第8次课压气机(1)解析
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压气机的特性认识通过这学期的课堂学习和近段时间课下查资料学习,使我对压气机的知识有了一定的了解和认识。
压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一,它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。
根据压气机的结构和气流流动特点,可以把它分为两种主要型式:轴流式压气机和离心式压气机。
首先,我们了解下轴流压气机的结构和工作特性。
轴流式压气机由两大部分组成,与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子,外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。
转子上的叶片称为动叶,静子上的叶片称为静叶。
每一排动叶和紧随其后的一排静叶构成轴流式压气机的一级。
压气机的效率高,说明压缩过程中的流阻损失小,实际过程接近理想过程。
或者说,压气机效率愈高,达到相同增压比时,所需要外界输入的机械功愈少。
目前,单级轴流压气机的绝热效率可以达到90%以上,高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85%以上。
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,且每级的工作原理大致相同,因此我们可以通过研究压气机的一级来了解其工作原理。
轴流压气机的基元级由一排转子叶片和一排静子叶片组成,它保留了轴流压气机的基本特征。
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(如图1-1),在二维平面上研究压气机基元级的工作原理。
图1-1展开成平面的基元级速度三角形在研究压气机工作特性中有着重要的作用。
将动叶进口和动叶出口的速度三角形叠加画到一起,就可以得到基元级的速度三角形,如图1-2(a)所示。
在一般亚声速流动的情况下,气流经过基元级的动叶和静叶后,绝对速度的周向分量Cu和相对速度的周向分量Wu 变化比较大,而绝对速度的轴向分量Ca和相对速度的轴向分量w a变化不大,可近似地认为Ca1=Ca2=Ca3。
这样,基元级的速度三角形可进一步化简为图1-2(b)所示形式。
通过速度三角形我们就可以对压气机中气体流动情况进行分析。
第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部,会发现打气时轻松了一点,工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片,为什么?答:因为气体在压缩时,以等温压缩最有利,其所消耗的功最小,而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却,都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程,从而使压缩的耗功减小。
2、既然余隙容积具有不利影响,就是否可能完全消除它?答:对于活塞式压气机来说,由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要,在所难免的会在压缩机中留有空隙,所以对于此类压缩机余隙容积就是不可避免的,但就是对于叶轮式压气机来说,由于它就是连续的吸气排气,没有进行往复的压缩,所以它可以完全排除余隙容积的影响。
3、如果由于应用气缸冷却水套以及其她冷却方法,气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩,这时就是否还需要采用分级压缩?为什么?答:我们采用分级压缩的目的就是为了减小压缩过程中余隙容积的影响,即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在,所以我们仍然需要分级压缩。
4、压气机按定温压缩时,气体对外放出热量,而按绝热压缩时不向外放热,为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济?答:绝热压缩时压气机不向外放热,热量完全转化为工质的内能,使工质的温度升高,压力升高,不利于进一步压缩,且容易对压气机造成损伤,耗功大。
等温压缩压气机向外放热,工质的温度不变,相比于绝热压缩气体压力较低,有利于进一步压缩耗功小,所以等温压缩更为经济。
5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出,试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功,并用T-S 图上面积表示其值。
答:由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩与输出,所以压气机耗功应以技术功计,一般用w c 表示,则w c = -w t由第一定律:q=△h+w t ,定温过程:由于T 不变,所以△h 等于零,既q=w t ,q=T △s,21ln p p R s g =∆,则有12ln p p T R w g c = 多变过程:w c = -w t =△h-q()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=---=-111111111112112112n n g g V P P T R n n T T T R n n T T c n n q κκκκκ ()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=∆-1111112112112n n g g p p p T R T T T R T T c h κκκκ 所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程:即q=0,所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆=-=-111121n n g t c p p T R h w w κκ 6、活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺?答:由于活塞式压气机余隙容积的存在,当压缩比增大时,压气机的产气量减小,甚至不产气,所以要将压缩比控制在一定范围之内,因此采用多级压缩,以减小单级的压缩比。
08压气机的热力过程压气机是一种将气体压缩增压的机械设备,常见的应用包括空气压缩机、汽轮机和涡轮增压器等。
压气机在工业生产中起着至关重要的作用,其热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却等环节。
下面将详细讨论压气机的热力过程。
一、吸入过程压气机的吸入过程是指空气或气体通过进气口进入压气机的过程。
这个过程通常发生在大气压力下,空气在气缸内形成负压,从而使气缸内外压力差产生,空气会自动被吸入气缸。
在这个过程中,空气会受到大气压力和温度的影响,其状态方程为P1V1/T1=P2V2/T2,其中P1、T1分别为吸入前的大气压力和温度,P2、T2分别为压缩后的压力和温度。
二、压缩过程当空气被吸入气缸后,压气机开始进行压缩过程,使气体的压力和温度升高。
在这个过程中,压气机会通过活塞等运动部件产生压缩作用,将气体压缩至所需的压力水平。
压缩过程中,空气温度会急剧升高,压缩比的大小会影响压缩机的压力比功率。
三、排气过程压缩后的气体在排气过程中会被送出压缩机,以供后续使用或处理。
在这个过程中,气体的压力和温度会相应降低,同时会有一部分功率用于克服管道和其他系统的阻力损失。
排气过程通常会产生一定的能量损失,需要进行热力平衡计算和能量分析。
四、冷却过程在排气后,压缩机会对气体进行冷却处理,以减少气体的温度并提高设备的效率和稳定性。
压缩机通常会采用冷却器或冷凝器等设备对气体进行冷却,从而将气体的温度控制在合适的范围内。
冷却过程是压气机热力过程中不可或缺的环节,可以有效提高系统的性能和可靠性。
综上所述,压气机的热力过程主要包括吸入、压缩、排气和冷却四个环节,每一个环节都对压气机的性能和效率产生重要影响。
通过合理控制这些热力过程,可以有效提高压气机的工作效率和性能指标,从而更好地满足生产需求并保障设备运行的稳定性和可靠性。
希望这篇文章对您有所帮助。
2.2.72.2.7 反推力装置2282.2.8 消音装置232.3 涡喷发动机中的流动变化242.4 涡喷发动机的优缺点•高空性能好•迎风面积小•耗油率高(0.9~1.0),经济性差,加力比小–喷流动能和热能很高–加力燃烧室氧气不足三. 涡扇发动机3.1 原理和结构•外涵道•风扇•低压涡轮级数323.2 工作特点•内外涵一起产生推力•排气温度低,速度慢,排气温度低速度慢损失小•耗油率低•噪声小与涡喷发动机相比(民机)与涡喷发动机相比(军机)3.3 涡扇发动机分类3.3•涵道比–高涵道比(民用)–低涵道比(军用)•气动联系–双转子–三转子•排气方式–平行排气–整体喷管3313.3.1涵道比•外涵与内涵空气流量之比•低——小于2~3/高——大于4~5高涵道比发动机空气流量大推力大•空气流量大,推力大–RB211RB211--22b/斯贝=6.6倍–115000lbs•排气速度小,温度低效率高•耗油率低(2/3)•迎风面积大涵道比的影响3323.3.2 低涵道比涡扇发动机•迎风面积小,适合超音速飞行•起飞推力大,低空性能好•耗油率低•加力比大3333.3.3排气类型PW2037RB211-535E43343.3.4 双转子与三转子涡轮风扇发动机3353.3.5 先进军用发动机第四代战斗机发动机性能指标•推比10以上•超音速巡航(M=1.4~1.6)•矢量喷管•隐身•FADEC•部件少,可靠性上升1倍,耐久性上升两倍部件少可靠性上升倍耐久性上升两倍•全寿命费用降低25%~35%F-119的先进技术•粘性三维设计分析方法•高负荷风扇和压缩机(3级风扇,6级压缩机可达25~27的压比)•单级高压和低压涡轮•高涡轮前温度(1557~1727),单晶叶片,隔热涂层,冷却设计(500度))•矢量喷管•二代FADEC•粉末冶金轮盘•零部件减少47%,级数减少6级F-120的先进技术•变循环设计•2级风扇/5级压缩机•低压涡轮无导向叶片四. 涡轮螺浆发动机414.1 涡轮螺浆发动机的特点•兼具喷气发动机功率大体积小和活塞发动机经济性好的特点•重量轻、振动小、起飞推力大•适应速度不高的飞机(亚音速,短航线)•推力(拉力)主要由螺旋桨获得推力拉力主要由螺旋桨获得424.2 定轴式与自由涡轮式434.3 减速器18000转~40000转Æ1000转4.4螺旋桨44•变矩机构–调节拉力–减少启动负载–负桨–顺桨•螺旋桨对功率的利用螺旋桨功率的利454.5 浆扇发动机小直径桨盘多排对转桨盘,桨数不同弯掠桨叶效率高(90%)噪声低耗油低(降低20%~30%)5. 涡轮轴发动机5.15.1 涡轮轴发动机原理分类•定轴•自由涡轮–前输出–后输出525.2 涡轮轴发动机结构535.3 配合工作环境的设计特点•压气机——离心式大行其道•燃烧室–回流式–折流式•颗粒分离装置•尺寸短小紧凑5315.3.1 燃烧室5325.3.2 颗粒分离器六. 涡轮发动机的家族化6.1 燃气发生器与核心机61•燃气发生器–压气机–燃烧室–驱动压气机的涡轮•核心机–高压压气机–燃烧室–高压涡轮62F6.2 F--101家族6.2 FF-404←6.3 CFM6.3 CFM--56家族推力覆盖82.4~151千牛64DD-366.4 D6.4 D--36家族安-72,雅克-4264KND-236桨扇D-336地面燃机D-136(轴)米-267457kwD-18TD-436T安-124294KND436T图-20488.3KN航空发动机的试验一. 试验目的•验证设计•考核性能•调整参数•暴露问题•积累数据•确定寿命二.部件试验•进气道试验–缩比模型–风洞–联合试验•叶栅试验–叶型设计和研究–无法考虑旋转•压气机试验–模型–全尺寸–联合试验–流量、压比、效率、喘振•燃烧室–燃烧效率–流动阻力–工作范围–喷嘴、点火•涡轮–气动试验–高温与冷却•加力燃烧室•喷管三. 整机试验•地面试验•高空模拟试验•环境实验•飞行试验地面台架试验。