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帖子主题:风机和压缩机--第十章 轴流式压气机 |
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第十章 轴流式压气机 现代航空用燃气轮机中多用多级轴流式压气机。主要由于其效率高(>87%),通风面积小,也可用于大流量工况下运行。其主要结构如图1所示,由导向器,轮盘,工作叶片,转子轴,整流叶片和机壳组成。对于多级轴流压气机,每个级中的流动类似,工作原理相同,所以可以针对一个级进行研究。在每个级中,可以认为外径和内径沿轴向变化很小,可以认为气流是沿圆柱表面上的环形叶栅的流动。环形叶栅展开后,可以看成是平面叶栅。每组圆柱面上的环形叶栅可以认为是一组压气机的基元级。从轮毂至轮缘无数多个基元级组成一个工作机,即压气机的一级叶轮和整流器。 第一节基元级速度三角形 进口导向器
工作轮
整流器
图10-1 轴流式压气机
图10-2 基元级速度三角形 一般多级轴流压气机第一级装有导向器,导向器改变气流进入叶轮的流动方向,产生正预旋式和反预旋式两种。因而使气流角 由于气流流经压气机后,压力和密度逐渐增加,由连续方程可知,当叶片高度不变时,轴向分速度降低。如果轴向分速度不变,叶片高度就要减少。实际设计中,叶片高度和轴向分速度都要有所变化。图10-2中,流过工作轮的气流速度的轴向分量 由速度三角形可以得到如下关系:
以及
当 第二节 级中的气体压缩过程
图10-3基元级的焓熵图
图10-3为基元级的焓熵图,1-2I, 2—3I’分别表示工作轮与整流器中的等熵压缩过程,而基元级中气体的等熵压缩过程线为1-3I,工作轮中的等熵压缩功 考虑进口速度 在整流器中的等熵功 以及 整个基元级的等熵压缩功
由于出口绝对速度C3与C1差别很小,可以认为lad* ≈lad 。 同时 实际气体压缩过程为伴随流动损失的多变过程;用多变压缩功
以及:
对于多变过程: 令 用离心式压气机一样可以得到伯努利方程式:
利用动坐标系,也可以导出相对流动的伯努利方程,由于
整流器中的伯努利方程为:
式中
式中 对于基元级可以认为
压气机的工作级可以看成是无限多的基元级组成的,那么级上的等熵压缩功 式中 压气机所消耗的功率是Nc: 式中m为压气机中的质量流量。 轴流压气机叶轮的反作用度 即: 当从 增加正预旋气使
第三节 轴流压气机气动参数沿径向变化 轴流压气机的工作级由不同的基元级组成,为此需要研究不同半径的基元级气动参数的变化规律。下面采用径向平衡方程进行研究,径向平衡方程的基本假设为: 1, 只研究级间的轴向间隙的流动,即叶轮和整流器叶栅之间的流动; 2, 气体的径向分速度为零; 3, 同一轴向间隙,同一半径处,气流参数相同,即轴对称的假设; 4, 流动为常数; 5, 忽略粘性和重力; 在上述假设下,作用在轴向间隙流体微团上的作用力如图4所示为:
由于径向分速度为零,径向力平衡方程为: 得到 上式表明由于 式中下标 由于 由于令 就得到在等功,等熵条件下的径向平衡方程: 上式表明只要一个分速度沿径向的变化规律确定以后,另一个分速度的变化规律就可以由(10-12)式决定。常用的变化规律有等环量的分布规律,等反作用度分布规律与通用规律等。下面利用等环量分布规律,说明应用径向平衡方程式(10-12)确定叶片的扭转规律。 如果选用 得到 由于 同样可以得出 沿着叶高方向随r的加大, 上述等环量的设计方法多用于后面短叶片级的设计。因为在长叶片级中,叶根处
第四节 轴流压气机的叶型和叶栅 - 平面叶栅的主要参数 图5所示为平面叶栅的主要几何参数。
(10-这里有图)
其中叶型的几何参数为: 1, 中弧线:叶型内切圆中心的连线,又称中线; 2, 弦长b,前后缘与点AB之间距离。 3, 最大拱度 4, 最大厚度 5, 叶栅前缘角 6, 叶型弯折角 7, 叶型的正面和背面坐标; 叶栅的主要几何参数: 1, 叶栅的额线11,或22; 2, 叶栅的安装角; 3, 栅距 4, 叶栅稠度 5, 叶型进出口的叶片角 叶栅的气动参数: 1, 叶栅进出口气流角 2, 进口冲角 3, 出口落后角 4, 气流转折角 5, 损失系数 6,进出口马赫数
二,压气机叶栅的特征 在一定进气条件下,由风洞试验得到叶栅几何参数和气动参数之间关系,常用下面曲线表示。 1,冲角特征:图10-6所示 2,平面叶栅的额定特征 在设计平面叶栅时,往往取 由实验的大量数据表明 3,滞止角 在常用的叶栅几何参数及气流冲角范围内 式中 由此得出造型重要公式: 4,马赫数的影响 当气流速度较低时,例如在进口断面上的马赫数 叶栅中某一点达到音速时的马赫数为临界马赫数
第五节压气机平面叶栅设计 压气机平面叶栅的设计工况有三种系统,分为“名义设计工况”,“最大升阻比工况”和“最小损失工况”,以下分别讨论: 一 名义设计工况 名义设计工况如上节所定义的
此外图7的关系可采用下式表示: 在设计中根据 其中 或 由于 对于非设计工况, 在 最小阻力系数: 或: (10-21)
二,最大升阻比关系式 此关系式由A.O.S.Catter提出。与翼型的设计一样,在最大升阻比条件下选择叶栅的设计工况便代表了叶栅的最佳工况。把最大升阻比条件下的冲角 同时 Caster的关系式为:
上式条件为: 由上式得到: 如令 同时 那么 根据
三,最小损失关系式 最小损失关系式法是由S.Lieblein对NACA65系列叶栅提出。首先定义低损失冲角变化范围,即为最小损失数值两倍时的区域。把此区域的中点定义为最小损失冲角位置,为设计的基准点。在高速时,可直接按最小损失点的位置来确定最小损失工况。 四,根据平面叶栅数据设计基元级 可以按一中的多义设计工况系统设计叶栅,其步骤如下: 1, 确定计算半径和转速及叶片数; 2, 给定进口气流角 3, 根据基本方程计算 4, 根据(10-17)式计算 5, 计算叶片数 6, 计算 7, 根据 8, 计算 9, 迭代计算 10,估计损失系数,计算效率; 11,重新计算
第六节 轴流压气机的损失 轴流压气机平面叶栅的流动损失与轴流风机一样可以包括:叶型损失 其中二次流损失系数公式有如下几种: (1)M.H.Vavra: 式中 (2)F.F.Ehrich: (3)H.Griepentrog: 式中 以上各损失公式只限于端面封闭时,即两端固定时的二次流损失公式。当一端有间隙,产生附加二次流损失 式中 式中 二次流损失主要受以下因素的影响: (1) 或: ( (2) (3) (4) (5) (6) 马赫数加大使二次流损害死加大; (7) 端壁的损失系数 端壁损失将迅速增加,其中 为了估计 其角标“-1”表示上面一列叶栅参数。 |
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图都没有了!
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LZ,有没有介绍环形叶栅的资料啊?平面叶栅的资料很常见. 但是在环形叶栅中,很多几何参数的定义都是模糊不清的,比如安装角,出口流动角什么的.
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