叶轮机械原理第三章课件.ppt
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1、第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理第四节第四节 基元级的速度三角形分析基元级的速度三角形分析 多级轴流压气机是由多个单级压气机串联组成,而多级轴流压气机是由多个单级压气机串联组成,而其中每一个单级压气机又是由很多个基元级沿叶高其中每一个单级压气机又是由很多个基元级沿叶高叠加而成。叠加而成。压气机是通过无数个基元级实现对气体的加功和增压气机是通过无数个基元级实现对气体的加功和增压,基元级构成了轴流压气机的基础。压,基元级构成了轴流压气机的基础。第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理设计压气机从设计压气机的基
2、元级开始,而设计基元设计压气机从设计压气机的基元级开始,而设计基元级又是从确定基元级的气动参数开始。级又是从确定基元级的气动参数开始。速度三角形中的主要参数对压气机基元级的加功、增速度三角形中的主要参数对压气机基元级的加功、增压和低流阻损失等性能有着重要的影响。压和低流阻损失等性能有着重要的影响。第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理 速度三角形中的速度三角形中的 、和和 的选取规律的选取规律以及它们对基元级性能的影响。以及它们对基元级性能的影响。(一一)扭速扭速 的选取的选取 ,增大扭速可以增大基元级的加功量增大扭速可以增大基元级的加功量。亚亚声速基元级声速基元级 增加导致:
3、增加导致:1.增大;增大;2.W2减小,逆压梯度增大;减小,逆压梯度增大;3.流动分离,动叶加功能力、效率流动分离,动叶加功能力、效率4.和流量下降。和流量下降。第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理叶背流动分离叶背流动分离 第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理超、跨声速基元级,扭速超、跨声速基元级,扭速 是靠强烈的激波系获得。是靠强烈的激波系获得。如果激波强度过大,激波本身如果激波强度过大,激波本身的总压损失和激波附面层的总压损失和激波附面层干涉损失严重,使得动叶的效干涉损失严重,使得动叶的效率急剧下降。率急剧下降。第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气
4、机的工作原理为为了了保保证证动动叶叶的的效效率率,无无论论亚亚声声速速还还是是超超、跨跨声声速速基基元级,都不能任意增大扭速元级,都不能任意增大扭速 。增大扭速增大扭速 还会使动叶出口速度还会使动叶出口速度 增大,并且增大,并且 的方向很斜,增加了基元级静叶的设计难度。的方向很斜,增加了基元级静叶的设计难度。第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理静叶进口气流速度大、方向斜带来的问题:静叶进口气流速度大、方向斜带来的问题:气流在静叶中偏转角度大,减速、扩压大,易分离;气流在静叶中偏转角度大,减速、扩压大,易分离;出现超声速流动区域和激波,激波损失;出现超声速流动区域和激波,激波损
5、失;流量易堵塞。流量易堵塞。,提高动叶圆周速度提高动叶圆周速度u u,可以增大可以增大动叶对气体的加功量动叶对气体的加功量;在相同的在相同的 条件下,提高条件下,提高u u,会增大会增大w w1 1,即增大即增大M Mw1w1。现圆周速度现圆周速度u u可达可达500500米米/秒左右,秒左右,M Mw1w1在在1.61.61.8 1.8;叶片材料的强度是限制叶片材料的强度是限制u u提高提高 的因素之一。的因素之一。第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理(二二)动叶圆周速度动叶圆周速度u u的选取的选取第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理(三)动叶进口轴向速
6、度(三)动叶进口轴向速度c c1a1a的选取的选取 c c1a1a影响压气机的迎风面积;影响压气机的迎风面积;过大的过大的c c1a1a易导致流动堵塞易导致流动堵塞和流动损失增大和流动损失增大 ,尤其是,尤其是在动叶的根部区域(叶片密、在动叶的根部区域(叶片密、叶片厚);叶片厚);Ma Ma超过超过0.750.75后,后,q(Ma)q(Ma)增增大不明显;大不明显;第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理(三)动叶进口轴向速度(三)动叶进口轴向速度c c1a1a的选取的选取 美国民用发动机风扇美国民用发动机风扇/压气机的压气机的 的选取值不超过的选取值不超过0.500.500.5
7、50.55,军用发动机风扇,军用发动机风扇/压气机的压气机的 的选取值的选取值不超过不超过0.600.600.650.65。第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理(四)动叶进口预旋速度(四)动叶进口预旋速度 的选取的选取 对气体在基元级中的流动和基元级的反力度有较大的对气体在基元级中的流动和基元级的反力度有较大的影响,在设计时可根据需要灵活选取预旋速度影响,在设计时可根据需要灵活选取预旋速度 。(1 1)正预旋)正预旋c c1u1u(的方向与的方向与 的方向相同)的方向相同)采用正预旋可有效降低动叶采用正预旋可有效降低动叶进口的相对进口的相对 。第三章第三章 轴流压气机的工作原
8、理轴流压气机的工作原理(2)反预旋反预旋c c1u1u(c c1u1u的方向与的方向与u u的方向相反)的方向相反)在压气机设计时,通常安排动叶的加功量沿叶高在压气机设计时,通常安排动叶的加功量沿叶高分布基本相等,即分布基本相等,即L Lu u=u=u叶尖叶尖w wu u叶尖叶尖u u叶根叶根w wu u叶根叶根 ,w wu u大,造成:大,造成:基元级的反力度低;基元级的反力度低;静叶进口的静叶进口的c c2 2大,且斜;大,且斜;基元级静叶设计难度大。基元级静叶设计难度大。第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理采用反预旋,可以:采用反预旋,可以:提高基元级的反力度;提高基元
9、级的反力度;减小静叶进口减小静叶进口c c2 2,改善进改善进 气方向;气方向;降低静叶设计难度。降低静叶设计难度。由于动叶根部的圆周速度由于动叶根部的圆周速度u u小,采用适当的反预旋,小,采用适当的反预旋,一般不会出现因动叶进口相对一般不会出现因动叶进口相对M Mw1w1过大而带来的动叶效过大而带来的动叶效率急剧下降的问题率急剧下降的问题。第三章第三章 轴流压气机的工作原理轴流压气机的工作原理第五节第五节 压气机平面叶栅流动压气机平面叶栅流动 动动叶叶和和静静叶叶的的叶叶栅栅通通道道以以及及气气流流相相对对于于动动叶叶和和静静叶叶的的流流动动都都有着共同的特点:有着共同的特点:气气流流在在
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