离心式压气机.ppt

第四章 压气机 主要内容 第4.1节 离心式压气机 第4.2节 轴流式压气机 4.2.1 轴流式压气机的组成 4.2.2 基元级的工作原理 4.2.3 轴流式压气机的叶栅特性 4.2.4 轴流式压气机级的工作原理 4.2.5 多级轴流式压气机 4.2.6 轴流式压气机的参数 4.2.7 压气机的流量特性 4.2.8 压气机的喘振 压气机主要功用 对流过它的空气进行压缩, 提高空气的压力, 为燃气膨胀作功创造条件, 以改善发动机的经济性, 增大发动机的推力 提高空气压力的方法 利用高速旋转的叶片对空气作功, 将功转变为压力位能和内能 压气机分类 分为离心式压气机和轴流式压气机 第4.1节 离心式压气机 离心式压气机的特点及应用 与轴流压气机相比具有迎风面积尺寸大、效率低的特点 不宜用于高速飞行的大推力发动机上 具有特性平缓、结构简单、工艺性好等优点 在早期中小推力发动机以及近期小型发动机上得到了应用 早期离心式压气机单级增压比为3.0-4.5，效率为0.75-0.78 60年代借助于数值流场计算技术使增压比达到6-8 组合压气机（前面加上1-2级超跨音速轴流压气机），应用于性能良好的小型风扇发动机 第4.1节 离心式压气机 定义： 空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的方向流动 离心式压气机的组成 由进气装置, 工作叶轮, 扩压器, 集气管等部分组成 叶轮和扩压器是其中两个主要部件 4.1.1 离心式压气机的组成 进气装置 安装在叶轮的进口处，其通道是收敛形的 功用 使气流拐弯并以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失 此过程中气流加速，防止出现拐弯分离流 气流参数变化 空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降 4.1.1 离心式压气机的组成 工作叶轮 高速旋转的部件 工作叶轮上叶片间的通道是扩张形的 空气在流过它时, 对空气作功, 加速空气的流速, 同时提高空气的压力 从结构上叶轮分单面叶轮和双面叶轮两种 两面进气,这样可以增大进气量 对于平衡作用在轴承上的轴向力也有好处 4.1.1 离心式压气机的组成 4.1.1 离心式压气机的组成 扩压器 位于叶轮的出口处 其通道是扩张形的 空气在流过它时, 速度下降, 压力和温度都上升 集气管 使气流变为轴向, 将空气引入燃烧室 4.1.1 离心式压气机的组成 离心式压气机的主要优点 单级增压比高 一级的增压比可达4:1－5:1, 甚至更高 同时离心式压气机稳定的工作范围宽 结构简单可靠 重量轻, 所需要的起动功率小 4.1.1 离心式压气机的组成 主要缺点 但它的流动损失大, 尤其是级间损失更大, 不适于用多级, 最多两级 效率较低, 一般离心式压气机的效率最高只有83％－85％, 甚至不到80％ 单位面积的流通能力低, 故迎风面积大, 阻力大 4.1.2 空气在离心式压气机中的流动 空气在导流器中的流动 单面进气的离心式压气机叶轮的进口直接与进气道的出口相接 双面进气离心式压气机的进气装置一般由预旋片和分气盆构成 预旋片的作用在于造成工作轮进口有一定规律的气流切向速度分布 分气盆的作用则在于将经过预旋片的空气分为数层,以便将空气较均匀地充满工作轮叶片的进口 进气装置中的流道做成略有收敛,使空气经过它后,速度略有增大，以减少流动损失 空气在工作叶轮中的流动 工作叶轮的直径符号标注如图4-6(a)所示。如果用某直径D的圆柱面去截取工作叶轮,并展为平面,即得如图4-6(b)所示的图形。 进口截面上速度三角形分析 导风轮相关概念 对于直式导风轮，工作轮叶片的前缘与轮缘速度相垂直,则空气微团势必和叶片相撞击因而引起过大的损失或工作不稳定。 叶片的前缘要有扭转角,它的数值一般比相对速度的进口角大2o∽4o,也就是攻角 由于沿半径增大而减小,因此叶片前缘的扭转角也应沿半径增大而减小 为了便于制造和更换,常把前缘扭转部分的叶片与叶轮分开,前者叫导风轮,后者仍叫叶轮 空气在工作叶轮中的流动 气流经过导风轮,相对速度从进口w1的转为轴向,进入叶轮后沿径向向外流动,并有一定的扩压作用 进入叶轮之后气流由轴向转为径向,向外流动,以相对速度w2离开叶轮 假设此过程为定熵过程则 气体经过工作叶轮的扩压 离心式压气机静压增加主要在工作叶轮中实现，增压比为2.5-3.0 工作叶轮中气体增压有两方面因素 相对速度的变化 圆周速度的变化（占据主导地位） 气流离开叶轮时的方向 出口的相对速度不是沿着叶片的径向流动,而是沿叶轮旋转的方向落后一个角度δ 由于惯性作用,通道中的空气沿着与叶轮旋转相反的方向旋转 落后角δ的存在,使得工作叶轮出口的绝对速度的切向分速V2u小于出口的轮缘速度u2 本页面不作要求 “功率系数”或称“滑动因子” 根据实验表明,随叶片数目增加