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第二章压气机

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工程热力学 第二章 热力学第一定律(1)

工程热力学 第二章 热力学第一定律(1)
第二章
热力学第一定律
1
3、压力为10bar、容积为0.085m3的空气，由一 质量为90Kg、直径为60cm的无摩擦活塞封闭在 一垂直放置的气缸内。若突然释放活塞向上运动。 试确定当活塞上升1.2m时的速度及气缸内空气的 压力。设空气按pV1.35=定值的规律膨胀，空气的 速度可以忽略不计，作用在活塞上的大气压力 P0=760mmHg。


若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少？
若燃气发热值qB=43960kJ/kg，燃料耗量为多少？
燃气喷管出口处的流速是多少？ 燃气轮机的功率为多少？
燃气轮机装置的总功率为多少？
3
1）压气机
wc h2 h1 580 290 290kJ/kg P mwc 290kJ/kg 100kg/s=29000kW c
答案：(39.2m/s)
Ek W Wr E p
2
某燃气轮机装置如图所示，已知压气机进口处空气的比焓h1 为290kJ/kg。经压缩后空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在 截面2处空气和燃料的混合物以cf2=20m/s的速度进入燃烧室， 在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气进入 喷管绝热膨胀到状态3‘，h3’=800kJ/kg，流速增加到cf3’，此燃 气进入动叶片，推动转轮回转作功。若燃气在动叶片中的热力 状态不变，最后离开燃气轮机的速度cf4=100m/s，求：
2）燃烧室
q 670kJ/kg Q=mq 100kg/s 670kJ/kg=67000kJ/s Q=mB qB mB 1.524kg / s
4
3）喷管 燃烧室出口焓值： h3
' 3
h2 q 1250kJ/kg

压气机

压气机

西安航空职业技术学院毕业设计论文涡扇发动机的压气机部件目录1概述 ................................................................................................................................................................2压气机的分类以及结构特点 .......................................................................................................................2.1 ..................................................................................................................................................................2.2 ..................................................................................................................................................................2.3 .................................................................................................................................................................2.3.1 ...........................................................................................................................................................2.3.2 ...........................................................................................................................................................2.3.3 ...........................................................................................................................................................2.3.4 ...........................................................................................................................................................2.3.5 ..........................................................................................................................................................3压气机的工作原理 ........................................................................................................................................3.1离心式压气机的工作原理......................................................................................................................3.2轴流式压气机的工作原理...................................................................................................................... 4压气机的材料 ...............................................................................................................................................56压气机常见故障的诊断以及维修 ................................................................................................................ ......................................................................................................................................................................谢辞 ...............................................................................................................................................................参考文献 ...........................................................................................................................................................附录 ................................................................................................................................................................1概述发动机是飞行器的“心脏”，是在高温、高压、高转速的恶劣环境下长期反复使用的热力机械，对飞行器的性能具有极其重要的作用。

第二篇压气机 第八章 2010

第二篇压气机 第八章 2010
8
离心式压气机增压原理 离心力做功占主导地位
假设气流是定常、周向均匀、忽略摩擦力及重力 沿流动方向压力 p dp A dA pA p
dp dA Wsin 2
流线与压气 机轴线夹角

dA dW dW ma A a dl 流体微团加速度 ，惯性力 2 dt dt
受逆压梯度下附面层 发展和分离的限制小 首先达到涡喷发动机 对压比、效率的要求
2 2 2 W1 C1 U1 C1 r 2
离心式：气体径向运动 参数变化 增压
导风轮
轴向进气 C1 const C C const r U1 r tan1 1 1 U1 r r
管式扩压器
喇叭形下游扩散段 21
W一定，r p 22dp1

WdW r 2dr 0
1 1
2
2
工作轮进口1-1截面 工作轮出口2-2截面
dp
1
2 2 dp W22 W12 2 r22 r12 W22 W12 U 2 U1 2 0 1 2 2 2 2
研究最佳叶轮负荷分布规律（子午流道、回转面）
工作轮中新的流动模型
目前计算方法一般建立在位流理论基础上，没有考虑附面层增长对流动 分离影响 径向速度剖面 主流
20世纪60年代提出射流-尾迹模型，低速情况下得 到实验证实 射流-尾迹模型---气流在导风轮叶片吸力面分离后 形成近似为等Ma射流区，然后冲向工作轮叶片压力 面流出，即分离点后叶轮内部流动包括射流区和相 对静止尾迹区，后者充满了由流动中各种损失产生 的大量低能流体，在哥氏力影响下两区互不混合， 其分界线在流动中保持相对稳定

航空发动机压气机

航空发动机压气机
15
鼓盘式转子
16
2.4 鼓盘式转子
鼓盘式转子兼有鼓式转子的抗弯刚性和盘式转子的承受 大离心载荷的能力，因而得到广泛应用．特别是在现代涡扇 发动机的高压压气机上。鼓盘式转子的结构方案繁多，按其 级间联接的特点，可分为不可拆卸的转子、可拆卸的转子和 部分不可拆卸部分可拆卸的混合式转子三大类。
17
2.4 鼓盘式转子
1．不可拆却的鼓盘式转子 不可拆卸的鼓盘式转子的级间联接常用圆柱面紧度配合加径
向销钉联接和焊接两种方法．这两种方法在完成装配后都不可能 再进行无损分解。在先进的F119发动机上是直接整体加上成型。
WP6．WP7、WP8，WPl 3发动机的压气机都采用了圆柱面紧 度配合加径向销钉联接的鼓盘式转子。这种结构利用热胀冷缩原 理使圆柱面配合后产生紧度，圆柱而加径向销钉保证转子级间联 接后的定心，靠径向销钉和配合而摩擦力传递扭距。
8
2.2 轴流式压气机
9
2.3 轴流式压气机转子的基本结构
压气机转子的基本型式有三种： 鼓式转子、盘式转子、鼓盘式转子
10
2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓式转子的基本构件是一圆柱形、橄榄形或圆锥形鼓 简(视气流通道形式而定)，借安装边和螺栓与前、后半轴 联接。在鼓筒外表面加工有环槽或纵槽，用来安装转于叶 片。作用在转子上的主要负荷(叶片和鼓筒的离心力、弯矩 和扭矩)由鼓简承受和传递。鼓式转子的优点是抗弯刚性好、 结构简单，但是承受离心载荷能力差，故只能在圆周速度 较低(不大于180-200 m／s)的条件下使用。如早期的压气机、 现代大流量比涡扇发动机的低压转子上。民用期贝发动机 低压压气机转子为鼓式转子．
7
2.2轴流式压气机
空气在轴流式压气机中的流动方向大致平行于工作 轮轴．所以称为轴流式压气机：它的流动特点使其在结 构上容易组织多级压缩，以每一级都较低的增压压力比 获得较高的压气机总增压压力比。一般每级的增压压力 比在1．15～1．35之间，使得空气流经每级叶片通道时 无需急剧地改变方向，这样就减少了流动损失，因而压 气机效率高。特别是大流量时，轴流式压气机较离心式 压气机更容易获得较高的压气机效率，一般轴流式压气 机效率可达87％以上，而离心式压气机效率最高在84 ％—85％、与离心式压气机相比，多级轴流式压气机还 具有大流量，高效率、小迎风面积等优点．所以现代航 空用燃气涡轮发动机中多采用多级轴流式压气机。

发动机原理-压气机

发动机原理-压气机
备。
汽车发动机中的压气机通常与 发动机曲轴联动，利用发动机
的旋转来驱动压气机工作。
为了提高效率和减少能耗，汽 车发动机中的压气机通常采用 高效的设计，如采用高效的叶 轮和良好的密封措施。
汽车发动机中的压气机也需要 定期维护和检修，以确保其正 常工作和可靠性。
其他领域的应用
01
02
03
04
除了航空和汽车领域，压气机 还广泛应用于工业领域，如压 缩机站、气体分离和液化等。
现代航空发动机通常采用多级轴流式 压气机，这种设计能够提供更高的压 缩效率，同时降低能耗。
压气机的维护和检修对于确保航空发 动机的安全和可靠性至关重要，需要 定期进行清洗、检查和更换损坏的零 件。
汽车发动机中的压气机
在汽车发动机中，压气机通常 被称为空气压缩机，用于压缩 空气以供应制动系统、气瓶、 空调和其他需要压缩空气的设
空气的压缩
总结词
压缩过程是压气机工作的核心，主要通过压气机的旋转叶片实现。
详细描述
吸入的空气在压气机的叶片作用下开始压缩，随着叶片的旋转，空气被逐渐压缩，压力和温度也随之升高。这个 过程中，空气的体积被减小，密度增大，以便于更有效地进行燃烧。
空气的排
总结词
排出过程是压气机工作的最后一步， 主要通过排气口实现。
压气机的种类
离心式压气机
离心式压气机利用旋转叶片的离心力将空气吸入并压缩。其结构简单，可靠性 高，但效率较低。
轴流式压气机
轴流式压气机利用高速旋转的叶片将空气吸入并沿轴向流动，通过叶片的多次 压缩达到高压。其效率较高，但结构复杂，维护成本较高。
压气机的工作原理
01
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03
空气吸入
压气机通过进气道吸入空 气。

工程热力学课件压气机热力过程

工程热力学课件压气机热力过程

解 单级多变压缩时排气温度为
T 3T 1(p p1 3)nn 129 (0 6 .0 1)1.1 2 .2 157 .73 K 9
t3=300.790c 单级压缩时压气机消耗的功率为
N
Wc,n 3600
mn 3600n1RT1[1(
p3 p1
n1
)n ]
108.51.210.287290[1(
6
1.21
nn 1p 1 V 1 1 (p p 1 2)n n 1 － nn 1p 4 V 4 1 (p p 4 3)n n 1
p1p4,p2p3
W c,nnn 1p1(V1V4)1(p p1 2)nn 1
Wt,34＝－ Wt,43
p3Βιβλιοθήκη 241Vc
Vh V1-V4
W c,nnn 1p1(V1V4)1(p p1 2)nn 1
V
式中，V1 - V4= m’v1 , m’为有余隙 容积时进入气缸的气体质量
有余隙容积压缩机示功图
压缩1kg 气体所消耗的功为： W c,nW m c,'n nn 1p1v11(p p1 2)nn 1
无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为：
W' c,n
nn1p1v11(pp12)nn1
有余隙容积和无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功是相同的
1V Vh c(p p1 2)1 n111 n1
1V Vh c(p p1 2)1 n111 n1
Vc Vh
p2 p1
称为压缩机的余隙比 称为压缩机的增压比
1
容积效率： V 1(n 1)
增大时，容积效率降低； 提高时，容积效率也降低。
3、增压比对容积效率的影响
p

发动机原理(第二章压气机特性)

发动机原理(第二章压气机特性)
* * *
2、压气机特性实验和通用特性 、
实验设备及实验过程（ 实验设备及实验过程（P74） ） 相似理论和相似准则
– 几何相似 – 运动相似
对应点速度方向相同， 对应点速度方向相同，大小成比例
*
通用特性
π k = f1 ( ηk = f 2 (
*
qma T1* p1
*
,
n T1* n T1
*
)
– 动力相似 轴向M 轴向 a相等 切向M 切向 u相等
主要参数 – 增压比： 增压比： – – – – 流量： 流量： 转速： 转速： 多变压缩功： 多变压缩功： 绝热效率： 绝热效率：
* πk =
* p2 * p1
qma (kg / s) n(rpm) Wk = CpT1*[(π k )
γ −1 * γ
* − 1] / ηk
ηk = Wkad / Wk
节
主要参数（增压比、效率、压缩功等） 主要参数（增压比、效率、压缩功等） 压气机通用特性
– 三种线 等相似转速、等效率、稳定工作边界 三种线(等相似转速 等效率、稳定工作边界) 等相似转速、 – 特性线变化原因 – 喘振及主要防喘措施
qma T1* p1
*
,
)
通用特性图
相似流量为横坐标 增压比为纵坐标 相似转速为参变量 三种线
– 等相似转速线 – 等效率线 – 喘振边界线
稳定工作范围
– 边界线右下方
高效率区
– 等效率线中心
如果设计点在P点 如果设计点在 点
–相似流量变化 相似流量变化 工作点 → A 工作点 → B –相似转速变化 相似转速变化 工作点 → C 工作点 → D
通过调节静子叶片角度，使动叶进口气流的绝 通过调节静子叶片角度， 对速度向转动方向偏斜， 对速度向转动方向偏斜，相对速度的方向与设 计状态相接近，进气攻角恢复到“ 计状态相接近，进气攻角恢复到“零”，消除 了叶背分离， 了叶背分离，因此防止了喘振发生

压气机2.ppt

压气机2.ppt
容积型
容积型压气机的工作原理是依靠工作 腔容积的变化来压缩气体或蒸汽，因而它 具有容积可周期变化的工作腔。按工作腔 和运动部件形状，容积式压气机按工作腔 和运动部件形状可分为“往复式”和“回 转式”两大类。前者的运动部件进行往复 运动，后者的运动部件做单方向回转运动。
压气机2. ppt
往复式压气机靠一个或几个作往复运动的活塞来改变压缩腔内部容积
速度型
轴流式压缩机与离心式压缩机都属于 速度型压缩机均称为透平式压缩机; 速度型 压缩机的含义是指它们的工作原理都是依 赖叶片对气体作功，并先使气体的流动速 度得以极大提高，然后再将动能转变为压 力能。透平式压缩机的含义是指它们都具 有高速旋转的叶片。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 轴流式
轴流式压气机与离心式压缩机相比，由于气体在压气机 中的流动，不是沿半径方向，而是沿轴向，所以轴流式压 缩机的最大特点在于：单位面积的气体通流能力大，在相 同加工气体量的前提条件下，径向尺寸小，特别适用于要 求大流量的场合。 另外，轴流式压气机还具有结构简单、运行维护方便 等优点。但叶片型线复杂，制造工艺要求高，以及稳定工 况区较窄、在定转速下流量调节范围小等方面则是明显不 及离心式压缩机。 二者最大的不同就是气体流动方向不同，离心式压气 机中气体沿径向流动，轴流式压气机中气体沿轴向流动
回转式压气机
回转式压气机通过一个或几个部件的旋转运 动来完成压缩腔内部容积变化的容积式压缩机。 包括滑片式、滚动活塞式、螺杆式和涡旋式压气 机。气体压缩和压力变化是依靠容积变化来实现 的，而容积的变化又是通过压缩机的一个或几个 转子在气缸里作旋转运动来达到的，与往复压缩 机不同的是，其容积在周期性地扩大和缩小的同 时，空间位置也在不断变化。只要在气缸上合理 地配置吸气和排气孔口，就可以实现吸气，压缩 和排气等基本工作过程。

M5第二章 进气道和轴流式、离心式压气机试题及答案

M5第二章 进气道和轴流式、离心式压气机试题及答案

M5第二章进气道和轴流式、离心式压气机试题及答案1单选亚音速气流流经收敛型管道时,压力() [单选题]A、减少(正确答案)B、增加C、保持不变D、与温度成反比2单选亚音速气流在光滑扩张形管道内流动时,气流参数的变化规律是( ) [单选题]A、速度下降,压力升高(正确答案)B、速度下降,压力下降C、速度上升,压力下降D、速度上升,压力升高3单选超音速进气道可分为()三种类型 [单选题]A、离心式、轴流式和混合式B、直流式、回流式和折流式C、离心式、气动式和冲击式D、外压式、内压式和混合式(正确答案)4单选进气道的冲压比是() [单选题]A、进气道出口处的总压与来流总压之比B、进气道出口处的总压与来流静压之比(正确答案)C、进气道进口处的总压与来流总压之比D、进气道进口处的总压与来流静压之比5单选进气道的总压恢复系数的大小反映了() 的大小 [单选题]A、流动损失(正确答案)B、压力变化C、气流速度变化D、流场均匀程度6单选进气道的总压恢复系数是() [单选题]A、进气道出口处的总压与来流静压之比值B、进气道进口处的总压与来流总压之比值C、进气道出口处的总压与来流总压之比值(正确答案)D、进气道进口处的总压与来流静压之比值7单选外压式超音速进气道是通过()将超音速气流变为亚音速气流的 [单选题]A、管内扩散增压原理B、冲压原理C、一道或多道斜激波再加上一道正激波(正确答案)D、摩擦降速原理8单选涡扇发动机进气道的防冰通常采用: [单选题]A、压气机引气防冰(正确答案)B、发动机滑油防冰C、电加热防冰D、发动机排气防冰9单选亚音速进气道是一个()的管道 [单选题]A、扩张形(正确答案)B、收敛形C、先收敛后扩张形D、圆柱形10单选影响进气道冲压比的因素有() [单选题]A、飞行速度,大气温度和流动损失(正确答案)B、大气压力,进口面积和喷气速度C、单位推力,压气机和涡轮的级数D、大气密度,涡轮出口与进口温度11单选涡喷发动机的防冰部位有() [单选题]A、进气整流罩,前整流锥和压气机的进气导向器(正确答案)B、进气整流罩和压气机静子C、前整流锥和压气机转子D、压气机和尾喷管12单选涡喷发动机进口整流罩防冰常常通过: [单选题]A、压气机引气(正确答案)B、热滑油C、电热元件D、复合材料13单选 ()可作为发动机进口热防冰的热源 [单选题]A、压气机引气(正确答案)B、燃气C、热滑油D、低压涡轮叶片冷却气14单选涡桨发动机进气道采用哪种防冰方式() [单选题]A、电加温防冰(正确答案)B、热空气防冰C、防冰液防冰D、热滑油防冰15单选燃气涡轮发动机所采用的压气机可分为()两种类型 [单选题]A、离心式和轴流式(正确答案)B、冲压式和反力式C、回流式和折流式D、吸气式和增压式16单选发动机压气机的喘振裕度是指() [单选题]A、起飞线和工作线的距离B、爬升线和工作线的距离C、巡航线和工作线的距离D、喘振线和工作线的距离(正确答案)17单选 ( )不属于轴流式压气机的叶型损失 [单选题]A、摩擦损失B、分离损失C、激波损失D、倒流损失(正确答案)18单选单转子燃气涡轮发动机中的轴流式压气机叶片的长度从第一级到最后一级是() [单选题]A、逐级增大的B、逐级减小的(正确答案)C、逐级不变的D、逐级先增大后变小的19单选当压气机的实际流量系数大于流量系数的设计值时,空气流过工作叶轮时,会在叶片的( )处发生气流分离 [单选题]A、叶盆(正确答案)B、叶背C、叶根D、叶尖单选改变轴流式压气机基元级的叶轮进口处的绝对速度大小可以改变 [单选题]A、叶轮进口处的相对速度方向(正确答案)B、叶轮出口处的牵连速度大小C、叶轮进口处的牵连速度方向D、叶轮进口处的周向速度大小21单选改变轴流式压气机基元级的叶轮进口处的牵连速度大小可以改变 [单选题]A、叶轮进口处的相对速度方向(正确答案)B、叶轮出口处的绝对速度大小C、叶轮进口处的绝对速度方向D、叶轮进口处的周向速度方向22单选可调静子叶片是指调哪里的叶片? [单选题]A、风扇叶片B、低压压气机静子叶片C、涡轮静子叶片D、高压压气机进口和前几级静子叶片(正确答案)23单选空气流过压气机时,产生的反作用力的方向是( ) [单选题]A、向前的(正确答案)B、向后的C、向上的D、向下的单选空气流过压气机整流环(即静子叶片)时, 气流的( ) [单选题]A、速度增加,压力下降B、速度增加,压力增加C、速度下降,压力增加(正确答案)D、速度下降,压力下降25单选控制轴流式压气机增压比的主要因素是() [单选题]A、压气机的级数(正确答案)B、压气机进口压力C、压气机进口温度D、压气机的型式26单选燃气涡轮发动机里,压气机叶片脏能导致( ) [单选题]A、转速低B、排气温度低C、转速高D、排气温度高(正确答案)27单选燃气涡轮发动机在()阶段不易发生喘振 [单选题]A、启动B、加速C、减速D、巡航(正确答案)28单选燃气涡轮发动机中压气机的功用是() [单选题]A、增大进入发动机的空气流量B、压缩空气,提高空气的压力(正确答案)C、增大进入发动机的空气容积D、降低进入燃烧室的空气温度29单选若轴流式压气机转速不变,进口气流速度减小,则:轴流式压气机第一级 [单选题]A、流量系数增大,攻角减小B、流量系数减小,攻角增大(正确答案)C、流量系数增大,攻角增大D、流量系数减小,攻角减小30单选使燃气涡轮喷气发动机实际热效率达到最大时的增压比称为()增压比 [单选题]A、最有效B、最佳C、最经济(正确答案)D、最适宜31单选使燃气涡轮喷气发动机循环功达到最大时的增压比称为()增压比 [单选题]A、最有效B、最佳(正确答案)C、最经济D、最适宜32单选压气机喘振表现是 [单选题]A、气流出现高频率 ,低振幅的振荡B、压气机叶栅失去扩压能力C、气流沿压气机轴线方向发生低频率, 高振幅的振荡(正确答案)D、只有参数摆动,听不到任何声音33单选压气机喘振的探测,目前是依据()来判断 [单选题]A、压气机出口压力的下降率或转子的减速率(正确答案)B、涡轮出口温度C、发动机转速D、油门杆位置34单选压气机喘振裕度是指: [单选题]A、喘振线的位置B、工作线的位置C、效率线的位置D、工作线与喘振线的距离(正确答案)35单选压气机的气体载荷推转子 [单选题]A、向前(正确答案)B、向后C、顺时针旋转D、逆时针旋转36单选压气机发生喘振可依据什么判断() [单选题]A、EGT上升B、参数摆动C、压气机出口压力的下降率或转速下降率(正确答案)D、发动机声音异常37单选压气机防喘原理是: [单选题]A、在非设计状态下保持合适的速度三角形(正确答案)B、在设计状态下保持合适的速度三角形C、保持不变的气动参数D、保持压气机几何形状不变38单选压气机工作叶片连接到轮盘上的最佳方法是( ) [单选题]A、焊接B、挤压配合C、枞树型榫头D、燕尾型榫头(正确答案)39单选压气机速度三角形的绝对速度的切向分量叫做: [单选题]A、预旋量(正确答案)B、偏转量C、轴向分量D、径向分量40单选压气机旋转失速时,失速区的变化规律是( ) [单选题]A、与压气机转速同向且比压气机转速快B、与压气机转速同向且比压气机转速慢(正确答案)C、与压气机转速反向且比压气机转速慢D、与压气机转速反向且比压气机转速快41单选压气机转子的盘轴连接型式分为() [单选题]A、销钉式和花键式B、挤压式和热压式C、松动式和紧固式D、可拆卸式和不可拆卸式(正确答案)42单选压气机转子和涡轮转子是通过()连接的 [单选题]A、联轴器(正确答案)B、旋流器C、导向器D、整流器43单选在压气机进口总温和总压保持不变的情况下,压气机的增压比和效率随压气机转速和流过压气机空气流量的变化规律叫压气机的()特性 [单选题]A、转速B、流量(正确答案)C、速度D、高度44单选在轴流式压气机基元级内气流参数的变化是: [单选题]A、在叶轮内绝对速度增大,相对速度增大,压力和温度升高;在整流器内绝对速度减小,压力和温度升高B、在叶轮内绝对速度增大,相对速度增大,压力和温度下降;在整流器内绝对速度减小,压力和温度升高C、在叶轮内绝对速度增大,相对速度减小,压力和温度下降;在整流器内绝对速度减小,压力和温度升高D、在叶轮内绝对速度增大,相对速度减小,压力和温度升高;在整流器内绝对速度减小,压力和温度升高(正确答案)45单选轴流式基元级的进口速度三角形中的叶轮进口处空气绝对速度的切向分速度代表 [单选题]A、压气机空气流量大小B、压气机转速大小C、压气机轮缘功大小D、叶轮进口处空气预旋大小(正确答案)46单选轴流式基元级的进口速度三角形中的叶轮进口处空气绝对速度的轴向分速度代表 [单选题]A、压气机空气流量大小(正确答案)B、压气机转速大小C、压气机轮缘功大小D、叶轮进口处空气预旋大小47单选轴流式基元级的进口速度三角形中的叶轮圆周速度代表 [单选题]A、压气机空气流量大小B、压气机转速大小(正确答案)C、压气机空气进气速度的大小D、叶轮进口处空气预旋大小48单选轴流式压气机喘振时,发动机的() [单选题]A、振动减小B、振动加大 CEGT下降 DEPR增高(正确答案)49单选轴流式压气机喘振是一种发生在轴线方向上( )性质的振荡现象。

第二章压气机

第二章压气机

35
2.6 榫头
B)销钉式榫头。目前轴流式压气机购销钉式榫头多采用凸耳 铰接的方案。销钉式榫头的优点是工艺装配简单，不用专门 设备加工，对于单个生产和试验用的发动机有一定的优越性。 同时铰接的销钉式榫头是消除叶片危险性共振的有效措施之 一。但这种样头承载能力有限，尺寸和重量大。
36
2.6 榫头
C)枞树型榫头。 这种榫头呈楔形，轮缘部分呈倒楔形，从承受拉伸应 力的角度看接近等强度，因而这种样头与其他形式的榫头 相比，周向尺寸小、重量轻，能承受较大的载荷。但是它 靠多对择齿传力、应力集中严重，工艺性较差。由于金属 材料在低温时对应力集中更加敏感，而压气机工作叶片一 般离心力又较小，所以这种榫头在压气机中的应用比较少， 只在负荷较大的前几级或温度较高的高压压气机的末端几 级，且叶片和轮盘都用钢(或铁)制成时．才有应用。
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第二章 压气机
压气机是用来提高进入发动机内的空气压力，供给发动机工作 时所需要的压缩空气，也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机 的起动提供压缩空气。 评定压气机性能的主要指标是增压比、效率、外面尺寸和重量、 工作可靠性、制造和维修费用。对于航空发动机来讲．最重要的指 标之一是外面尺寸。它用单位空气质量流量来衡量，即通过发动机 单位面积的空气质量流量。 对压气机结构设计的基本要求： (1)满足发动机性能设计提出的各项要求，性能稳定，稳定工作范 围宽 (2)具有足够的强度、适宜的刚度和更小的振动； (3)结构简单．尺寸小，重量轻； (4)工作可靠．寿命长； [5)维修性、检测性好．性能制造成伞比高。
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第二章 压气机
在航空燃气涡轮发动机中．一船采用了3种 基本类型的压气机：
• 离心式压气机 • 轴流式压气机 • 混压式压气机
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大唐燃机培训(燃机的基本原理)

大唐燃机培训(燃机的基本原理)

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1、附件传动系统
① 附件传动系统主要有由附件齿轮箱及其驱动的设 备组成 。起动时，附件齿轮箱将起动设备及变 扭器组件输出的扭矩传递给燃气轮机轴。起动完 成以后，又可逆向将燃气轮机轴输出扭矩经过相 应的齿轮驱动下列各泵：
② 主润滑油泵：为主机提供润滑油； ③ 主液压泵：提供液压油；
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当这股具有相当速度的燃气以一定的方向喷 射到工作轮上的动叶流道中去时，就会在动叶片上 产生切向分力Fu，从而推动工作叶轮连续旋转， 并使燃气速度下降，在这个过程中，燃气就把部分 能量转交给了工作叶轮，使叶轮在高速旋转中对外 界作出机械功。
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转子
压气机转子和透平转子铸成一体
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9E燃烧室火焰筒
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GE公司E级燃机燃烧室
火焰探测器
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GE机组燃烧室的过渡段
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22
GE燃烧室的燃料喷嘴
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14个逆流式燃烧室分管布置，可缩短轴向长度，结构 紧凑
过渡段
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3、透平
透平是将压气机和燃烧器产生的高温高压燃气 热能转变为机械能的设备。透平由转子和气缸组 成。透平转子一般是3-5级，容量越大的机组转子 的级数越多。气缸分为上气缸和下气缸，气缸的 内部圆周上安装静止叶片，气缸上的静叶片组分 别和转子的动叶组构成一级。
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透平长叶根叶片，枞树型叶根，轴向拆装，便于检修。 压气机燕尾型叶根，铆钉锁紧，拆装须将转子解体。
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第二章 涡轮增压器和中冷器

第二章 涡轮增压器和中冷器
2.3.2 涡轮增压器的轴承 （一）滚动轴承 （二）向心滑动轴承 （三）推力轴承
2 . 3 涡轮增压器
2.3.3 轴承的润滑和冷却
2 . 3 涡轮增压器
2.3.4 涡轮增压器的密封与隔热
2 . 4 中冷器
作用：降低增压后的空气温度、密度增加，进气量增多；降低柴油机 热负荷；提高发动机的经济性、降低排放。 2.4.1 中冷器的冷却方式 （一）水冷式 （1）用柴油机冷却系的冷却水冷却 （2）用独立的冷却水冷却 （二）分冷式 （1）用柴油机曲轴驱动风扇 （2）用压缩空气涡轮驱动风扇
2 . 1 离心式压气机
（2）导风轮入口速度三角形分析： ①流量等于设计流量，相对速度的气 流角等于叶片入口的构造角，不产生 气流分离。 ②流量大于设计流量，气流撞击叶片 背部，腹部产生气流分离，被压服在 较小区域，不喘振。 ③流量小于设计流量，气流撞击叶片 的腹部，背部产生气流分离，背风面 分离被扩散，发生喘振。
2 . 1 离心式压气机
（四）压气机涡壳 （1）作用：收集从扩压器出来的 空气，并将其引导到发动机进气 管； （2）效率：实际转化量与定熵转 化量之比； （3）分类：变截面涡壳、等截面 涡壳；
2 . 1 离心式压气机
2.1.2 离心式压气机的工作原理 （一）压气机中空气状态的变化 （1）进气道：压力降、速度升、温度降； （2）压气机叶轮：压力升、速度升、温度 升； （3）扩压器：压力升、速度降、温度升； （4）压气机涡壳：压力升、速度降、温度 升；
2 . 4 中冷器
计算步骤校核方法 （一）原始数据准备 （二）传热系数计算 （1）中冷器的换热量：
Q = qmbc p b (Tb − Ts )
Tw2 Q = Tw1 + c pw qmw

燃气轮机原理 第二章 循环理论2-3&2-4&2-5

燃气轮机原理 第二章 循环理论2-3&2-4&2-5

3).等压放热过程（4-1）放出的热量
q2, 41 = Cp(T4 − T1 ) = Cp( T3
k −1 k

π
− T1 ) = CpT1 (
τ π
k −1 k
− 1)
等温压缩理想燃气轮机循环的比功为
wi ' = q1, 2 ' 3 − q2,12 ' − q2, 41 ⎡ ⎤ 1 k −1 ln π ⎥ = CpT1 ⎢τ (1 − k −1 ) − k ⎢ ⎥ π k ⎣ ⎦
k −1 k
τ一定的条件下，π越小，ηt,R,i越高。原因是： π越小，压气机出口温度也越低，在回热器中排气 余热就利用得越充分。然而，很低的π对循环来讲 是没有意义的。 π增加，ηt,R,i下降。当π增加到使T2=T4时，排气余 热无法利用，理想回热循环退化为理想简单循环。 此时的压比定义为临界增压比πcr。
根据达到临界增压比πcr的条件： T2 = T4， 则有：
T 1 ( π cr )
k −1 k
=
T3
( π cr )
k −1 k
π cr = τ
k 2 ( k −1 )
此时，理想回热循环的热效率为：η t ,R ,i = 1 −
1
( π cr )
k −1 k
理想回热循环蜕化为理想简单燃气轮机循环。
虚线代表简单理想燃气轮机循环的比功
1
π
将π1=π1/2代入比功 表达式，可求出τ 值一定时比功达最 大值的总的最佳增 压比πWmax,opt
对热效率进行类似分析，存在一个使热效 率达到最大值的总的最佳增压比πηmax,opt， 且存在
πηmax,opt > πWmax,opt

《压气机特性》课件

《压气机特性》课件

未来压气机的发展趋势包括高能 效、轻量化、低噪音和智能化等 方向，以满足更加严格的环保和
能源效率要求。
面临的挑战包括如何进一步提高 压气机的能效和可靠性、如何降 低制造成本和提高生产效率等。
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压气机工作原理
总结词
压气机通过一系列的旋转或往复运动，将气体压缩并提高其压力。
详细描述
压气机有多种类型，但其基本原理都是通过某种形式的运动，如旋转或往复，来 压缩气体。在旋转式压气机中，叶片的旋转使气体在离心力的作用下被压缩。在 往复式压气机中，气体的压缩是通过活塞的往复运动实现的。
压气机分类
总结词
某型汽车发动机压气机优化设计
某型压缩机压气机优化设计
采用模拟退火算法对压气机涡轮进行优化 ，提高了发动机的燃油经济性和动力性。
采用梯度下降法对压气机叶轮进行优化， 提高了压缩机的效率和稳定性。
优化设计软件介绍
MATLAB
一款功能强大的数值计 算和数据分析软件，支 持多种优化算法和工具
箱。
Simulink
模拟退火算法
借鉴固体退火过程的物理现象 ，通过随机搜索来寻找最优解
。
梯度下降法
基于目标函数的梯度信息，沿 着函数值下降最快的方向寻找
最优解。
优化设计实例
某型航空发动机压气机优化设计
某型燃气轮机压气机优化设计
通过采用遗传算法对压气机叶片进行优化 ，提高了压气机的效率和可靠性。
采用粒子群优化算法对压气机流道进行优 化，降低了压气机的能耗和噪音。
一款基于图形的仿真软 件，可用于压气机系统
的建模和仿真分析。
ANSYS Fluent
一款流体动力学仿真软 件，可用于压气机的一款三维CAD软件，可 用于压气机的几何建模
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2.2轴流式压气机
轴流式压气机转子 转子是一个高速旋转对气流做功的组合件。在双转子涡 喷发动机中，压气机又分为低压转子和高压转子；在双转子 涡扇发动机中．低压转子就是风扇转子．或者是风扇转子和 低压压气机转子的组合。压气机转子一船是简支的，也有些 是悬臂 轴流式压气机静子
静子是静子组合件的总称，包括机匣和整流器。在单 转子涡喷发动机中，压气机机匣由进气装置、整流器机匣 和扩压器机匣组成。在双转子压气机中，在风扇和压气机 之间还有一个分流机匣，将内、外涵道的气流分开；在高、 低压压气机之间有一个中介机匣，将气流由低压压气机顺 利引入高压压气机。
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2.6 榫头
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2.6 榫头
槽向固定的方式很多，通常采用卡圈、锁片、档销等锁紧 方式或复合方式，也可利用其他结构件固定，如封严环、径向 销钉等。要根据具体结构和槽向力的大小来选择固定方式。
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2.6 榫头
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2.7 轴流式压气机静子
轴流式压气机静子是压气机中不旋转的部分，由机匣 和静子叶片组件组成 一、整流器机匣 整流器机匣是发动机的主要承力壳体之一，又是气流通道的 外壁。因此，对机匣结构设计的要求是： 1）在重量轻的条件下，具有足够的轻度，可靠承受各种载荷； 2）具有足够的刚度，保证在各种载荷作用下，机匣的径向变形 和横向变形在允许范围内； 3）保证各段机匣之间的同心和机匣与转子的同心； 4）具有包容性，保证在叶片折断或轮盘破裂不被击穿； 5）采取措施减少漏气损失和与转子之间的径向间隙，提高 压气机效率； 6) 装配方便，工艺性好。还要维修性好，并具有可检测性。 41 整流器机匣的方案有整体式、分半式和分段式三种。
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V2500焊接式转子
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2.4 鼓盘式转子
2．可拆却的鼓盘式转子 将在装配以后可以根据使用和维修的需要再进行无损 分解的转子称为可拆卸转子。 可拆卸的鼓盘式转子有用拉杆联接、短螺栓联接和长 铀螺栓联接等几种。 用拉杆联接的可拆卸鼓盘式转子是用若干根拉杆将轮 盘、鼓简和半轴等基本构件联成一体。工作时，转子各级 间联接的可靠性和整体刚度依靠拉杆的拉紧力来保证。
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2.6 榫头
A)燕尾形榫头。燕尾形榫头依榫槽的走向不同有两种形式。 燕尾形榫头的优点是榫头尺寸小，重量较轻。并能承受较大 的负荷；纵向榫槽可采用拉削加工，生产率高，加工方便， 所以在压气机上普遍采用。它的主要缺点是槽底的受力面积 小，不能承受过大载荷或安装更多时片。
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2.6 榫头
下图所示的榫头形式广泛应用于英、美发动机上。其上面专 门作出平台包容叶根型面。在平台与燕尾型榫头之间有一段 过渡段，称为中间叶根，各转接面间均用四角过渡．以减小 应力集中。
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
加强的盘式转子
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓盘式转子由若干个轮盘，鼓简和前、后半轴组成。 盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。级间联接可采 用焊接、径向销钉、轴向螺栓或拉杆。转子叶片、轮盘和 鼓简的离心力由轮盘和鼓筒共同承受．扭矩经鼓筒逐级传 给轮盘和转子叶片，转子的横向刚性由鼓筒和连接件保证。
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2.2轴流式压气机
空气在轴流式压气机中的流动方向大致平行于工作 轮轴．所以称为轴流式压气机：它的流动特点使其在结 构上容易组织多级压缩，以每一级都较低的增压压力比 获得较高的压气机总增压压力比。一般每级的增压压力 比在1．15～1．35之间，使得空气流经每级叶片通道时 无需急剧地改变方向，这样就减少了流动损失，因而压 气机效率高。特别是大流量时，轴流式压气机较离心式 压气机更容易获得较高的压气机效率，一般轴流式压气 机效率可达87％以上，而离心式压气机效率最高在84 ％—85％、与离心式压气机相比，多级轴流式压气机还 具有大流量，高效率、小迎风面积等优点．所以现代航 空用燃气涡轮发动机中多采用多级轴流式压气机。
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鼓盘式转子
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2.4 鼓盘式转子
鼓盘式转子兼有鼓式转子的抗弯刚性和盘式转子的承受 大离心载荷的能力，因而得到广泛应用．特别是在现代涡扇 发动机的高压压气机上。鼓盘式转子的结构方案繁多，按其 级间联接的特点，可分为不可拆卸的转子、可拆卸的转子和 部分不可拆卸部分可拆卸的混合式转子三大类。
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2.4 鼓盘式转子
2.5 工作叶片
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2.5 工作叶片
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2.5 工作叶片
为了进一步提高压气机级效率,扩大压气机稳定裕度范围， 在一些近期投入使用和正在研制的发动机(如RB211 535E4， V2500，PW2037，PW4000等)中，普遍采用可控扩散叶型及 端部过弯叶身的叶片，收到良好的效果。 采用了可控扩散叶型、叶型厚度及曲率按最佳分布，基 本消除了附面层的分离，增加了压气机有效流通面积，提高 了压气机效率。另外，这种叶型的叶弦较宽．前、后绿较厚， 因而抗腐蚀和抗冲击性好． 端部过弯叶身是为了减少叶片两端壁附面层所造成的二 次损失，因而将叶身(包括静子叶片叶身)尖端和根部前、后绕 特别地加以弯曲。 采用了可控扩散叶型．并将叶身两端的前、后缘过度地 弯曲，形成了新一代的高效能叶片，使压气机的级效率及压 气机的特性得到了进一步的提高。 30
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第二章 压气机
在航空燃气涡轮发动机中．一船采用了3种 基本类型的压气机：
• 离心式压气机 气机
转动部分
导风轮、离心叶轮、转轴等
静止部分
进气装置、叶轮前壁、后壁、扩压器、机匣组等
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2.1离心式压气机
典型的离心式压气机的叶轮
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2.1离心式压气机 优点
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2.4 鼓盘式转子
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2.4 鼓盘式转子
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2.5 工作叶片
工作叶片是轴流式压气机重要零件之一，它直接影响压气机的气动 性能、工作可靠性、重量及成本等。由于它不仅受较高的离心负荷、气 动负荷、大气温差负荷及振动的交变负荷影响．同时还受到发动机进气 道外来物的冲击，受风沙、潮湿的侵蚀等、因而在使用中压气机工作叶 片比压气机的其他零部件故障要多得多。因此，无论在设计、制造，还 是使用维修中，在叶片方面耗费的劳动较多，成本也高。 压气机叶片的机身是扭转的 在叶片较长的情况下，为了避免发生危险的共振或颤震，叶 身中部常常带一个减振凸台。一般减振凸台位于距叶根约50％一 70％叶高处。 目前，已有些发动机(如RB211-535E4，V2500等)用宽叶弦的风扇 叶片取代有减振凸台的窄叶弦的风扇叶片，叶片的弦长较原来增加了 40％左右。为了解决重量问题，采用了将钛蒙皮在真空中利用活性扩 散粘合刑枯合在钻蜂窝骨架上的特殊结构。 27
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，所需的启动功率小，多用于小型燃气涡 轮发动机。
缺点
流动损失大，尤其是级间损失更大，不适于用多级， 最多两级，正因为这样，离心式压气机的效率较低。一 般离心式压气机的效率最高只有83％—85％，甚至不到 80％。另外，离心式压气机单位面积的流通能力低，故 迎风面积大，阻力也大。
1．不可拆却的鼓盘式转子 不可拆卸的鼓盘式转子的级间联接常用圆柱面紧度配合加径 向销钉联接和焊接两种方法．这两种方法在完成装配后都不可能 再进行无损分解。在先进的F119发动机上是直接整体加上成型。 WP6．WP7、WP8，WPl 3发动机的压气机都采用了圆柱面紧 度配合加径向销钉联接的鼓盘式转子。这种结构利用热胀冷缩原 理使圆柱面配合后产生紧度，圆柱而加径向销钉保证转子级间联 接后的定心，靠径向销钉和配合而摩擦力传递扭距。 不可拆卸的转子重量轻、结构简单、有足够的横向刚性，能 良好地定心和可靠地传力，因而曾被广泛采用。在结构许可的 条件下，采用焊接或整体加工成型的转子，有利于减轻转子重 量，提高工作可靠性，改进转子的平衡性，便于生产中的质量 控制，是重要的发展方向。 随着焊接技术的发展，在现代先进发动机中采用焊接式转 18 子的逐渐增多
2.5 工作叶片
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2.5 工作叶片
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2.6 榫头
工作叶片通过榫头实现与轮盘的联接。因此，对榫的主 要设计要求是： 1)在尺寸小，重量轻的条件下，将叶身所受的负荷可 靠地传递给轮盘； 2)保证工作时片的准确定位和可靠固定； 3)应有足够的强度、适宜的刚性及合理的受力状态， 尽量避免应力集中 4)结构简单、装拆方便。 目前铀流式压气机转子叶片榫头形式有三种: A）燕尾式 B）销钉式 C)枞树式
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2.4 鼓盘式转子
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2.4 鼓盘式转子
3．混合式的鼓盘传子 所谓混合式的压气机转子是由若干大段组成，每一大 段是由若干级焊接而成的不可拆卸转子、而大段之间是通 过短螺栓联接组成可拆卸的转子。这种形式的转子结构， 兼有可拆卸转子和不可拆卸转子的优点．对制造技术和装 配工艺的要求不太高、同时也给设计者提供了广阔的选择 空间。对于级数较多的压气机，由于压气机前后的温差比 较大．所以要用不同的材料制造。另外．从检查、维修和 更换方便的角度考虑，整体式不可拆卸的转子也多有不利 之处。所以，目前在现代发动机的高压压气机转子中，较 多的还是采用混合式转子。在焊接的转子上，当前、后段 由不同材料制成时，目前均采用螺纹联接方案。
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓式转子
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
盘式转子由一根轴和若干个轮盘组成，用轴将各级轮 盘联成一体。盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。 盘心加工成不同的形式．即用补同的方法在共同的铀上定 心和传扭。转子叶片和轮盘的离心力由轮盘承受．转子的 抗弯刚性由轴保证。盘式转子的优点是承受离心载荷能力 强．但是抗弯刚性差。为了提高转于的抗弯刚性．在盘式 转于中，盘缘间增添了定距环，并将轴的直径加租，称为 加强的盘式转子。
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2.6 榫头
B)销钉式榫头。目前轴流式压气机购销钉式榫头多采用凸耳 铰接的方案。销钉式榫头的优点是工艺装配简单，不用专门 设备加工，对于单个生产和试验用的发动机有一定的优越性。 同时铰接的销钉式榫头是消除叶片危险性共振的有效措施之 一。但这种样头承载能力有限，尺寸和重量大。