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第二章压气机,压气机的特点及应用；轴流式压气机级、基元级的工作原理；轴流式压气机中的能量损失；多级压气机；压气机变工况工作特性；压气机喘振及防止方法。,一、单级压气机的特性曲线（压气机级）压比曲线当转速nc一定时，压比曲线可分为左、右两侧支。在特性线上某点o处的压比最高。,效率曲线在转速nc一定时，有一个流量使效率最高，此时流阻最小。当流量Gc增加或减少时，都使流阻增大，效率下降。,压气机只能在喘振边界线的右侧工作。,等效率线,压气机变工况工作特性,二、多级压气机的特性曲线,（轴流式）主要区别多级压气机的压比曲线，一般不存在左侧支，喘振在右侧支上出现。（喘振点的压比为该转速的最高压比）②在相同转速下，多级压气机的压比、效率的变化比单级的更剧烈，即特性曲线变得更陡峭。（在转速不变时，正常工作范围较小）③压气机的转速愈高，多级压气机的特性曲线显得愈陡峭。,三、压气机的通用特性曲线,折合流量折合转速,压比,效率,本次课主讲,压气机喘振及其防止方法燃气涡轮概述,2-6压气机喘振及防止方法,一、压气机喘振1、喘振现象气流呈现不稳定现象，气流参数出现大幅度波动，压力时高时低、流量时大时小，甚至会出现倒流，机器伴随强烈的机械振动，同时发出特有的噪声。俗称“气喘”,压气机绝对不允许出现喘振工况。,2、喘振产生的原因,设计工况压气机通流部分和叶片形状，均与设计工况的气流参数相适应工作稳定，不会出现喘振。非设计工况压气机结构形式不再改变，但气流参数发生变化，二者不相适应工作性能变化（产生不稳定工况）,,,u,动叶,讨论一个压气机级（转速不变、流量发生变化时的变工况）,a）设计流量11c1c叶片进气角；1气流进气角。冲角i1c-10,,,,,w1,w2,c1x,,,,wu,1,1c,,2,,u,动叶,,b）大流量11c出现负冲角ii1；这样一级一级地积累，在最后一级z，气流轴向分速cx最小，正冲角iZ达到最大值，偏离设计值最远。故转速不变时，当流量减少到一定程度时，在末级首先发生气体脱离和喘振。若继续减小流量，则喘振会从后面一直向前面级传递，同时喘振强度也越来越大，形成强烈振动，伴有气喘声。,（2）启动过程,转速nc从0逐步上升到工作转速。当转速小于工作转速时，各级压比均小于设计值。此时第二级的轴向分速相对于第一级要大些，即第一级中气流轴向分速最小、正冲角最大。启动过程中往往是第一级首先发生喘振。,,,二、防止喘振的方法,恒速运行时，通过限制运行工况来防喘。压气机启动过程中的防喘方法主要讨论1、放气装置从压气机通流部分的一个或几个截面上引出空气，放到大气中或重新引回压气机进口。A、当压气机达到喘振状态时，迅速打开放气系统。B、在压气机的启动过程中，放气系统一直打开，直到转速上升到消除喘振出现的危险时关闭。,,放气防喘的原理压气机转速降低时，,压气机前几级的流量将低于设计值，并出现大的正冲角，易发生气体脱流导致喘振；后几级的流量将可能大于设计值，并出现大的负冲角，易发生堵塞。放气系统打开后，放气口截面前的各级流量将相对增加（不致引起喘振）；而放气口截面后的各级流量将相对减小（不致引起堵塞）。放气系统可以调节气流的冲角变化趋势，使冲角都变化到接近各自的设计值，可消除前几级喘振和后几级堵塞的危险。,对于首先第一级出现喘振的压气机比较有效。应用运输用的燃气轮机（航空、舰船、机车）,放气防喘的特点,优点结构简单，压比低于10时效果好。缺点（1）将有1025的压缩气体被排放掉，不经济。（2）为保持同一转速，放气时必须加大燃油量，则涡轮前的气体温度升高约100K以上，需密切注意。,2、旋转导片,改变叶片的安装角，以改变压气机气流入口的冲角通常只旋转一列或两列静叶，大多数将进口导流器做成可旋转的优点可降低压气机耗功，便于启动。缺点结构和操作系统都比较复杂，重量增加。,,3、分轴压气机,在非设计工况时，压气机前几级和后几级偏离设计点的程度，随压气机的设计压比的增高而变得严重。当压比小于45时，一般不会出现喘振；当压比提高到6以上时，必须采取放气或同时采用放气和旋转导叶的方法来防喘；当压比在1012以上时，则采取分轴的方法来防喘。分轴就是将压气机分成两个转子，甚至三个转子，分别由相应的涡轮带动。,分轴压气机的特点,优点转子可在非设计工况下自动调整转速，使进出口的流量都接近设计值，减少冲角的变化，消除前几级喘振和后几级堵塞的危险。缺点需要套轴、结构较复杂。,,,,第三章燃气涡轮,概述（功能、分类、基本结构等）；轴流式燃气涡轮的工作原理；轮周功、轮周效率、速度比；多级涡轮；涡轮特性；燃气涡轮的冷却。,3-0概述,燃气涡轮又称燃气透平、透平膨胀机，是燃气轮机装置中向外输出机械功的部件。一、功能将高温高压燃气中的热能转换为机械功其中，约2/33/5的机械功用以带动压气机，其余的机械功则作为燃气轮机的输出功率用以带动负荷。,二、分类、特点及应用,主要介绍轴流式涡轮。,轴流式涡轮,径流式涡轮（又称向心式）,结构轻巧，但流量小，效率较低。,小型燃机装置,流量大、功率大、效率高但相对笨重,大量应用,三、与蒸汽轮机的比较,空气压缩比水蒸气困难得多,相同点,工作原理及结构形式是完全一样,不同点,工质进口压力级数,蒸汽轮机,水蒸气,较高（已高达24MPa以上）,多（几十级）,燃气轮机,燃气,较低（约0.53.0MPa）,很少（15级）,四、基本构造简介,涡轮主要是由一些静止的静叶片和旋转的动叶组成的。装有动叶的工作叶轮，通过转动轴与压气机轴、外界负荷相连接。,教材P104-107,箭头表明冷却空气的分配和流向,1、涡轮的静叶,又称喷嘴，其作用使高温的燃气在静叶中膨胀加速，把燃气的热能转化为动能，然后推动转子旋转做功。具有单片静叶、静叶组和静叶环。通常把静叶直接固定在气缸上。在静叶后安装一圈护环来形成动叶顶部的流道护环与汽缸壁之间有较大的空隙，这样气缸与高温燃气完全隔绝，并通以冷却空气来降低气缸温度。,,,静叶,动叶,2、涡轮的动叶,把高温燃气的能量转变为转子机械功的关键零件之一。工作条件恶劣，是决定机组寿命的主要零件之一。①被高温燃气包围；②承受巨大离心力；③承受气流动力；④振动；⑤腐蚀和侵蚀,3、多级涡轮的通流部分,在膨胀过程中，气体压力降低、密度不断减小，则气体容积逐级增大；涡轮的通流部分应逐级扩张，即沿气流流动的轴向方向上，叶片的高度是不断增加的。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3-1轴流式燃气涡轮的工作原理,一、涡轮级的概念一列静叶栅（或称喷嘴环）和其后面的一列动叶栅共同构成的轴流式涡轮的一个级。单级涡轮整台涡轮只有一个“级”多级涡轮整台涡轮包含有几个“级”一般轴流式燃气涡轮采用多级。,,三个特征截面0-0喷嘴进口；1-1喷嘴出口；2-2工作叶轮的出口。,二、工作原理,涡轮中的能量转换过程主要在动叶栅中依靠气流的转向来实现。,亚音速气流,涡轮级中燃气参数的变化,喷嘴叶轮,,,