6-多级轴流压气机
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多级轴流压气机设计及其特性预估_于晴
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引言
有重要意义。
随着压气机设计技术的发展 , 全三维数值模拟 技术已经取得了 很大的进展 , 得到的流场 信息详 细 , 特性预估可信度高 , 但模型建立复杂 , 计算量 大 , 对计算机性能要求也高 , 主要应用于验证计算。 采用流线曲率法求解完全径向平衡方程, 对多级轴 流压气机进行二维特性预估计算简单, 周期短, 精 度高, 完全能够满足工程应用。 本文采用求解完全径向平衡方程的压气机设计 程序, 考虑了流线曲率和总熵、 总焓的径向梯度, 对 某两级风扇进行了二维特性数值模拟, 并与实验结 果进行了比较, 该实验结果是基 于 NA SA 公开发 表的报告数据。计算表明: 该程序在工程运用中的 有效性及可靠性, 对高推重比发动机压缩机设计[ 1]
第1卷 第4期 2010 年 11 月
航空工程进展 A D V A N CES IN A ER O N AU TICA L SCIEN CE A N D EN G IN EER IN G
V ol1 1 N o 14 N ov 1 2010
文章编号 : 1674 - 8190( 2010) 04 - 379 - 05
Abstract: Based on the data fr om numero us tw o dimensional cascade wind tunnel ex per iment s, a multi stag e ax ial co mpresso r design pro gr am is dev eloped. It aimed at t he numerical analy sis of a tw o - stage transonic ax ial fan using st reamline curv at ur e metho d in o rder to obtain the per for mance cha racteristics. T he calculatio n stations ar e set in the g ap o f blade row s in the mer idian plane. T he results ar e co mpar ed wit h t he ex perimental data. It indicates that the simulatio n can satisfy the engineering needs. T he pr og ram is effectiv e fo r the desig n of multi stage ax ial co mpresso r. Key words: ax ial co mpresso r; st reamline curv atur e metho d; perfor mance predictio n; meridian sur face
飞机发动机维护—轴流式压气机的结构
图5. 轴流式压气机盘式转子
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 3）鼓盘式——由若干个轮盘、鼓筒和前、后半轴组成。盘缘上有安 装转子叶片的榫槽。
图6. 轴流式压气机鼓盘式转子
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 由叶身和榫头组成。 1）叶身——早期有带减振凸台的风扇叶片；后期取消凸台改用蜂窝 夹层材料的宽弦风扇叶片。
图3. 轴流式压气机转子的基本形式
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 1）鼓式——圆柱形或圆锥形筒状结构，外表面有环槽或纵槽用于安 装转子叶片。
图4. 轴流式压气机鼓式转子
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 2）盘式——由轴和若干轮盘组成，盘和盘之间可以螺栓连接或焊接 成整体。盘缘上有转子叶片安装榫槽。
航空涡轮发动机（M5）
压气机
二 轴流式压气机
的结构
PART
过渡页
Transition Page
轴流式压气机由转子组件、静子组件这两大部件组成。根据工作原理， 沿轴向，转子在前静子在后，交错排列从而具有多级。
图2. 轴流式压气机的组成
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 基本形式有鼓式、盘式、鼓盘式。
图7. 风扇叶片
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 2）榫头——有销钉式、燕尾形、枞树形三种形式。
图8. 叶片榫头
2、轴流式压气机的静子
2.1 压气机机匣 机匣有分段式、分半式和整体式三种。
图9. 典型发动机的高压压气机分半式机匣
2、轴流式压气机的静子
2.2 静子叶片
图10. 静子叶片的固定方式
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 3）鼓盘式——由若干个轮盘、鼓筒和前、后半轴组成。盘缘上有安 装转子叶片的榫槽。
图6. 轴流式压气机鼓盘式转子
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 由叶身和榫头组成。 1）叶身——早期有带减振凸台的风扇叶片；后期取消凸台改用蜂窝 夹层材料的宽弦风扇叶片。
图3. 轴流式压气机转子的基本形式
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 1）鼓式——圆柱形或圆锥形筒状结构，外表面有环槽或纵槽用于安 装转子叶片。
图4. 轴流式压气机鼓式转子
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 2）盘式——由轴和若干轮盘组成，盘和盘之间可以螺栓连接或焊接 成整体。盘缘上有转子叶片安装榫槽。
航空涡轮发动机（M5）
压气机
二 轴流式压气机
的结构
PART
过渡页
Transition Page
轴流式压气机由转子组件、静子组件这两大部件组成。根据工作原理， 沿轴向，转子在前静子在后，交错排列从而具有多级。
图2. 轴流式压气机的组成
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 基本形式有鼓式、盘式、鼓盘式。
图7. 风扇叶片
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 2）榫头——有销钉式、燕尾形、枞树形三种形式。
图8. 叶片榫头
2、轴流式压气机的静子
2.1 压气机机匣 机匣有分段式、分半式和整体式三种。
图9. 典型发动机的高压压气机分半式机匣
2、轴流式压气机的静子
2.2 静子叶片
图10. 静子叶片的固定方式
压气机思考题
第一章1.压气机的分类方法有哪些？答:工质的流动方向：轴流式，离心式，斜流式，混合式工质压强提高的程度：风扇，通风机，鼓风机，压缩机工质的性质：气体：压气机，液体，泵2，离心式压气机和轴流式压气机各自的优缺点？,轴流式：优点：1，迎风面积小；2，适合于多级结构；3，高压比时效率高；4，流通能力强；5，在设计和研究方法上，可以采用叶栅理论。
缺点：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。
离心式：优点：1，单级增压比高；2，结构简单、制造方便；3，叶片沾污时，性能下降小；4.，轴向长度小；5，稳定工作范围大。
缺点：3简述压气机的工作原理？工作叶片 扩张通道 对气流做工Lu 回收部分动能气流工作轮压强增加动能上升整流器压强增加流向调整第二章1、 什么是轴流压气机的基元级？为什么要提出基元级概念？答：○1基元级：用两个与压气机同轴并且半径差∆r →0的圆柱面，将压气机的一级在沿叶高方向截出很小的一段，这样就得到了构成压气机级的微元单位—基元级。
○2在基元级上，可忽略参数在半径方向的变化，故利用基元级将实际压气机内复杂三元流动简化为二维模型——降维，便于做研究，故提出了基元级 。
2、压气机基元级增压比和等熵效率如何定义？答：基元级增压比：级静叶姗出口气压和工作轮进口气压之比。
等商效率：气体等熵压缩功与实际耗用功之比。
3、何为压气机基元级的理论功？计算方法有哪些？答：单位质量流体获得的功Lu 即为基元级的理论功。
形式：○1 ○22222221221c c w w Lu -+-=○3*1*2h h Lu -= ○4S f R f L L C C dp Lu ,,2123312+++-+=⎰ρ4、试画出压缩过程的温熵图，并指出理论功、多变压缩功、等熵压缩功和热阻功、摩擦损失功所对应的面积,热阻功是怎么引起的？答理论功Lu=A bd3*fb ；摩擦损失功=A cd3*1*c ；多变滞止压缩功=A bc1*3*fb ；等熵滞止压缩功=A bc3*ifb ；热阻功=A 1*3*3*i ；热阻功引起的原因：○1尾迹损失，上下表面附面层在尾缘回合后形成的涡流，由于粘性作用，旋涡运动消耗动能转变我热能损失；○2尾迹和主流区的掺混，同时由于)(12u u W W u Lu -=粘性作用，使动能转变为热能损失 。
多级轴流压气机加级设计技术及气动性能研究
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｚｅｒｏ—ｓｔａｇｉｎｇ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ；Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．
多级轴流压气机加级设计技术及气动性能研究
符号表
睨’
口．’
０
ｆ
ｃ Ｊ
ｖＩ 屹 ｑ
嘞
占
ｆ 万 只Ｉ
质量加权平均 时间平均
滞止参数
压气机进口，导叶进口 压气机导叶出口，动叶进口 压气机动叶出口，静叶进口 压气机出口，静叶出口 等熵过程 原压气机参数
哈尔滨Ｔ稃大学硕十学何论文
插图和附表清单
插图清单
图２．１原压气机的剖面图………………………………………………………………．．９ 图２．２压气机加级的设计流程…………………………………………………………１４ 图２．３加零级后的通流…………………………………………………………………ｌ ５ 图２．４平面叶栅的命名…………………………………………………………………１６ 图２．５基元级的速度三角形……………………………………………………………１７ 图２．６零级子午流道示意图……………………………………………………………ｌ ８ 图２．７轴向分速度沿级的分布…………………………………………………………１８ 图２．８平面口１‘型几何参数………………………………………………………………２２ 图２．９叶栅中流体微团的径向平衡……………………………………………………２４ 图２．１０零级动叶叶型积叠………………………………………………………………２６ 图２．１１零级动叶………………………………………………………………………．２６ 图２．１２叶片约束设定…………………………………………………………………．．２６ 图２．１３网格划分………………………………………………………………………．２６ 图２．１４吸力面压力分布………………………………………………………………．２７ 图２．１５压力面压力分布………………………………………………………………．２７ 图２．１６原压气机一级动叶的几何气流角……………………………………………．２８ 图２．１ ７零级５０％叶高处Ｓ １流面图…………………………………………………。２８ 图３．１网格独立性验证…………………………………………………………………３６ 图３．２加级前压气机的叶栅流体通道…………………………………………………３７ 图３．３动叶Ｓｌ流面网格图……………………………………………………………．３７ 图３．４动叶顶部间隙网格图……………………………………………………………３８ 图３．５加级后的网格模型………………………………………………………………３８ 图４．１进气蜗壳结构示意图……………………………………………………………４０ 图４．２蜗壳的计算域模型………………………………………………………………４ｌ 图４．３计算域内流线的分布……………………………………………………………４ｌ 图４．４蜗壳出口截面……………………………………………………………………４２ 图４．５零级动叶栅的出口截面…………………………………………………………４３
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｚｅｒｏ—ｓｔａｇｉｎｇ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ；Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．
多级轴流压气机加级设计技术及气动性能研究
符号表
睨’
口．’
０
ｆ
ｃ Ｊ
ｖＩ 屹 ｑ
嘞
占
ｆ 万 只Ｉ
质量加权平均 时间平均
滞止参数
压气机进口，导叶进口 压气机导叶出口，动叶进口 压气机动叶出口，静叶进口 压气机出口，静叶出口 等熵过程 原压气机参数
哈尔滨Ｔ稃大学硕十学何论文
插图和附表清单
插图清单
图２．１原压气机的剖面图………………………………………………………………．．９ 图２．２压气机加级的设计流程…………………………………………………………１４ 图２．３加零级后的通流…………………………………………………………………ｌ ５ 图２．４平面叶栅的命名…………………………………………………………………１６ 图２．５基元级的速度三角形……………………………………………………………１７ 图２．６零级子午流道示意图……………………………………………………………ｌ ８ 图２．７轴向分速度沿级的分布…………………………………………………………１８ 图２．８平面口１‘型几何参数………………………………………………………………２２ 图２．９叶栅中流体微团的径向平衡……………………………………………………２４ 图２．１０零级动叶叶型积叠………………………………………………………………２６ 图２．１１零级动叶………………………………………………………………………．２６ 图２．１２叶片约束设定…………………………………………………………………．．２６ 图２．１３网格划分………………………………………………………………………．２６ 图２．１４吸力面压力分布………………………………………………………………．２７ 图２．１５压力面压力分布………………………………………………………………．２７ 图２．１６原压气机一级动叶的几何气流角……………………………………………．２８ 图２．１ ７零级５０％叶高处Ｓ １流面图…………………………………………………。２８ 图３．１网格独立性验证…………………………………………………………………３６ 图３．２加级前压气机的叶栅流体通道…………………………………………………３７ 图３．３动叶Ｓｌ流面网格图……………………………………………………………．３７ 图３．４动叶顶部间隙网格图……………………………………………………………３８ 图３．５加级后的网格模型………………………………………………………………３８ 图４．１进气蜗壳结构示意图……………………………………………………………４０ 图４．２蜗壳的计算域模型………………………………………………………………４ｌ 图４．３计算域内流线的分布……………………………………………………………４ｌ 图４．４蜗壳出口截面……………………………………………………………………４２ 图４．５零级动叶栅的出口截面…………………………………………………………４３
多级轴流压气机内部噪声测试及频谱演化特征分析
气机 上发 现 了转子 叶 片非 同步振 动 现 象 ， 用 旋 并 转不 稳 定 性 理 论 对 叶 片 振 动 机 理 做 了解 释 ； ２ ０ 年 ， ｉｃ 人 提 出 叶 尖 流 动 不 稳 定 性 激 ０ １ Ｍａａｈ等 ｌ 励 空腔声 模态 ， 而 激起 叶片非 同步 振动 ＿ ；０３ 从 ４ ２ ０
（ 件试验 中的位置 ２ ， 部 ） 一级 转子 叶片 正上方 （ 部
致 的叶尖 间 隙流 不 稳 定 性 诱 发 了 叶 片非 同 步 振
动 ；０ ７年 ， ａ ｈ ｍａｓ ２０ Ｊ ｎＴ ｏ ｓｉ ｅ ｎ等人 提 出叶尖 间隙 流 与声波 反馈 现象 的耦合诱 发转子 叶 片非 同步 振
（ ａｕｔ ｏ ｒｓａｅＥ ｇｎｅ ｎ ， ｈｎ ａｇＡ ｒｓａｅＵｎｖｒｔ ，ｈ ｎ ａｇ１０３ ） Ｆｃ ｌ ｆ ｏｐｃ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ｅ ｙｎ ｅｏｐ ｃ ｉｅｓｙ Ｓ ｅｙｎ １ １６ ｙ Ａｅ ｉ ｉ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｓｐ ｐｅ ａｎｌ ｎ ｅ ｔ ｔｓ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｈｅ ｎ ｉｅ ｉ ｅ ｃ ｍ ｐ ｅ ｓ ｒｂ ｆ ｒ ｎ ｆｅ ｉ ａ ｒｍ ｉ ｙ ｉ ｖ ｓｉ ｅ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｔｃ ｆ ｔ ｏ ｓ ｎ ｔ ｏ ｇａ ｉ ｈ ｒｓｏ ｅｏ ｅ ａ ｄ ａ ｒ ｔ
中 图 分 类 号 ： ２２ ４ Ｖ ３ ． 文献标志码 ： Ａ
ｄ ｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ２ ９ ｏ ： ３ ６／ ． ｓ ．０ ５—１４ ．０ ２ ０ ．０ ０ ｓ ２ ８２ １．４ ０ ３
Ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｎｄ ｆ ｅ ｕｅ ｃ ｐ ｃ ｒ ａ ｕｒ ｍ ｎｔａ ｒ ｑ ｎ ｙ ｓ ｅ ｔ ｕｍ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｎａ ｙ ｉ ｆ ｔ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｈｅ
轴流压气机原理教学课件
3
学术竞赛
参加学术竞赛也是锻炼学生实践能力的有效途径 ，通过竞赛可以提高学生的竞争意识和团队合作 精神。
THANKS
感谢观看
数据分析
实验后，应指导学生进行数据分析和处理，通过数据分析来验证 轴流压气机的工作原理和性能特点。
学生实践与项目
1 2
课程设计
在课程设计中，可以要求学生设计一款新型的轴 流压气机，通过设计过程来加深对轴流压气机原 理和设计的理解。
科研项目
鼓励学生参与科研项目，通过实际的项目经验来 提高对轴流压气机的应用能力和创新能力。
环保化
开发低噪声、低排放的压气机，满足 日益严格的环保要求。
05
轴流压气机的教学资源与实验
教学资源推荐
01
教材
推荐使用《轴流压气机原理与设计》等教材，这些教材系统介绍了轴流
压气机的基本原理、设计方法、性能分析等内容，是学习轴流压气机原
理的重要参考书。
02
在线课程
推荐参加一些在线课程，如中国大学MOOC上的相关课程，这些课程
02
轴流压气机的工作原理
转子工作原理
转子结构
轴流压气机的转子由多级叶片组成，叶片呈螺旋 形排列，安装在转子叶片轮盘上。
工作原理
转子叶片在高速旋转时，将空气吸入压气机，并 在叶片的压缩作用下，将空气向前推进。
压缩过程
转子叶片通过不断旋转，对空气进行连续压缩， 使空气压力和温度逐渐升高。
静子工作原理
材料选择
选用轻质、高强度的材料，减 轻压气机重量，提高其性能。
控制策略
采用先进的控制策略，实现压 气机的智能调控，提高其响应
速度和稳定性。
未来发展趋势
高效化
第4章 轴流式压气机-2013
Luadb
Lu
h 4 adb
ห้องสมุดไป่ตู้h1
h4 h1
C p (T4adb T1 ) Cp (T4 T1 )
T1 (T4adb T1 1) (T4 T1 )
k 1
T1 (
(T4
k 1) T1 )
二、特性曲线
自变量——流量 参变量——转速 因变量——压比、效率
等效率线 堵塞线 喘振线
(nc )s
m T1 P1
m cor 298K 100kPa
m cor m
T1 100kPa 298K P1
T1, P1 是环境温度和压强
折合流量、折合转速，消除了环境因素的影响
将真实流量换成折合流量，真实转速换成折合转速， 得到通用特性曲线。
5.气体在轴流式压气机中的流动与损失
气流流过叶片前缘时分为两股：分别流向叶背和叶腹； 由于叶背和叶腹型线不同所以两股气流的速度也不同，叶背 气流速度高，局部可达超声速，叶腹气流速度低.
掺混，调匀损失
平面叶栅中的叶型损失（调匀损失+激波损失） （a）叶型腹面与背面附面层情况 （b）叶栅通道的激波
气流流过叶片时除平面叶栅的损失外，还有以下损失： （1）摩擦损失 （2）机械功损失；
第四章 轴流式压气机工作原理
轴流式压气机主要用于燃气轮机和大型船用发动机增压器；
轴流机结构
多级轴流式压气机剖面图 1-导向器 2-轮盘 3-工作叶片 4-机壳 5-整流叶片 6-转子轴
空气在轴流式压气机中的流动方向大致平行于工作轮轴； 结构上容易组织多级压缩，以每一级都较低的增压压力比
1. 环形叶栅和平面叶栅： 通道面积，进出叶栅的相对速度
工作轮
整流器
轴流式压气机特性课件PPT
05:19:40
Pstj
4000 3000 2000 1000
0 -1000 -2000 -3000
4000-0.5 3000 2000 1000
0 -1000 -2000 -3000
-0.5
0.0 0.0
05-3-15 (Channel)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0.5
stall_poi75页
目前燃气轮机中采用的压气机，由于设 计工况下的压比较大，流向动叶片的气流相 对速度已经很大，增大空气流量（变工况） 时，在流道的喉部截面（最小截面）上速度 很快达到局部声速而“阻塞75页
四类非设计工况分析之二
12
第13页/共75页
3.四类非设计工况分析之一
cza c1a
1
z n
const
•（一），在设计转速，工作 点位于红点处。此时流量大于 设计值，压比小于设计压比。 第一级流量系数大于设计值， 由于各级压比小于设计值，导 致后面级流量系数加速放大， 并容易出现堵塞。这也是多级 压气机的特性线要更陡峭一些 的原因。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
288.16
（2）压气机折合转速： ncor1 n T0
（3）压气机增压比为：
* k1
（4）绝热效率计算如下：
P1*
P0*
1*
k 1
(
* k1
)
k
1
T1* T0*1牛牛文档分享第23页/共75页
T0* 288.16
22
以换算（折合）参数表示的轴流压气机的通用特性
n ncor T0 288.16
当流量减少时，动叶排中的某几个叶片可能率先出现分离，于是这些叶片前面出现了明显的气流阻塞现象，受阻滞的气流区使周围的
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叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
四、流量修正正系数
压气机设计中引用流量贮备系数Km进行环壁附面 层位移厚度修正，将通道环形面积放大到Km倍（Km1— 1.0），以保证各通道截面的平均轴向速度设计值。 现代压气机设计采用耦合环壁附面层的三元流场 计算方法，大大改善了压气机的性能，包括效率提高 和失速裕度增加。
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
3. 中间级
由于中间级压气机的总温已经增高，一般不容易出 现马赫数超限问题。此外，中间级压气机的轮毂比也 适中，压气机效率较高，所以，在多级轴流压气机设 计中，一般在中间级压气机中分配的加功量最大（除 进口超、跨声级以外）。还应该指出，在发动机的非 设计状态下工作时，中间级压气机的速度三角形变化 较小，不易失速，效率高。
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
§7.2多级轴流压气机的增压比与效率 一、增压比
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
二、多级效率
多级压气机的效率和 单级压气机效率之间的 关系与多级压气机效率 的定义和单级压气机效 率的定义一样，也是等 熵功和轮缘功之比。
多级压气机效率定义图
叶轮机械原理
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
总结 1、多级轴流压气机的效率及参数。 2、附面层对多级压气机流量的影响。 3、多级压气机通道形式。 下节课内容 第八章压气机的特性与调节
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
§7.4轴流压气机通流形式
1、等外径通道，其优点是各级 平均半径逐级加大，因而有利于 增加各级作功能力。 2、等内径通道，它适用于小流 量压气机，有利于增大后面级压 气机叶片的高度。 3、等中径通道，它是上述两种 方案的折衷。
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
二、轴向速度变化对速度三角形的影响
在端壁区，轴向速度因粘性而减 小，加功量加大
在中心区，轴向速度大于设计 值，加功量减小
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
三、轮缘功修正系数（减功系数） 由于附面层引起的轴向速度变化而使得加工 量发生了变化，总的效果是使轮缘功降低。一般 考虑设计计算时增加加工量来加以修正。该修正 量叫做轮缘功修正系数。 KL范围为：第一级——0.97， 后面级——0.91。 所以，轮缘功Lu=lud/ KL.
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
主要内容 1、为什么采用多级压气机？ 2、多级轴流压气机的效率及参数。 3、附面层对多级压气机流量的影响。 4、多级压气机通道形式。 5、多级压气机设计过程中参数的选择。 学时 2学时
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
为什么采用多级压气机？ 1、压比越高燃机效率越高。 2、单级压比较低，一般为1.3左右。
燃机循环T-S图
理想简单循环热效率
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
§7.1多级轴流压气机设计概要 （一）多级轴流压气机气动设计的主要要求和设计 思想 尺寸小、重量轻、性能好、安全可靠是对压气机 的基本要求，在压气机的气动设计中上述要求可归 纳为：在保证压气机安全可靠工作的前提下（应有 足够的失速裕度等），使压气机具有高的级加功量 （因而压气机级数少、重量轻、轴向尺寸小），高 的流通能力（压气机径向尺寸小）和高效率。
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
多级轴流压气机是由各个单级组成，所以就多级轴 流压气机的任何一个级而言，其基元级和级的气动设计 原理和单级的完全相同，这就是多级压气机和单级压气 机的共同点。 但是，许多个单级按照一定次序组成多级压气机以 后，由于各个级在流程中的位置不同，它们的几何尺寸 特征和进口参数是各不相同的，因而形成了多级轴流压 气机中各个级的特殊性。由于有这个特殊性，各级的参 数（包括加功量的分配、轴向速度的选定等）都有不同， 本节从多级轴流压气机设计及其工作特点两个方面加以 介绍和讨论。
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
2、 后面级，多级轴流压气机的后面级的工作条 件和特点跟第一级压气机完全不一样，其区别 为：
（1）气体流经压气机各级以后，总压总温大大提高，后面级压气机 一般不存在马赫数超限和叶栅堵塞问题。但是，压气机后面级的 叶片很短（后面级压气机轮毂比可高达0.85-0.90），因此二次流 和环壁附面层引起的损失非常严重。 （2）多级轴流压气机的后面级偏离设计工作点很远且为大的正攻角， 因而喘振首先发生在后面级压气机。 （3）由于通道环壁附面层是逐级加厚的，它所引起的轴向速度变形 问题愈往后愈严重。 （4）最后一级压气机和燃烧室相连，故最后一级压气机轴向速度较 低，在一定加功量前提下，后面级压气机的反力度容易偏大。
——第七章 多级轴流压气机
由上图可以看出： 由单级压气机效率定义：
所以得：
所以多级效率为：
叶轮机械原理
——第七章 多级轴流压气机
二、多级效率与单级效率大小比较
多级压气机效率比各个分级的级效率（或诸分级的平均 级效率）低。
由上图可以看出： 式中： ——多级压气机的等熵压缩功 ——分别代表第1级、第2级和第3级 压气机的级增压比。 诸分级的等熵功之和为： 由于： 所以： 即： 即：
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——第七章 多级轴流压气机
§7.3附面层对多级压气机流量的影响 一、附面层引起的轴向速度的分布
右图为环壁附面层 引起的轴向速度变 形示意图。由于附 面层逐级变厚和流 动通道的逐渐减小， 因此，越往后轴向 速度分布变形越大。
环壁附面层引起的轴向速度分布变形
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Hale Waihona Puke ——第七章 多级轴流压气机
4、现代高涵道比风扇发动机的风扇压 气机流路示意图，低压压气机内外径 均大大增加，以增大切线速度。
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——第七章 多级轴流压气机
§7.5多级压气机气动参数的分配 一、轴向速度的变化规律
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二、轮缘功的分配规律 三、其他参数的分配规律（10条，自己看 书）
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——第七章 多级轴流压气机
（二）多级轴流压气机中各个级的特点 1、第一级
（1）流入第一级压气机的气体未经增压，密度小，在流过同样 的空气量前提下，第一级需要流通面积最大； （2）气流马赫数容易达到临界值。 （3）发动机在偏离设计状态下工作时，第一级压气机的进口流 动情况（气流方向和大小）偏离设计点最远。 （4）第一级压气机（或风扇）动叶最长，强度和振动问题多。
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——第七章 多级轴流压气机
为分析比较方便起见，假定各单级压气机效率相同，即
根据合比定理，得：
所以，得：
即：多级压气机效率比各个分级的级效率（或诸分级的平均级效率）低。
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——第七章 多级轴流压气机
原因分析： 从以上推证可以看出，所谓多级压气机效率比诸分级压 气机效率低的原因，完全是由于效率定义中的等熵功不同而 引起。 多级压气机效率定义中的等熵功是由T0*出发的等熵线上 的相应点总温计算而得的，而各分级压气机效率定义中的等 熵功则是由各级的实际初始温度值Ti *计算的。显然，实际 过程终了的温度当然比对应于相同增压比和相同起始温度条 件下的等熵过程终了的温度为高。 目前：多级压气机的效率约为：0.88左右，如**燃气轮 机高、低压压气机效率分别为：0.8662和0.8666。