电厂燃气轮机概论教学课件作者付忠广03压气机课件幻灯片
99页1、电厂燃气轮机概论,第3章 压气机,1,北京市高等教育精品教材立项项目,第3章 压气机,2,轴流式压气机的工作原理 压气机的特性曲线 压气机的喘振及防喘措施,21:34:09,3,21:34:09,4,21:34:09,5,基元级速度三角形 叶片与气体间的力与功 机械能增加与反动度 压气机的增压比和效率 压气机内部流动特征,一、轴流式压气机的工作原理,21:34:09,6,1、基元级速度三角形,高增压比的轴流压气机通常 由多级组成,其中每一级在一般 情况下都是由一排动叶和一排静 叶构成,并且每级的工作原理大 致相同,可以通过研究压气机的 一级来了解其工作原理。,基元级的概念,21:34:09,7,为研究方便,可将圆柱面上的环形基元级展开成为平面上的基元级。,C = w + u,基元级的速度三角形,21:34:09,8,简化速度三角形,21:34:09,9,称为扭速, 在气流沿圆柱面流动的情 况下, ,可得到,21:34:09,10,2、叶片与气体间的力与功,21:34:09,11,叶片在轴向方向对气体的作用力为,叶片在切向方向对气体的作用力为,叶片作用在气体上的力,与气体作用在叶片上的力
2、大小相等,方向相反,叶片与气体间的力,21:34:09,12,叶片与气体间的功,推导一(动量方程):,(单位质量),21:34:09,13,推导二(动量矩方程):,(单位质量),叶片对流体的合力矩=流体单位时间动量矩变化,离心式叶片机,21:34:09,14,涡轮机械的基本方程式,21:34:09,15,单位重力的流体所获得的能量为,压气机,21:34:09,16,轴流式压气机:流量大和效率高,在大中型燃气轮机中获得广泛的应用。,离心式压气机:空气流量小,效率高于轴流式的,简化了机组的结构,主要用在小功率燃气轮机中。,3、机械能增加与反动度,动叶栅加给气流的机械功的大小取决于圆周速度u和气流的扭速cu。要提高压气机的增压能力,就需要提高基元级的机械外功lc,即增大u和cu。,21:34:09,17,亚声速压气机增能原理,21:34:09,18,超音速和跨音速 基元级速度三角形,超声速压气机增能原理,无论是超声速还是亚声速基元级,动叶对气体的加功都是通过改变气流绝对速度的周向分量,只是超声速基元级和亚声速基元级在加功和增压的方式上有一些差别。,21:34:09,19,机械能增加,基元级中
3、动叶的作用:1.加功,2.增压。,21:34:09,20,静叶将气流的方向重新偏转到接近轴向方向,为 下一级的动叶提供合适的进气方向。静叶的气流通道 沿流向是扩张的,亚声速气流在扩张的静叶流道中进 一步减速和增压。 基元级中静叶的作用:1.导向,2.增压。,21:34:09,21,气体流经压气机级的参数变化,21:34:09,22,反力度,气流流过压气机基元级时,动叶和静叶都对气流有增 压作用,当基元级总的静压升高确定后,就存在静压升高 在动叶和静叶之间的分配比例问题。 基元级的静压升高在动叶和静叶之间的分配情况,对 于基元级对气体的加功量和基元级的效率有较大的影响。 为了表示出这一比例关系,通常采用反动度的概念,它是基元级的基本参数之一。,21:34:09,23,反力度定义,通常,可以认为基元级出口绝对速度 的大小和方向 都十分接近于基元级进口的绝对速度 ,即 。,反力度的物理意义:动叶中的静压升高占整个基元级 静压升高的百分比。,21:34:09,24,如果反力度过低,则气体通过动叶后静压升高不多,表明动叶加给气体的机械能主要是动能,这样动叶出口的 速度就会很大,而且方向也很斜。这
4、样会加大静叶的设计难度,因此,需要尽量避免反力度过低的现象发生。 反动度过高,则静叶减速增加的作用没有得到充分的发挥,转子负担过重。,21:34:09,25,4、轴流压气机的增压比和效率,压气机的增压比定义,21:34:09,26,压气机的总增压比发展历程,21:34:09,27,压气机的绝热效率定义,轴流压气机:0.850.90 离心压气机:0.750.85,21:34:09,28,用热焓形式能量方程、绝热条件、等熵过程的气动关 系式 和,21:34:09,29,5、压气机内部流动特征,21:34:09,30,小叶片大文章,21:34:09,31,流动分离:粘性+逆压梯度,叶栅流动,21:34:09,32,叶型 攻角,21:34:09,33,平面叶栅攻角特性,不同攻角下的叶片表面气流分离,21:34:09,34,21:34:09,35,(1) 串列叶栅理论,第二排叶片的附面层重新生成; 第二排叶片的来流攻角变化不大; 第一排叶片负荷轻,第二排叶片可以负荷重一些; 串列叶栅在气流偏转角度比较大时,流动稳定性好,抗分离能力强。,特殊叶栅理论,21:34:09,36,(2) 轴流压气机大小
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