸扭矩),(),()(2*1*111nqfnqfqfVAqvcvcvama整理測取數(shù)據(jù)整理測取數(shù)據(jù) 容積流量 增壓比 效率一定進氣條件的特性一定進氣條件的特性 等轉(zhuǎn)速線 等效率線 穩(wěn)定邊界線通用特性線通用特性線相似理論相似理論相似準則相似準則 幾何相似 運動相似 動力相似1.葉型的幾何參數(shù)葉型的幾何參數(shù) 2.2.4 壓氣機喘振最大相對厚度Cmax及其相對位置e ：葉型中直徑最大的內(nèi)切圓的直徑為Cmax，其圓心到葉型前緣的距離為e2.葉柵的幾何參數(shù)葉柵的幾何參數(shù)2.2.4 壓氣機喘振在工程中，往往應(yīng)用在工程中，往往應(yīng)用葉柵稠度葉柵稠度和幾何進口和幾何進口角角1K和幾何出口角和幾何出口角2K來

25、表示。來表示。 攻攻角角 i落后角落后角 2.2.4 壓氣機喘振 流入角1和流出角2：分別表示流入葉柵的氣流和流出葉柵的氣流與葉柵額線的夾角。攻角i：流入葉柵的氣流方向與葉型中弧線前緣切線之間的夾角。落后角：流出葉柵的氣流方向與葉型中弧線后緣切線之間的夾角。 壓氣機轉(zhuǎn)速一定，如果壓氣機壓氣機轉(zhuǎn)速一定，如果壓氣機出口反壓出口反壓，進入壓氣機的空，進入壓氣機的空氣流量增加，使速度氣流量增加，使速度c上升時，攻上升時，攻角角i下降，反壓下降到一定程度后，下降，反壓下降到一定程度后，可以使攻角為負值。當攻角負值可以使攻角為負值。當攻角負值過大，氣流會從葉盆處分離，葉過大，氣流會從葉盆處分離，葉片通道被

26、分離區(qū)所占，進入壓氣片通道被分離區(qū)所占，進入壓氣機的空氣流量不再增加。機的空氣流量不再增加。如果壓氣機出口反壓如果壓氣機出口反壓，進入壓，進入壓氣機的空氣流量減少，使速度氣機的空氣流量減少，使速度c下下降時，攻角降時，攻角i增大。攻角過大時，增大。攻角過大時，氣流從葉背分離，稱為氣流從葉背分離，稱為。失速。失速可使壓氣機效率明顯下降，甚至?xí)墒箟簹鈾C效率明顯下降，甚至?xí)箟簹鈾C出現(xiàn)不穩(wěn)定工作使壓氣機出現(xiàn)不穩(wěn)定工作(旋轉(zhuǎn)失旋轉(zhuǎn)失速和喘振速和喘振)。 喘振的產(chǎn)生過程流量減少旋轉(zhuǎn)失速流量繼續(xù)減少葉背氣流嚴重失速堵塞壓氣機通道下游的高壓氣體會產(chǎn)生倒流正向壓力梯度消失葉片作用氣流又沿正方向流動流量過小，

27、失速區(qū)又會迅速擴大而產(chǎn)生堵塞下游氣體再度倒流軸向振蕩 喘振反復(fù) 喘振發(fā)生時，出現(xiàn)強烈的不穩(wěn)定工作現(xiàn)象：流過壓喘振發(fā)生時，出現(xiàn)強烈的不穩(wěn)定工作現(xiàn)象：流過壓氣機的氣流沿壓氣機的軸線方向產(chǎn)生低頻高振幅的強氣機的氣流沿壓氣機的軸線方向產(chǎn)生低頻高振幅的強烈振蕩，壓氣機出口平均壓力急劇下降，出口總壓、烈振蕩，壓氣機出口平均壓力急劇下降，出口總壓、流量、流速產(chǎn)生大幅度脈動，并伴隨有強烈放炮聲。流量、流速產(chǎn)生大幅度脈動，并伴隨有強烈放炮聲。這種現(xiàn)象稱為壓氣機喘振這種現(xiàn)象稱為壓氣機喘振 2.2.4 壓氣機喘振1. 1. 根本原因：根本原因： 由于攻角過大，使氣流在葉背處發(fā)生分離（失速）而且這種氣流分由于攻角過大

28、，使氣流在葉背處發(fā)生分離（失速）而且這種氣流分離嚴重擴展至整個離嚴重擴展至整個 葉柵通道（喘振）。軸流式壓氣機某一級出現(xiàn)失速，并葉柵通道（喘振）。軸流式壓氣機某一級出現(xiàn)失速，并不是沿整個環(huán)面同時發(fā)生，而是在部分葉片中某個部位上首先發(fā)生，而且不是沿整個環(huán)面同時發(fā)生，而是在部分葉片中某個部位上首先發(fā)生，而且失速區(qū)不是固定在這些葉片上。失速區(qū)相對于工作輪葉柵向與旋轉(zhuǎn)方向相失速區(qū)不是固定在這些葉片上。失速區(qū)相對于工作輪葉柵向與旋轉(zhuǎn)方向相反的方向移動。反的方向移動。2. 2. 兩種情況下容易發(fā)生喘振：兩種情況下容易發(fā)生喘振： （1 1）在一定轉(zhuǎn)速下工作時，若出口反壓增大，使空氣流量降低到一）在一定轉(zhuǎn)速下

29、工作時，若出口反壓增大，使空氣流量降低到一定程度時，就會出現(xiàn)喘振。定程度時，就會出現(xiàn)喘振。 （2 2）當發(fā)動機偏離設(shè)計工作狀況而降低轉(zhuǎn)速時容易發(fā)生喘振）當發(fā)動機偏離設(shè)計工作狀況而降低轉(zhuǎn)速時容易發(fā)生喘振3. 3. 防喘措施防喘措施 ： （1 1）從多級軸流壓氣機的某一個或數(shù)個中間截面放氣。）從多級軸流壓氣機的某一個或數(shù)個中間截面放氣。 （2 2）第一級采用可調(diào)進口導(dǎo)葉和靜葉，低轉(zhuǎn)速時，它們可）第一級采用可調(diào)進口導(dǎo)葉和靜葉，低轉(zhuǎn)速時，它們可以閉攏以閉攏 提高氣流的軸向提高氣流的軸向 速度，防止失速，以致可以接近最佳運轉(zhuǎn)工況。速度，防止失速，以致可以接近最佳運轉(zhuǎn)工況。（最后幾級用可調(diào)進口導(dǎo)葉和靜葉也

30、可）（最后幾級用可調(diào)進口導(dǎo)葉和靜葉也可） （3 3）采用雙軸或三軸結(jié)構(gòu)）采用雙軸或三軸結(jié)構(gòu) 2.2.5 壓氣機的結(jié)構(gòu)壓氣機的結(jié)構(gòu)壓氣機的結(jié)構(gòu)壓氣機轉(zhuǎn)子組件壓氣機轉(zhuǎn)子組件壓氣機機匣壓氣機機匣壓氣機轉(zhuǎn)子類型壓氣機轉(zhuǎn)子類型鼓式盤式鼓盤式壓氣機氣流通道結(jié)構(gòu)等外徑等中經(jīng)等內(nèi)徑混合式氣氣流流通通道道結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)型型式式（1）等外徑: 等外徑的優(yōu)點是平均直徑逐級增大，即圓周速度逐級增大，故級的平均作功量大于等內(nèi)徑的而使級數(shù)較少，其次是氣缸平直且易于加工。（2）等內(nèi)徑: 等內(nèi)徑的優(yōu)點是末級平均直徑小而使葉片高，有利于壓氣機效率的提高，還易于把通流部分分為幾個級組，每個級組設(shè)計成同一葉型以便加工。氣氣流流通通道道結(jié)

31、結(jié)構(gòu)構(gòu)型型式式（3）等平均直徑（等中徑）：等平均直徑的級數(shù)及效率介于兩者之間。（4）混合型：在大流量、高壓比的壓氣機中，采用組合型的通流形式。壓氣機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式壓氣機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式1、鼓筒式轉(zhuǎn)子、鼓筒式轉(zhuǎn)子 鼓筒式轉(zhuǎn)子由鼓筒及半軸組成，結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，一般為剛性軸。但由于它是靠鼓筒來承受離心力載荷的，因而強度差，鼓筒外徑處的圓周速度不大于150ms左右，故只適用于級壓比低、通流部分是等內(nèi)徑或接近等內(nèi)徑的壓氣機中。壓氣機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式壓氣機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式2、盤式轉(zhuǎn)子、盤式轉(zhuǎn)子 盤式轉(zhuǎn)子上各級輪盤是分開的，安裝時以一定的過盈量紅套套在軸上，靠紅套的預(yù)緊力傳扭。由于輪盤的強度好，可用于圓周速度較高的轉(zhuǎn)子

32、上。但由于主軸細長，故剛性差、臨界轉(zhuǎn)速低，一般只能設(shè)計成柔性軸。目前，美國WH公司的燃氣輪機采用此種轉(zhuǎn)子。壓氣機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式壓氣機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式3 3、盤鼓式轉(zhuǎn)子、盤鼓式轉(zhuǎn)子 盤鼓式轉(zhuǎn)子把各級輪盤在輪緣或接近輪緣處的鼓環(huán)壓緊連接或焊接而形成。在輪緣或接近輪緣處是一轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)子剛性較好；而離心力則靠輪盤來承受，轉(zhuǎn)子強度高。故盤鼓式轉(zhuǎn)子兼有鼓筒式和盤式轉(zhuǎn)子的優(yōu)點而獲得了廣泛的應(yīng)用。壓氣機轉(zhuǎn)子葉片1 1、葉身、葉身 葉身即葉片的型線部分。葉身即葉片的型線部分。特點：葉型較薄折轉(zhuǎn)角較小為符合氣動要求，動葉沿葉高均為符合氣動要求，動葉沿葉高均設(shè)計成扭轉(zhuǎn)葉片。設(shè)計成扭轉(zhuǎn)葉片。為降低葉型根部截面處的應(yīng)力，為降低

33、葉型根部截面處的應(yīng)力，以及使沿葉高的應(yīng)力分布差別縮以及使沿葉高的應(yīng)力分布差別縮小，動葉都設(shè)計成沿葉高逐漸減小，動葉都設(shè)計成沿葉高逐漸減薄的結(jié)構(gòu)。薄的結(jié)構(gòu)。葉片的榫頭及與轉(zhuǎn)子的連接榫頭形式：榫頭形式： 銷釘式銷釘式 燕尾形燕尾形 樅樹形樅樹形在轉(zhuǎn)子上的固定形式：在轉(zhuǎn)子上的固定形式：1 1）周向裝入式）周向裝入式 葉片裝在輪盤的圓周向根槽中，常用于鼓筒式轉(zhuǎn)子和焊接轉(zhuǎn)子?？捎糜赥形葉根及燕尾形葉根等。2 2）徑向插入式）徑向插入式 葉片自徑向插入輪槽，用銷釘將其與輪緣相連接，這時銷釘不僅固定葉片，同時還承受葉片的離心力。3 3）軸向裝入式軸向裝入式 廣泛用于盤式轉(zhuǎn)子中。軸向裝入的葉片需將其軸向定位和

34、鎖緊，以防止葉片在工作時發(fā)生軸向移動和脫落靜子葉片及固定1 1、直接裝配的靜葉、直接裝配的靜葉 這種固定方式的靜葉相當于一個懸臂梁，它的缺點是葉片剛性較差。對長葉片來說問題較大，解決的方法是在靜葉端部加裝內(nèi)環(huán)來加強剛性。靜子葉片及固定 2. 靜葉環(huán)（1）焊接靜葉環(huán) 將靜葉插入兩個加工有葉型孔的靜葉內(nèi)環(huán)和靜葉外環(huán)后焊接而成。焊接靜葉環(huán)焊接靜葉環(huán) 其優(yōu)點是靜葉不需加葉根，而當靜葉為直葉片時可采用軋制成型的工藝，故葉片加工簡單。其內(nèi)、外環(huán)用薄板沖壓而成，加工方便。靜葉為兩端支承，剛性好。靜葉環(huán)裝入氣缸的槽中后，靠兩端的耳環(huán)以螺栓固定在氣缸上，裝拆簡單。 缺點是若有葉片損壞，則需更換整個靜葉半環(huán)。 為

35、便于裝配，半個靜葉環(huán)沿圓周分為數(shù)個扇形段。WH公司的壓氣機即采用此結(jié)構(gòu)。（2 2）裝配式靜葉環(huán)）裝配式靜葉環(huán) 一種可拆裝的靜葉環(huán)，個別葉片損壞后可拆下單獨更換。該結(jié)構(gòu)的主要缺點是整個壓氣機靜子的機加工量大。GE公司的壓氣機就采用該結(jié)構(gòu)。（3 3）用固緊環(huán)固定的靜葉環(huán)）用固緊環(huán)固定的靜葉環(huán) 用可拆卸的固緊環(huán)來固定靜葉環(huán)。其優(yōu)點是氣缸內(nèi)壁無槽道而加工簡化。 可調(diào)靜葉可調(diào)靜葉MS9001E壓氣機軸與渦輪軸連接聯(lián)軸器：聯(lián)軸器： （1 1） 剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器 （2 2） 柔性聯(lián)軸器柔性聯(lián)軸器 剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器 （1 1）套齒式）套齒式 （2 2）短螺栓連接式）短螺栓連接式2. 風扇風扇機匣組件（

36、主單元體）：風扇機匣組件（主單元體）： 風扇機匣風扇機匣 風扇轉(zhuǎn)子風扇轉(zhuǎn)子 低壓壓氣機低壓壓氣機風扇轉(zhuǎn)子（子單元體）：風扇轉(zhuǎn)子（子單元體）： 整流錐整流錐 風扇盤風扇盤 風扇葉片風扇葉片 中距凸肩的作用：中距凸肩的作用： 風扇葉片運轉(zhuǎn)時，凸臺與凸臺之間就會產(chǎn)生摩擦阻風扇葉片運轉(zhuǎn)時，凸臺與凸臺之間就會產(chǎn)生摩擦阻尼尼 以減少葉片的振動以減少葉片的振動vCFM56-5B 風扇連接風扇連接1.風扇靜子機匣1.1.承力機匣框架：承力機匣框架： 鑄焊組合 2.2.出口導(dǎo)向葉片：出口導(dǎo)向葉片： 距離-噪音3.3.包容環(huán)：包容環(huán)： 防止葉片飛出 4.4.吸音襯套：吸音襯套： 聲學(xué)襯套。3. 壓氣機機匣壓氣機機

37、匣：分半式壓氣機機匣：分半式 分段式分段式 整體式整體式壓氣機機匣設(shè)計要求：壓氣機機匣設(shè)計要求： 重量輕重量輕 ， 剛性好剛性好 ，保證葉片葉尖間隙，保證葉片葉尖間隙CDP密封密封2.3 燃燒室2.3.1 2.3.1 燃燒室的基本性能要求燃燒室的基本性能要求（1 1） 點火可靠點火可靠 （2 2）燃燒穩(wěn)定）燃燒穩(wěn)定 （3 3）燃燒效率高）燃燒效率高（4 4）壓力損失?。毫p失小 （5 5）尺寸小）尺寸小 （6 6）燃燒完全）燃燒完全（7 7）出口溫度場分布滿足要求）出口溫度場分布滿足要求 （8 8）排氣污染?。┡艢馕廴拘。? 8）壽命長）壽命長 油氣比：油氣比： f=q f=qm m，f f

38、/q/qm m，a a q qm m，f f ：進入燃燒室燃油流量：進入燃燒室燃油流量 q qm m，a a ：空氣流量：空氣流量余氣系數(shù)： =qm，a/qm，f L0 L0：理論空氣量 富油：1 貧油：1 油氣比和余氣系數(shù)的關(guān)系： f =1/ L0穩(wěn)定燃燒的條件：燃燒時的氣流速度等于火焰的傳播速度。穩(wěn)定燃燒的條件：燃燒時的氣流速度等于火焰的傳播速度。燃燒效率：燃燒效率：1kg燃油燃燒后工質(zhì)實際吸收熱量與燃油燃燒后工質(zhì)實際吸收熱量與1kg燃油燃燃油燃 燒理論上釋放出的熱量之比燒理論上釋放出的熱量之比壓力損失小：總壓恢復(fù)系數(shù)（燃燒室出口處的總壓與燃燒室進壓力損失?。嚎倝夯謴?fù)系數(shù)（燃燒室出口處的總

39、壓與燃燒室進 口處的總壓之比）口處的總壓之比） 燃燒室尺寸?。喝轃釓姸热紵页叽缧。喝轃釓姸?出口溫度場分布滿足要求：如圖出口溫度場分布滿足要求：如圖 排氣污染?。何廴疚锱c轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖排氣污染小：污染物與轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖2.3.2 燃燒室的類型燃燒室的分類：多個單管燃燒室燃燒室的分類：多個單管燃燒室 環(huán)管燃燒室環(huán)管燃燒室 環(huán)形燃燒室環(huán)形燃燒室1. 1. 多個單管燃燒室多個單管燃燒室 渦噴渦噴6 6發(fā)動機燃燒室示意圖發(fā)動機燃燒室示意圖優(yōu)點：設(shè)計簡單，結(jié)構(gòu)強度好，能夠單個拆卸和更換優(yōu)點：設(shè)計簡單，結(jié)構(gòu)強度好，能夠單個拆卸和更換缺點：空間利用率低，重量重，氣動損失高。室與室之間點火困缺點：空間利用率低，

40、重量重，氣動損失高。室與室之間點火困難難2. 環(huán)管燃燒室優(yōu)點：尺寸優(yōu)點：尺寸較小，重量較小，重量較輕，不需較輕，不需要復(fù)雜空氣要復(fù)雜空氣供應(yīng)管路，供應(yīng)管路，結(jié)構(gòu)強度好。結(jié)構(gòu)強度好。缺點：氣動缺點：氣動損失相當高，損失相當高，室與室之間室與室之間點火困難點火困難3. 環(huán)形燃燒室優(yōu)點：節(jié)省重優(yōu)點：節(jié)省重量和成本，消量和成本，消除了室與室之除了室與室之間燃燒傳播問間燃燒傳播問題，燃燒效率題，燃燒效率提高，減少對提高，減少對空氣的污染。空氣的污染。缺點：制造成缺點：制造成本高，拆卸困本高，拆卸困難，耗費時間。難，耗費時間。 環(huán)形燃燒室火焰筒立體圖環(huán)形燃燒室火焰筒立體圖雙環(huán)雙環(huán)形燃形燃燒室：燒室：減少減

41、少燃燒燃燒排放排放污染污染物物2.3.3 燃燒過程一、燃燒室的氣流流型一、燃燒室的氣流流型在燃燒室內(nèi)建立適當?shù)臍饬髁餍褪墙M織燃燒的基礎(chǔ)。在燃燒室內(nèi)建立適當?shù)臍饬髁餍褪墙M織燃燒的基礎(chǔ)。燃燒室的氣流流型應(yīng)滿足：燃燒室的氣流流型應(yīng)滿足：能促進燃油與空氣混合，形成所需要的濃度場；能促進燃油與空氣混合，形成所需要的濃度場；產(chǎn)生回流區(qū)，確?？煽奎c火，火焰穩(wěn)定及燃燒完全；產(chǎn)生回流區(qū)，確?？煽奎c火，火焰穩(wěn)定及燃燒完全；在壁面形成保護氣膜，使壁溫在允許的范圍內(nèi)；在壁面形成保護氣膜，使壁溫在允許的范圍內(nèi)；通過摻混、降溫形成所要求的出口流場和溫度場。通過摻混、降溫形成所要求的出口流場和溫度場。 葉片式旋流器：葉片式

42、旋流器：在裝有旋流器的燃燒室中，少量空氣形成了氣體的回流。在裝有旋流器的燃燒室中，少量空氣形成了氣體的回流。 氣流的軸向速度分布：氣流的軸向速度分布：形成順流區(qū)、逆流區(qū)、過渡區(qū)。形成順流區(qū)、逆流區(qū)、過渡區(qū)。 過渡區(qū)位于虛線所示的軸向速度線附近，可形成氣流速度等于火焰?zhèn)鞑ニ俣冗^渡區(qū)位于虛線所示的軸向速度線附近，可形成氣流速度等于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臈l件，既滿足火焰穩(wěn)定的條件。在過渡區(qū)，速度梯度大，紊流強度大（可的條件，既滿足火焰穩(wěn)定的條件。在過渡區(qū)，速度梯度大，紊流強度大（可達達50%50%以上），因此發(fā)生著強烈的穩(wěn)流質(zhì)量交換的過程，提供了不斷流向火以上），因此發(fā)生著強烈的穩(wěn)流質(zhì)量交換的過程，提供了不

43、斷流向火焰筒前端的高溫燃氣，這促使燃料迅速蒸發(fā)，并保證新鮮混氣被不斷點燃。焰筒前端的高溫燃氣，這促使燃料迅速蒸發(fā)，并保證新鮮混氣被不斷點燃。 主燃孔：主燃孔：將空氣導(dǎo)入火焰筒前部參加燃燒過程。由于空氣的進入流速較高，因?qū)⒖諝鈱?dǎo)入火焰筒前部參加燃燒過程。由于空氣的進入流速較高，因此在每一主燃孔處均形成一氣柱狀射流。他阻止著旋流器下游氣流的旋轉(zhuǎn)，此在每一主燃孔處均形成一氣柱狀射流。他阻止著旋流器下游氣流的旋轉(zhuǎn)，使回流區(qū)截止在主燃孔所在的截面附近。使回流區(qū)截止在主燃孔所在的截面附近。 氣膜孔：氣膜孔：形成保護氣膜，使壁溫在容許的范圍內(nèi)。形成保護氣膜，使壁溫在容許的范圍內(nèi)。補燃孔及摻混孔：補燃孔及摻混

44、孔：以柱狀射流的形式進入火焰筒，經(jīng)過摻混、降溫形成所要求以柱狀射流的形式進入火焰筒，經(jīng)過摻混、降溫形成所要求的出口溫度場。的出口溫度場。二、燃燒室中的燃料分布二、燃燒室中的燃料分布 燃料噴出后，形成一錐形空心油膜，他迅速擴大變薄而破裂成細小的燃料噴出后，形成一錐形空心油膜，他迅速擴大變薄而破裂成細小的油珠群，同時穿出回流區(qū)進入紊流度很大的過渡區(qū)，其中大油珠可以穿到順油珠群，同時穿出回流區(qū)進入紊流度很大的過渡區(qū)，其中大油珠可以穿到順流區(qū)，而最小的油珠則可能被回流區(qū)的氣流帶走，隨之漂流。在強烈的紊流流區(qū)，而最小的油珠則可能被回流區(qū)的氣流帶走，隨之漂流。在強烈的紊流換熱和換質(zhì)的條件下，油珠不斷蒸發(fā)并

45、與不斷進入火焰筒頭部的新鮮空氣強換熱和換質(zhì)的條件下，油珠不斷蒸發(fā)并與不斷進入火焰筒頭部的新鮮空氣強烈混合，形成適宜于燃燒的新鮮混氣。烈混合，形成適宜于燃燒的新鮮混氣。 根據(jù)對冷吹風時燃料濃度分布的測量結(jié)果知道，燃料在火焰截面上呈根據(jù)對冷吹風時燃料濃度分布的測量結(jié)果知道，燃料在火焰截面上呈非均勻分布，其中大部分集中在油霧錐面附近，在離開油霧錐面的地方，燃非均勻分布，其中大部分集中在油霧錐面附近，在離開油霧錐面的地方，燃料濃度迅速減小。余氣系數(shù)的分布則與此相反，隨著遠離噴嘴，截面上燃料料濃度迅速減小。余氣系數(shù)的分布則與此相反，隨著遠離噴嘴，截面上燃料局部濃度和余氣系數(shù)逐漸均勻。局部濃度和余氣系數(shù)逐漸均勻。 燃燒室中的燃料分布的不均勻性，正是組織燃燒所需要的。因為在燃燃燒室中的燃料分布的不均勻性，正是組織燃燒所需要的。因為在燃燒室各截面上，由于染料濃度和余氣系數(shù)都在變化，因此在各種工況中一般燒室各截面上，由于染料濃度和余氣系數(shù)都在變化，因此在各種工況中一般都自然存在著符合火焰穩(wěn)定所需要的混氣濃度的地方，從而是火焰穩(wěn)定區(qū)域都自然存在著符合火焰穩(wěn)定所需要的混氣濃度的地方，從而是火焰穩(wěn)定區(qū)域很寬。很寬。三、燃燒室中的燃燒過程三、燃燒室中的燃燒