第10次课压气机(3)
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压气机的热力过程概述和工作原理
二、余隙容积VC对理论耗功的影响
功＝面积12341 ＝面积12561－面积43564
p 5
VC
3
2
设12和3 4两过程n相同
6
Wt
n n 1
p1V1
1
p2 p1
n1 n
4 V3
1 V
V1 V
n n 1
p14V4
1
p23 pp14
n1
n
p2 p3 p1 p4
Wt
n n 1
理想气体热力过程的p-v,T-s图
pT s v
T
sv
n0
p
n0 T
n 1
n 1
1 n k
p
nk
n
nvBiblioteka nk s可能的压气过程
(1)特别快，来不及换热 s n k
(2)特别慢，热全散走 T n 1 (3)实际压气过程 n 1 n k
p
p2
2T
2n
2s
p1
T
2n 2T
1 v
2s p2
p1
1 s
二、 理论耗功
以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa， =0.04 计算。
单级压缩 二级压缩
1
1
V 1 n 1 1 0.04 251 1 0.04
l h
p2 5 p1
1 2
V V ,l V ,h 1 0.04 51 1 0.706
例题1
活塞式压气机把0.1MPa，298K的空气加压到2.5MPa。 试
1
0.525
二级压缩，中间冷却
若取 pa 0.2MPa
l
pa p1
0.2 0.1
压气机知识点
压气机知识点什么是压气机？压气机是一种将气体压缩为高压气体的设备。
它通过增加气体的压力，将其压缩到所需的压力水平，用于多种应用，如供应工业设备、空气压缩和气体输送等。
压气机的工作原理压气机的工作原理很简单。
它通过不断减小气体的体积来增加气体的压力。
这个过程可以分为以下几个步骤：1.吸气：压气机通过一个吸气阀门将空气吸入压缩室。
2.压缩：一旦气体进入压缩室，活塞或转子开始运动，减小气体的体积。
这会导致气体压力的增加。
3.排气：一旦气体被压缩到目标压力，排气阀门打开，将压缩气体释放出来。
压气机的类型压气机有多种类型，其中常见的包括：1.往复式压气机：往复式压气机通过活塞的上下运动来压缩气体。
这种类型的压气机通常用于较小的应用，如汽车维修和家用工具。
2.螺杆式压气机：螺杆式压气机使用两个螺杆来压缩气体。
这种类型的压气机通常用于较大的应用，如工业生产和建筑工地。
3.离心式压气机：离心式压气机利用旋转的离心力将气体压缩。
这种类型的压气机通常用于高压应用，如空气冷却系统和空气分离。
压气机的应用压气机广泛应用于各个领域，其中一些常见的应用包括：1.工业生产：压气机用于供应工业设备，如机械设备和生产线。
它们可以为这些设备提供所需的压缩空气。
2.空气压缩：压气机用于将空气压缩成高压气体，以供应给其他设备或用于工艺过程中。
3.气体输送：压气机可以用于将气体输送到需要的地方，如燃气输送或气体供应系统。
压气机的维护和保养为了确保压气机的正常运行和延长其使用寿命，需要进行定期的维护和保养。
以下是一些常见的维护和保养步骤：1.清洁：定期清洁压气机的各个部件，以去除积聚的灰尘和污垢。
这可以提高压气机的效率并减少故障的发生。
2.润滑：确保压气机的润滑系统正常运行。
定期更换润滑油，并根据厂家的建议进行润滑油的添加。
3.检查和更换部件：定期检查压气机的关键部件，如活塞、阀门和密封件。
如有必要，及时更换损坏或磨损的部件。
4.温度控制：注意压气机的运行温度，确保其在正常范围内。
第10次课 压气机 (3)
12
喘振机理 当多级轴流式压气机中的某些级产生旋转失速并进一
步发展时，压气机整个通道受阻，阻碍前方气流流入，使 气流拥塞在这些级的前方。与此同时，由于前方气流暂时 堵塞，出口反压不断下降，当出口反压比较低时，压气机 堵塞状况被解除，被拥塞的气流克服了气体惯性一拥而下， 于是进入压气机的空气流量又超过了压气机后方所能排泄 的流量，压气机后方空间里的空气又“堆积”起来，反压 又急剧升高，造成压气机内气流的再次分离堵塞。
32
4、双转子或三转子压气机
第五节 压气机气流控制系统
➢ 压气机容易发生喘振的工作状态和外部条件 起动及低功率状态 发动机转速（推力）下降过程 民用飞机打开反推 军机打开加力 歼击机作大过载机动飞行 使用操作不当
➢ 措施：中间级放气，双转子，进口可调导流叶片和多级 可调整流叶片并用——气流控制系统
29
4、双转子或三转子压气机
为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾，人们很 自然的想到了三转子结构。所谓三转子就是在双转子发 动机上又多了一级风扇转子。这样，风扇、低压压气机 和高压压气机都自成一个转子，各自都有各自的转速。 因此，设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、 风扇直径以及涵道比。而低压压气机的转速也就可以不 再受风扇的掣肘。
➢ 将压气机分成两个或三个转子，分别由各自的涡轮来带动，使
得一台高增压比的压气机成为两个或三个低增压比的压气机。
4、双转子或三转子压气机
为了提高压气机的工作效率并增加发动机喘振裕度， 人们想到了用双转子来解决问题，即让发动机的低压压气 机和高压压气机工作在不同的转速之下，这样低压压气机 与低压涡轮联动形成低压转子，高压压气机与高压涡轮联 动形成高压转子。由于低压压气机和高压压气机分别装在 两个同心的传动轴上，当压气机的空气流量和转速前后矛 盾时，它们就可以自动调节，推迟了前面各级叶片上的气 流分离，从而增加了喘振裕度。
第5讲 压气机 ppt课件
•在静子叶片中的增压原理：减速增压
•在转子叶片中的增压原理：加功气机压缩功
根据能量方程，在绝热的条件下，外界加入气体的 功等于气体静焓增量及动能增量之和：
气体静焓增加是由于相对运动速度减小以及在旋转 坐标系中气流所处半径变化所致
压气机基元级对空气所作的功
3.1 压气机 (1)离心式压气机
图为早期涡轮喷气发 动机上的一个双面进 气离心式压气机。它 由进气系统、叶轮、 扩压器和集气管等四 部分组成。压气机通 过中间轴与涡轮相连 接。为了增加进气量 ，采用双面进气的叶 轮，这对于平衡作用 在轴承上的轴向力也 有好处。
叶轮的进口部分，为迎合气流相对运动的速度方向，做成向旋转 方向前弯。工作轮叶片之间呈径向辐射状的通道，气流通过工作 轮增加速度和压力。
流动损失
③端面损失：在叶型通道内壁和外壁形成附面层而引 起的摩擦损失称为端面损失。
④二次流动损失：由于叶栅通道中叶型凹部的压力高 于叶背部的压力，使一部分气体通过外壁和内壁附面 层从叶凹部流向叶背部，这种在附面层内发生气体潜 流而引起的损失称为二次流动损失。
⑤径向间隙损失：由于工作轮叶片和外壁之间有径向 间隙，一小部分气体通过径向间隙泄漏，使压气机效 率降低。
③通过测量压气机轴的扭矩和转速来计算压气机功 ④测量压气机进、出口气流的总温，然后用下式计算
用此式计算，无论压气机效率高低，其结果 总是正确的
为了降低燃气轮机的耗油率，压气机的增压比需要不 断提高；为了减轻燃气轮机的重量，希望尽量减少压气机 的级数。于是提高压气机各级增压比就显得十分重要。
只有增加压气机基元级对单位质量气体所作的功，才 能提高压气机基元级的增压比。
•③采用双轴或三轴结构。将压气机分成二个或三个转子 ，分别由各自的涡轮来带动，于是一台高增压比的压气机 就成为二个或三个低增压比的压气机。
•在转子叶片中的增压原理：加功气机压缩功
根据能量方程，在绝热的条件下，外界加入气体的 功等于气体静焓增量及动能增量之和：
气体静焓增加是由于相对运动速度减小以及在旋转 坐标系中气流所处半径变化所致
压气机基元级对空气所作的功
3.1 压气机 (1)离心式压气机
图为早期涡轮喷气发 动机上的一个双面进 气离心式压气机。它 由进气系统、叶轮、 扩压器和集气管等四 部分组成。压气机通 过中间轴与涡轮相连 接。为了增加进气量 ，采用双面进气的叶 轮，这对于平衡作用 在轴承上的轴向力也 有好处。
叶轮的进口部分，为迎合气流相对运动的速度方向，做成向旋转 方向前弯。工作轮叶片之间呈径向辐射状的通道，气流通过工作 轮增加速度和压力。
流动损失
③端面损失：在叶型通道内壁和外壁形成附面层而引 起的摩擦损失称为端面损失。
④二次流动损失：由于叶栅通道中叶型凹部的压力高 于叶背部的压力，使一部分气体通过外壁和内壁附面 层从叶凹部流向叶背部，这种在附面层内发生气体潜 流而引起的损失称为二次流动损失。
⑤径向间隙损失：由于工作轮叶片和外壁之间有径向 间隙，一小部分气体通过径向间隙泄漏，使压气机效 率降低。
③通过测量压气机轴的扭矩和转速来计算压气机功 ④测量压气机进、出口气流的总温，然后用下式计算
用此式计算，无论压气机效率高低，其结果 总是正确的
为了降低燃气轮机的耗油率，压气机的增压比需要不 断提高；为了减轻燃气轮机的重量，希望尽量减少压气机 的级数。于是提高压气机各级增压比就显得十分重要。
只有增加压气机基元级对单位质量气体所作的功，才 能提高压气机基元级的增压比。
•③采用双轴或三轴结构。将压气机分成二个或三个转子 ，分别由各自的涡轮来带动，于是一台高增压比的压气机 就成为二个或三个低增压比的压气机。
燃气轮机教学ppt课件6压气机
轴流式压气机
n 一个亚声速级的压比只有1.05~1.28左右， n 一个超声速级的压比为1.5~2.0。 n 通常轴流式压气机都是多级的。
轴流式压气机
排气
T
排气
B轴
15级
B
C
进气
轴
进气
叶片越来越短 能量损失增加
离心式压气机
n 单级的压比高达3~8 n 但气体流动路线较曲折， 压缩效率较
低75％~85％。 n 受到材料强度的限制，工作叶轮的外
盘承受，使转子强度好。还可能达到最轻的质量。
在燃气轮机中应用广泛。 径向销钉转子 焊接转子
中心拉杆转子
径向销钉转子
盘鼓式转子
径向销钉孔周围应力集中 较严重，可能会产生裂纹。
径向销钉
主要在航空燃气轮机应用， 在重型燃机上基本不用。
花键传扭
盘鼓式 盘式
盘鼓式转子
焊接转子
—把轮盘在轮缘处焊接起来。
一个轮盘上装有数级动叶。 重型燃气轮机：电弧焊，工艺要求高。
二、压气机分类
活塞式压气机(又称容积式)
—利用气体容积的减少增压
供气压力较高 供气量较小 周期性的断续供气
伴随往复运动的振动
动力式压气机(又称叶片式)
—依靠高速旋转的叶片对气体做功实现压缩增压
供气压力相对低些 但供气量较大，且连续稳定
轴流式 气体流动方向大致平行于压气机旋转轴 离心式(径流式) 气体流动方向大致与旋转轴相垂直 混合式 同时具有轴流式与离心式工作轮叶片。
径向及圆周方向上都有梯度，且随时间而变，还需考虑气体粘性。
n 简化处理： n 取基元级，将三维流动简化为二维圆柱面流动的叠加； n 进一步简化： ①假设气流参数轴对称，或取周向平均值； ②气流的
第3章压气机.docx
第3章压气机3. 1概述3. 2轴流式压气机转子3. 3轴流式压气机静子3. 4压气机防喘系统3. 5压气机附属装置3.6压气机主要零件的常用材料3. 7离心式压气机＞功用：给气体做功，提高气体压力＞主要指标：增压比、效率、可靠性、维修性、外廓尺寸和重量等。
＞压气机基本类型：轴流式一WP6, WP8, WP7,WP13,斯贝离心式——WP5 混合式一ALF502根据转子的数目：单转子一WP6, WP双转子一WP7, WP13,斯贝三转子本课程主要研究轴流式压气机结构，对离心式和混合式只做一般介绍。
＞轴流式压气机■转子:高速旋转对气流做功的组合件。
•低压转子双转子涡扇发动机中，低压转子就是风扇转子或风扇转子和低压压气机转子的组合•高压转子■静子•包括机匣和整流器单转子涡喷发动机中：进气装置、整流器机匣和扩压器机匣双转子压气机中：进气装置、整流器机匣、扩压器机匣分流机匣（将内、外涵道的气流分开）中介机匣（将气流由低压引入高压）中压压气机图3 ■“典型的三转子压气机鳥压压气机来自淇轮的中压轴传动低压釉传动来自涡轮的高压传动3. 2轴流式压气机转子3.2.1转子的基本结构形式＞转子设计的基本矛盾■尺寸小、重量轻■转速高、负荷大■惯性力和力矩、气体力（轴向力和扭矩）＞要求■可靠的强度和结构刚性■良好的定心、定位■传力、传扭可靠■良好的平衡性＞基本结构形式：鼓式、盘式、鼓盘式3. 2轴流式压气机转子S 3. 5作用在压气机转子上的主要负荷肌一亀力；F,—机动芟行时的倾性力$ P*—•轴向力彳M(.—机动飞籽时的陀蚪力矩* 几一叶片的离心力］皿丁一转犷的扭矩* F K—转子质联的离心力(未标出)图玉6压气机转子的基本型式鼓式■ <b)fe式E (C加强的盘式$(d>鼓盘式3. 2轴流式压气机转子3.2.1转子的基本结构形式1 ■鼓式转子豉式转子（见图3.6（a））的基本构件是一圆柱形、橄榄形或圆锥形鼓筒（视气流通道形式而定八借安装边和螺栓与前■后半釉联接。
第3章(第一节)-压气机的原理和特性PPT课件
➢ 叶栅的失速
——叶栅中体积流量减小时，叶栅背面边界层发生严重 脱离，以致脱离区占据大部分流道并引起流动损失急剧 增大的现象，称为叶栅的失速。
当压气机的某一级或某列叶栅失速时，压气机就进 入失速状态。
➢ 叶栅失速的特征
①一般先发生在叶栅的若干局部区域； ②局部失速区不是静止不动的，而是围绕压气机叶轮的 轴线，以低于叶轮的速度与叶轮同向旋转； ③失速区的圆周速度一般为叶轮圆周速度的20%～80%， 对多级轴流式压气机为40%~60%。 ④在相对坐标系中，失速区以相对速度u’朝叶栅运动的 相反方向传播。
17
4.压气机级中的能量转换关系
➢ 级中能量转换计算
✓ 动叶栅加功量(对单位质量气体)
wc
uwu
c
2 2
2
c
2 1
w
2 1
2
w
2 2
c
2 2
2
c
2 1
q1
p2 vd p
p1
c
2 2
2
c
2 1
q1
p2 1 d p p 1
c
2 2
2
c
2 1
q1
p2 p1 12
2021/5/21
➢ 流量特性线Βιβλιοθήκη 缺陷：流量为自变量、转速为参变量 绘制的压气机流量特性线只适 用于一定几何尺寸和进气条件 的压气机，若压气机尺寸或进 气条件改变，需通过重新实验 获得特性线，应用不便。
➢ 通用特性线：
用压气机对应的定性准则数为 自变量绘制出压气机的通用的 压比特性线和效率特性线。
“通用的”内涵： 无论压气机的尺寸
三个特征截面：
级前1、级间2和级后3
2021/5/21
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
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目的：当压气机在非设计状态工作时，通过改变叶片角度（或叶身 扭转）来使压气机进口预旋量相应改变，使第一级转子叶片进口气流 的攻角恢复到接近设计状态的数值，消除了叶背上的气流分离，避免 喘振。
航空发动机原理和结构
2、旋转一级或数级导流叶片（可调静子叶片） 进口可转的导流叶片或变弯度导流叶片
航空发动机原理和结构
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航空发动机原理和结构
4、双转子或三转子压气机
为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾，人们很 自然的想到了三转子结构。所谓三转子就是在双转子发 动机上又多了一级风扇转子。这样，风扇、低压压气机 和高压压气机都自成一个转子，各自都有各自的转速。 因此，设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、 风扇直径以及涵道比。而低压压气机的转速也就可以不 再受风扇的掣肘。
2 、 间隙控制装置
目的：减少叶尖漏气，进一步提高发动机的性机匣，外层承力件，内 层是压气机气流通道外廓，双层间形成环形腔。在发 动机不同状态下，向环形腔内通以不同温度和压力的 空气，与转子内腔配合，使机匣与转子的径向变形协 调一致，从而保证较小的间隙值。
优缺点：比较简单、效果好。 使用中不经济，需要把已经压缩过（10～25%）的空气放 到周围大气中去，损失了压缩这部分空气的机械功。不经 济。
航空发动机原理和结构
解决方法：1、中间级放气
放气活门
18
航空发动机原理和结构
放气带
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航空发动机原理和结构
WP—6放气窗口
20
航空发动机原理和结构
2、旋转一级或数级导流叶片（可调静子叶片） 进口可转的导流叶片或变弯度导流叶片
航空发动机原理和结构
一、压气机喘振
压气机喘振是气流沿压气机轴向发生的 低频率、高振幅的气流振荡现象，它产生 很大的激振力，导致强烈的机械振动，破 坏性很大。
4
航空发动机原理和结构
压气机喘振的主要特征
音调低而沉闷； 非常强烈的机械振动； 转速不稳定； 推力突然下降并大幅波动。 压气机出口总压和流量大幅度波动；
32
航空发动机原理和结构
4、双转子或三转子压气机
为了千方百计提高压气机的喘振裕度，除了采用双 转子压气机外，中间级放气以及机匣处理等措施已逐渐 被广泛运用。在很多现代化的发动机上人们都保留了放 气活门以备不时之需。比如在JT9D涡扇发动机上，普拉 特·惠特尼公司就分别在高、低压压气机的第4、9、15 级上保留了三个放气活门。"昆仑"发动机也采用了先进 的机匣处理措施，以及数字式防喘控制系统。
航空发动机原理和结构
13
航空发动机原理和结构
喘振机理 当多级轴流式压气机中的某些级产生旋转失速并进一
步发展时，压气机整个通道受阻，阻碍前方气流流入，使 气流拥塞在这些级的前方。与此同时，由于前方气流暂时 堵塞，出口反压不断下降，当出口反压比较低时，压气机 堵塞状况被解除，被拥塞的气流克服了气体惯性一拥而下， 于是进入压气机的空气流量又超过了压气机后方所能排泄 的流量，压气机后方空间里的空气又“堆积”起来，反压 又急剧升高，造成压气机内气流的再次分离堵塞。
航空发动机原理和结构
第五节 压气机气流控制系统 一般组成：
放气系统（起动放气，程序放气，打开反推放气） 可变静子叶片系统
航空发动机原理和结构
第六节 压气机附属装置
1、 封气装置 2 、间隙控制装置 3 、防冰系统
航空发动机原理和结构
1、 封气装置
目的：避免压气机转子和静子之间的级间漏 气损失，提高压气机效率。 有效措施：减少漏气面积和减少压力差 密封装置分类 接触式：涨圈式密封 非接触式：
热空气、滑油和电加热混合型防冰
航空发动机原理和结构
航空发动机原理和结构
不需要采用防冰措施
航空发动机原理和结构
第七节 离心压气机
离心式压气机由导风轮、叶轮、扩压器等组成(下图)。
52
航空发动机原理和结构
第七节 离心压气机
空气由进气道进入压气机、经过与叶轮一起旋转的 导风轮的导引进入叶轮。在高速旋转叶轮作用下，空气 由叶轮中心被离心力甩向叶轮外缘，压力也逐渐提高， 由叶轮流出的空气进入扩压器后速度降低，压力再次提 高，最后由出气管流出压气机。
53
航空发动机原理和结构
第七节 离心压气机
航空发动机原理和结构
第七节 离心压气机
离心式压气机的空气流量为数公斤至数十公斤每秒。 亚音速离心式压气机的增压比约为4.5,超音速离心式压气 机可达8～10，效率约为0.78。
55
航空发动机原理和结构
第七节 离心压气机
离心式压气机的特点及应用
与轴流压气机相比具有迎风面积尺寸大、效率低的特点 不宜用于高速飞行的大推力发动机上
30
航空发动机原理和结构
4、双转子或三转子压气机
为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾，人们很 自然的想到了三转子结构。所谓三转子就是在双转子发 动机上又多了一级风扇转子。这样，风扇、低压压气机 和高压压气机都自成一个转子，各自都有各自的转速。 因此，设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、 风扇直径以及涵道比。而低压压气机的转速也就可以不 再受风扇的掣肘。
航空发动机原理和结构
航空发动机原理和结构
航空发动机原理和结构
二、喘振的产生
喘振是发动机的一种不正常的工作状态，是由压气 机内的空气流量和压气机转速偏离设计状态过多而引 发的。喘振是发动机的致命故障，严重时可能导致发 动机空中停车甚至发动机损坏。衡量发动机喘振性能 的指标叫做"喘振裕度"，就是说发动机的进气口流量 变化多少会引发喘振，这个值一般都要求达到15％甚 至 20％以上。
被动间隙控制：
双层机匣采用特殊结构（悬臂式机匣，环形顶板 缓冲器）
隔热材料和隔热罩
航空发动机原理和结构
航空发动机原理和结构 第六节 压气机附属装置
防冰系统
当飞机穿过含有冷水汽的云层，或在空气湿度较 高和气温接近零度的条件下工作时，发动机进口 部分，就会出现结冰现象。
防冰方法
对容易结冰的零件表面进行加温。 常用热源有：压气机热空气、电加热和滑油加热。
28
航空发动机原理和结构
4、双转子或三转子压气机
然而双转子结构的发动机也并不是完美的。在双转子 结构的涡扇发动机上，由于风扇通常和低压压气机联动， 风扇为了迁就压气机而必须在高转速下运行，高转速带来 的巨大离心力就要求风扇的叶片长度不能太大，涵道比自 然也上不去，而涵道比越高的发动机越省油。低压压气机 为了迁就风扇也不得不降低转速和单级增压比，单级增压 比降低的后果就是不得不增加压气机的级数来保持一定的 总增压比。这样一来压气机的重量就难以下降。
将压气机分成两个或三个转子，分别由各自的涡轮来带动，使
得一台高增压比的压气机成为两个或三个低增压比的压气机。
航空发动机原理和结构
4、双转子或三转子压气机
为了提高压气机的工作效率并增加发动机喘振裕度， 人们想到了用双转子来解决问题，即让发动机的低压压气 机和高压压气机工作在不同的转速之下，这样低压压气机 与低压涡轮联动形成低压转子，高压压气机与高压涡轮联 动形成高压转子。由于低压压气机和高压压气机分别装在 两个同心的传动轴上，当压气机的空气流量和转速前后矛 盾时，它们就可以自动调节，推迟了前面各级叶片上的气 流分离，从而增加了喘振裕度。
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功角: i
1k
1
1k＞1正 功 角
1k＜1负 功 角
1k 1零 功 角
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w1 -i
+i
w1 w1
u
i 1c 1
当流量减小时：i 1c 1产生正攻角，叶背分离 当流量增大时：i 1c 1产生负攻角，叶盆分离
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二、喘振的产生
喘振的根本原因是由于气流攻角过大，在叶背处发生分
离，而且这种气流分离扩展到整个叶栅通道。此时压气机叶 栅完全失去扩压能力，不能将气流推向后方，克服后面较强 的反压，于是流量急剧下降。由于动叶叶栅失去扩压能力， 后面的高压气体倒流至前面，造成压气机后面的反压降的很 低，整个压气机流路瞬间变得通畅；由于压气机仍保持原来 的转速，大量的气流被重新吸入压气机，流入动叶的气流负 攻角很快增加到设计值，压气机后面也建立起高压气流，这 时喘振过程中气流重新吸入状态。然而发生喘振的流动条件 没有改变，随着压气机后面的反压不断升高，压气机流量又 开始减小，喘振再次发生，如此反复。
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航空发动机核心机 压气机
1
航空发动机原理和结构
主要内容
第一节 概述 第二节 压气机工作原理 第三节 压气机构造 第四节 压气机防喘措施 第五节 压气机气流控制系统 第六节 压气机附属装置 第七节 离心式压气机
2
航空发动机原理和结构
第四节 压气机防喘措施
压气机喘振的定义 产生喘振的机理 防喘措施
具有特性平缓、结构简单、工艺性好等优点 在早期中小推力发动机以及近期小型发动机上得到了应 用
篦齿封严 蜂窝封严 石墨＋篦齿 刷式封严
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1、 封气装置
航空发动机原理和结构
1 、 封气装置
航空发动机原理和结构
各种不同的典型密封装置
1. 封 气 装 置
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1. 封 气 装 置
各种不同的典型密封装置
航空发动机原理和结构
蜂窝封严和刷式封严
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4、双转子或三转子压气机
但和双转子发动机相比，三转子发动机的结构进一 步变得复杂。三转子发动机有三个相互套在一起的共轴 转子，支撑结构更加复杂，轴承的润滑也更加困难。三 转子发动机比双转子发动机多了很多工程上的难题，可 是英国的罗尔斯·罗伊斯公司还是对它情有独钟。 罗·罗公司的RB-211涡扇发动机上用的就是三转子结构， 转子数量的增加带来了风扇、压气机和涡轮的优化。该 型发动机装备在许多型号的客机上。
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2、旋转一级或数级导流叶片（可调静子叶片） 进口可转的导流叶片或变弯度导流叶片
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4、双转子或三转子压气机
为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾，人们很 自然的想到了三转子结构。所谓三转子就是在双转子发 动机上又多了一级风扇转子。这样，风扇、低压压气机 和高压压气机都自成一个转子，各自都有各自的转速。 因此，设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、 风扇直径以及涵道比。而低压压气机的转速也就可以不 再受风扇的掣肘。
2 、 间隙控制装置
目的：减少叶尖漏气，进一步提高发动机的性机匣，外层承力件，内 层是压气机气流通道外廓，双层间形成环形腔。在发 动机不同状态下，向环形腔内通以不同温度和压力的 空气，与转子内腔配合，使机匣与转子的径向变形协 调一致，从而保证较小的间隙值。
优缺点：比较简单、效果好。 使用中不经济，需要把已经压缩过（10～25%）的空气放 到周围大气中去，损失了压缩这部分空气的机械功。不经 济。
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解决方法：1、中间级放气
放气活门
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放气带
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WP—6放气窗口
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2、旋转一级或数级导流叶片（可调静子叶片） 进口可转的导流叶片或变弯度导流叶片
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一、压气机喘振
压气机喘振是气流沿压气机轴向发生的 低频率、高振幅的气流振荡现象，它产生 很大的激振力，导致强烈的机械振动，破 坏性很大。
4
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压气机喘振的主要特征
音调低而沉闷； 非常强烈的机械振动； 转速不稳定； 推力突然下降并大幅波动。 压气机出口总压和流量大幅度波动；
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4、双转子或三转子压气机
为了千方百计提高压气机的喘振裕度，除了采用双 转子压气机外，中间级放气以及机匣处理等措施已逐渐 被广泛运用。在很多现代化的发动机上人们都保留了放 气活门以备不时之需。比如在JT9D涡扇发动机上，普拉 特·惠特尼公司就分别在高、低压压气机的第4、9、15 级上保留了三个放气活门。"昆仑"发动机也采用了先进 的机匣处理措施，以及数字式防喘控制系统。
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喘振机理 当多级轴流式压气机中的某些级产生旋转失速并进一
步发展时，压气机整个通道受阻，阻碍前方气流流入，使 气流拥塞在这些级的前方。与此同时，由于前方气流暂时 堵塞，出口反压不断下降，当出口反压比较低时，压气机 堵塞状况被解除，被拥塞的气流克服了气体惯性一拥而下， 于是进入压气机的空气流量又超过了压气机后方所能排泄 的流量，压气机后方空间里的空气又“堆积”起来，反压 又急剧升高，造成压气机内气流的再次分离堵塞。
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第五节 压气机气流控制系统 一般组成：
放气系统（起动放气，程序放气，打开反推放气） 可变静子叶片系统
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第六节 压气机附属装置
1、 封气装置 2 、间隙控制装置 3 、防冰系统
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1、 封气装置
目的：避免压气机转子和静子之间的级间漏 气损失，提高压气机效率。 有效措施：减少漏气面积和减少压力差 密封装置分类 接触式：涨圈式密封 非接触式：
热空气、滑油和电加热混合型防冰
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不需要采用防冰措施
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第七节 离心压气机
离心式压气机由导风轮、叶轮、扩压器等组成(下图)。
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第七节 离心压气机
空气由进气道进入压气机、经过与叶轮一起旋转的 导风轮的导引进入叶轮。在高速旋转叶轮作用下，空气 由叶轮中心被离心力甩向叶轮外缘，压力也逐渐提高， 由叶轮流出的空气进入扩压器后速度降低，压力再次提 高，最后由出气管流出压气机。
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第七节 离心压气机
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第七节 离心压气机
离心式压气机的空气流量为数公斤至数十公斤每秒。 亚音速离心式压气机的增压比约为4.5,超音速离心式压气 机可达8～10，效率约为0.78。
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第七节 离心压气机
离心式压气机的特点及应用
与轴流压气机相比具有迎风面积尺寸大、效率低的特点 不宜用于高速飞行的大推力发动机上
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4、双转子或三转子压气机
为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾，人们很 自然的想到了三转子结构。所谓三转子就是在双转子发 动机上又多了一级风扇转子。这样，风扇、低压压气机 和高压压气机都自成一个转子，各自都有各自的转速。 因此，设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、 风扇直径以及涵道比。而低压压气机的转速也就可以不 再受风扇的掣肘。
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二、喘振的产生
喘振是发动机的一种不正常的工作状态，是由压气 机内的空气流量和压气机转速偏离设计状态过多而引 发的。喘振是发动机的致命故障，严重时可能导致发 动机空中停车甚至发动机损坏。衡量发动机喘振性能 的指标叫做"喘振裕度"，就是说发动机的进气口流量 变化多少会引发喘振，这个值一般都要求达到15％甚 至 20％以上。
被动间隙控制：
双层机匣采用特殊结构（悬臂式机匣，环形顶板 缓冲器）
隔热材料和隔热罩
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航空发动机原理和结构 第六节 压气机附属装置
防冰系统
当飞机穿过含有冷水汽的云层，或在空气湿度较 高和气温接近零度的条件下工作时，发动机进口 部分，就会出现结冰现象。
防冰方法
对容易结冰的零件表面进行加温。 常用热源有：压气机热空气、电加热和滑油加热。
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4、双转子或三转子压气机
然而双转子结构的发动机也并不是完美的。在双转子 结构的涡扇发动机上，由于风扇通常和低压压气机联动， 风扇为了迁就压气机而必须在高转速下运行，高转速带来 的巨大离心力就要求风扇的叶片长度不能太大，涵道比自 然也上不去，而涵道比越高的发动机越省油。低压压气机 为了迁就风扇也不得不降低转速和单级增压比，单级增压 比降低的后果就是不得不增加压气机的级数来保持一定的 总增压比。这样一来压气机的重量就难以下降。
将压气机分成两个或三个转子，分别由各自的涡轮来带动，使
得一台高增压比的压气机成为两个或三个低增压比的压气机。
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4、双转子或三转子压气机
为了提高压气机的工作效率并增加发动机喘振裕度， 人们想到了用双转子来解决问题，即让发动机的低压压气 机和高压压气机工作在不同的转速之下，这样低压压气机 与低压涡轮联动形成低压转子，高压压气机与高压涡轮联 动形成高压转子。由于低压压气机和高压压气机分别装在 两个同心的传动轴上，当压气机的空气流量和转速前后矛 盾时，它们就可以自动调节，推迟了前面各级叶片上的气 流分离，从而增加了喘振裕度。
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功角: i
1k
1
1k＞1正 功 角
1k＜1负 功 角
1k 1零 功 角
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w1 -i
+i
w1 w1
u
i 1c 1
当流量减小时：i 1c 1产生正攻角，叶背分离 当流量增大时：i 1c 1产生负攻角，叶盆分离
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二、喘振的产生
喘振的根本原因是由于气流攻角过大，在叶背处发生分
离，而且这种气流分离扩展到整个叶栅通道。此时压气机叶 栅完全失去扩压能力，不能将气流推向后方，克服后面较强 的反压，于是流量急剧下降。由于动叶叶栅失去扩压能力， 后面的高压气体倒流至前面，造成压气机后面的反压降的很 低，整个压气机流路瞬间变得通畅；由于压气机仍保持原来 的转速，大量的气流被重新吸入压气机，流入动叶的气流负 攻角很快增加到设计值，压气机后面也建立起高压气流，这 时喘振过程中气流重新吸入状态。然而发生喘振的流动条件 没有改变，随着压气机后面的反压不断升高，压气机流量又 开始减小，喘振再次发生，如此反复。
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航空发动机核心机 压气机
1
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主要内容
第一节 概述 第二节 压气机工作原理 第三节 压气机构造 第四节 压气机防喘措施 第五节 压气机气流控制系统 第六节 压气机附属装置 第七节 离心式压气机
2
航空发动机原理和结构
第四节 压气机防喘措施
压气机喘振的定义 产生喘振的机理 防喘措施
具有特性平缓、结构简单、工艺性好等优点 在早期中小推力发动机以及近期小型发动机上得到了应 用
篦齿封严 蜂窝封严 石墨＋篦齿 刷式封严
航空发动机原理和结构
1、 封气装置
航空发动机原理和结构
1 、 封气装置
航空发动机原理和结构
各种不同的典型密封装置
1. 封 气 装 置
航空发动机原理和结构
1. 封 气 装 置
各种不同的典型密封装置
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蜂窝封严和刷式封严
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4、双转子或三转子压气机
但和双转子发动机相比，三转子发动机的结构进一 步变得复杂。三转子发动机有三个相互套在一起的共轴 转子，支撑结构更加复杂，轴承的润滑也更加困难。三 转子发动机比双转子发动机多了很多工程上的难题，可 是英国的罗尔斯·罗伊斯公司还是对它情有独钟。 罗·罗公司的RB-211涡扇发动机上用的就是三转子结构， 转子数量的增加带来了风扇、压气机和涡轮的优化。该 型发动机装备在许多型号的客机上。