第三章-压气机转子

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4-燃气轮机-第四讲 压气机工作原理及特性

4-燃气轮机-第四讲 压气机工作原理及特性

影响压气机级的增压能力的因素(限制条件) 影响压气机级的增压能力的因素(限制条件)
叶片材料许用应力(强度) 叶片材料许用应力(强度)的限制 圆周速度u不能过大 圆周速度 不能过大 叶栅气动性能的限制 气流转பைடு நூலகம்角∆β不宜过大 气流转折角 不宜过大
5.轴流式压气机的级效率
6.轴流式压气机的效率和能量损失
第三章 压气机工作原理和结构
1、压气机的主要功能和分类 2、轴流式压气机的本体结构 3、压气机的级的工作原理 4、压气机的特性和通用特性曲线 5、压气机的不稳定工况
(三)压气机级的工作原理
思考题一:何为轴流式压气机的基元级? 思考题一:何为轴流式压气机的基元级?
——用假想的同轴圆柱面切割级的叶片排所到的高度无 用假想的同轴圆柱面切割级的叶片排所到的高度无 穷小的级。 穷小的级。 三个特征截面:
外部损失
支持轴承和止推轴承上的机械摩擦损失; ①支持轴承和止推轴承上的机械摩擦损失; 相应的减损措施:采用高效轴承、适当润滑等措施) (相应的减损措施:采用高效轴承、适当润滑等措施) 经过高压转子轴端与机匣之间的间隙泄漏到外界去的漏气损失 高压转子轴端与机匣之间的间隙泄漏到外界去的漏气损失。 ②经过高压转子轴端与机匣之间的间隙泄漏到外界去的漏气损失。 相应的减损措施:增设气封装置) (相应的减损措施:增设气封装置)
能量损失 输 入 的 机 械 功
压气机效率: 压气机效率:
理 想 压 缩 功
Ws ηc = × 100% δ hc W ⇒ ηc = 1 − W W = Ws + δ hc
压气机的能量损失
内部损失
型阻损失(影响因素:叶型) ① 型阻损失(影响因素:叶型) a、叶栅表面附面层中产生的摩擦和脱离现象引起; 摩擦和脱离现象引起 、叶栅表面附面层中产生的摩擦和脱离现象引起; b、叶片表出口尾迹中的涡流以及与主流的掺混; 涡流以及与主流的掺混; 、叶片表出口尾迹中的涡流以及与主流的掺混 激波现象等引起的能量损失 c、在超音速气流中发生的激波现象等引起的能量损失。 、在超音速气流中发生的激波现象等引起的能量损失。 端部损失(影响因素:叶片高度) ② 端部损失(影响因素:叶片高度) 端部摩擦 二次流损失 径向间隙的漏气损失(影响因素:动静间隙大小、 ③ 径向间隙的漏气损失(影响因素:动静间隙大小、前后压差和 直径大小等) 直径大小等)

电厂燃气轮机概论03压气机

电厂燃气轮机概论03压气机

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5
1、基元级速度三角形
基元级的概念
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,并且每级的工作原理大 致相同,可以通过研究压气机的 一级来了解其工作原理。
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6
基元级的速度三角形
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。
沿流向是扩张的,亚声速气流在扩张的静叶流道中进
一步减速和增压。
c22 c32
2

3 dp
2 L fs
基元级中静叶的作用:1.导向,2.增压。
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气体流经压气机级的参数变化
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反力度
气流流过压气机基元级时,动叶和静叶都对气流有增 压作用,当基元级总的静压升高确定后,就存在静压升高 在动叶和静叶之间的分配比例问题。
在气流沿圆柱面流动的情
况下,u1 u2 ,可得到 cu c2u c1u wu wu w1u w2u
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2、叶片与气体间的力与功




F ' p1 t p2 t q w2 q w1
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叶片与气体间的力
叶片作用在气体上的力,与气体作用在叶片
C = w + u u r
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7
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w1
w2
c1
c2

c1a

wu
c1u u2
u1
cu
c1a (bc)2a c3a
简化速度三角形
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第三章 燃气轮机(1)

第三章  燃气轮机(1)

第三章燃气轮机燃气轮机(Gas Turbine)作为新型的动力设备,由于具有结构紧凑、单位功率重量轻、启动迅速、运行平稳且安全可靠等显著的优点,受到世人的广泛关注,应用的范围越来越广,已成为世界主要动力设备之一。

燃气轮机在电力、石化、冶金、交通等行业都有广泛应用,也是海上平台大型发电机组的主要动力之一。

燃气轮机的特点:(1)质量轻、体积小燃气轮机与活塞式内燃机相比,由于以高速回转运动代替了活塞的往复运动。

因而做到质量轻、体积小、功率大。

其比质量仅为内燃机的几分之一到几十分之一,且振动小、噪声低。

开式循环单机功率可达几十万千瓦。

燃气轮机的金属消耗量约为同功率汽轮机的l/4~l/6。

(2)水、电和润滑油的消耗省燃气轮机装置运行所需的水、电极少,甚至可以不用水和无电源起动。

润滑油消耗也较汽轮机或内燃机省。

因此,适用于缺水、缺电地区。

(3)燃料适应性强、公害少燃气轮机能燃用多种燃料和廉价燃料,如重油、原油、天然气等。

同一台机子可燃用液体或气体等几种燃料而其设备不需作很大变动。

排气比较干净,除NOx需加考虑外,对空气污染较少。

(4)起动快、自动化程度高工业燃气轮机从冷态起动、加速直到带上满负荷,一般只需3~15分钟。

易于实现集控、程控和遥控,操作简单,运行维护也较方便,甚至可以不需要现场运行人员。

燃气轮机目前在中小功率动力机械中尚未普遍应用,是因为还有一些缺点有待进一步研究解决。

主要是:(1)涡轮内是高温燃气、需用耐高温材料制造涡轮叶片,这必然增加生产成本;若采用冷却措施,又必然引起机械的复杂性。

(2)由于目前受到材料和冷却技术的限制,不能选用过高的燃气温度,因而单机热效率不如内燃机高,经济性较差,燃油消耗率一般在270g/kw·h以上。

若用复合循环,热效率固然可以提高,但结构复杂。

第一节燃气轮机的工作过程燃气轮机是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械,主要由压气机、加热工质的设备(燃烧室)、透平机三大部分组成。

制冷压缩机3第三章 滚动转子式制冷压缩机

制冷压缩机3第三章 滚动转子式制冷压缩机
4)转角θ由2π+β转至2π+φ是压缩过程,此时基元容积逐渐减小,压力随之逐渐上升,直至达到排气压力pdk, 如图3-4中的容积变化曲线b'-c及压力变化曲线5-6所示。
第一节 工作原理、结构特点及发展状况
5 ) 转 角 θ 由 2 π + φ 转 至 4 π - γ 是 排 气 过 程 , 排 气 结 束 时 气 缸 内 还 残 留 有 高 温 高 压 气 体 , 其 容 积 为 Vc , 这 是 余 隙容积,其压力为pdk(不计排气压力损失),容积变化线为c-d,压力变化线为6-7。
第一节 工作原理、结构特点及发展状况
2.工作过程
图3-4 工作容积与气体压力随转角θ的变化
第一节 工作原理、结构特点及发展状况
参看图3-3的工作过程示意图及图3-4所示的压力和容积随转子转角变化曲线。滚动转子式压缩机的工作过 程如下: 1)转角θ从0°转至α,基元容积由零扩大且不与任何孔口相通,产生封闭容积,容积内气体膨胀,其压力低于吸气 压力ps0,当θ=α时与吸气孔口连通,容积内压力恢复为ps0,压力变化线为1-2-3。
第一节 工作原理、结构特点及发展状况
3.1.2 主要结构形式及其特点
图3-5 立式全封闭滚动转子式压缩机结构剖视图 1—气缸 2—滚动转子 3—消声器 4—上轴承座 5—曲轴 6—转子 7—定子 8—机壳 10—排气管 11—接线柱 12—储液器 13—平衡块 14—滑片 15—吸气管 16—支承垫 18—支承架 19—下轴承座 20—滑片弹簧
图3-10 单缸与双缸滚动转子式压缩机转矩变化曲线
第一节 工作原理、结构特点及发展状况
图3-11 双缸全封闭滚动转子式制冷压缩机结构图 1—排气管 2—机壳 3—定子 4—转子 5—上轴承座 6—排气消声器 7—吸气管 8—储液缓冲器 9—滚动转子 10—下轴承座 11—吸油管 12—支承架 13—气缸1 14—中间隔板 15—气缸2 16—曲轴

燃气涡轮发动机(第二版)第3章

燃气涡轮发动机(第二版)第3章

(2)大气温度
飞行速度保持不变时,大气 温度越低,空气越易于压缩,冲 压比越大;反之,大气温度越高, 冲压比越小。 飞行高度变化时,冲压 比是否变化,取决于大气温度的 变化。在11000米高度以下,飞行 高度升高时,大气温度降低,冲 压比增大;在11000米高度以上, 飞行高度改变时,大气温度保持 不变,冲压比也就保持不变。在 没有流动损失的情况下,冲压比 随飞行高度变化的情形,如图2— 5的曲线所示。
影响冲压比的因素
• 影响冲压比的因素有飞行速度(V)、大气温度(T0)和流动损 失。下面进行分析。 • (1)飞行速度 • 大气温度不变时,飞行速度越大,空气流过进气道时速度降 低得越多,有更多的动能用来提高空气的压力,所以飞行速 度增大时冲压比增大。 • 图2—4的曲线表示在没有流过损失的情况下。冲压比随飞行 速度变化的情形。图上表明,飞行速度增大时,冲压比增大, 而且飞行速度越大,冲压比增加得越快
燃气涡轮发动机(第二版)
第3章 发动机部件 刘成英
• 航空燃气涡轮喷气发动机主要由进气道(Intake)、压气 机(compressor)、燃烧室(combustion chamber)、涡 轮(turbine)、喷管(Exhaust)等部分构成。

3.1
• 3.1.1 1.类型 类型和参数
进气装置
安装在叶轮的进口处, 其通道是收敛形的
功用
使气流拐弯并以一定 方向均匀进入工作叶 轮, 以减小流动损失 此过程中气流加速, 防止出现拐弯分离流
气流参数变化
空气在流过它时速度 增大,而压力和温度 下降
叶轮:
1. 单面叶轮 2. 双面叶轮 叶轮高速旋转,对流过的空气做功,加速空气的 流速,同时提高空气压力。
压气机特性实验

《车辆发动机废气涡轮增压》 第三章1

《车辆发动机废气涡轮增压》 第三章1

n1 n1 −1
ξin为损失系数,可取 0.05 ~ 0.10
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空气在进口段中的流动
---进口气流角 ---进口气流角
以叶轮旋转轴为中心轴, 作圆柱面切割叶轮,然后 展开,可以得到如左所示 的叶轮进口处的速度三角 形的图。 叶片安装角βg1,30-35° 进口气流角β1 气流冲角i,3-5° i=βg1- β1
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空气在叶轮内的流动
---导风轮的进口安装角(1) ---导风轮的进口安装角(1) 导风轮的进口安装角 由叶轮进口处的速度三角形 可得如左的公式。当气流是 轴向进气时,可认为轴向速 度ca1沿半径方向不变,叶 轮进口处在不同半径上的圆 周速度u1是不相等的,因而 流入叶轮的相对速度w1的方 向和大小,亦随半径而改变。
---工作叶轮的形式( ---工作叶轮的形式(5) 工作叶轮的形式 径向叶片,它有高于前弯叶片的级效率及较高的强 度,还可以通过提高其圆周速度获得较高的增压压 力,因此曾在车辆增压器中得到普遍的采用。
后弯叶片,工作轮传递给空气的能量少,但能保证 气流在出口处的流动较均匀,在扩压器及涡壳中的 流动损失也较小。因而它与径向叶片的叶轮相比, 压气机的级效率可提高3%-4%,使用的流量范围扩 大约40%。后弯叶片在目前的增压器中得到最广泛 的应用。
32
空气在叶轮内的流动
---工作叶轮的形式( ---工作叶轮的形式(2) 工作叶轮的形式 开式工作叶轮:摩擦损失和流动阻力很大,叶轮效 率最低。易产生振动,不宜在高转速下工作。 半开式工作叶轮:摩擦损失和流动阻力较开式的小, 效率较高。有一定的刚度和强度,允许在较高的圆 周速度下工作。 闭式工作叶轮:其摩擦损失及流动阻力均最小,效 率最高。由于结构复杂、笨重,以及轮盖在旋转时 会对叶片产生巨大的应力,其强度较差,不宜于在 高速旋转工况下使用。

第三章 滚动转子式制冷压缩机

第三章 滚动转子式制冷压缩机
第三章
滚动转子式制冷压缩机
Rolling Rotor Compressor
College of Power Engineering
Chongqing University
主要内容
一、工作过程和结构特点 二、主要热力性能参数 三、受力分析及主要结构参数 四、振动和噪声 五、摆动转子式制冷压缩机
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基元容积-转角曲线 气体压力-转角曲线
图3-4
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工作容积与气体压力随转角θ的变化
(3) 当转子开始第二转时, 原来充满吸入蒸气的吸气 腔变为压缩腔,但在β这个 角度内,压缩腔与吸气腔 相通,因而在转角θ从2π转 至2π+β时产生气体回流, 吸气状态的气体回流入吸 气口,损失的容积为ΔV, (曲线b-b’),气体压力 不变。
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排气孔口后边缘角γ 影响余隙容积的大小, 通常γ=30˚~35˚。 排气孔口前边缘角ф 构成排气封闭容积,造 成气体再度压缩。 排气开始角Ψ 开始排气时基元容积内 气体压力略高于排气管 中压力,以克服排气阀 阻力顶开排气阀。
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第一节 工作过程和结构特点
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一、概 述
1. 结构组成



气缸 滚动转子 偏心轴 滑片 排气阀 弹簧 外壳等
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第三章:转子、叶轮结构和强度计算_最终

第三章:转子、叶轮结构和强度计算_最终
前言
转子是透平十分重要的部件,保证转子安全工作是设 计制造部门的重要任务之一。 转子的工作条件相当复杂,转子处在高温工质中,并以 高速旋转。 转子承受由于叶片和转子本身离心力引起的很大的应力 以及由于温度分布不均匀引起的温度应力。 透平转子和其他高速旋转机械一样,由于不平衡质量的 离心力,将引起转子振动。此外,转子还要传递作用在叶片上 的气流力产生的扭矩等。 因此,必须对转子、叶轮进行强度计算,任何设计、 制造、运行等方面工作的疏忽,均会造成重大事故。
3-1 转子和叶轮结构
广泛采用的是轮式整锻转子。由于采用叶轮弥补了上述空心 鼓式转子强度不足的缺点,其圆周速度容许达到170-200米/秒以上。
3-1 转子和叶轮结构
整锻转子加工过程
3-1 转子和叶轮结构
为了保证锻件的良好质量,整锻转子的尺寸是受到一定限制的。如 果转子有几级叶轮直径过大而锻造困难而且由于后面低压级蒸汽温度低, 叶轮可用低一级的材料。此时亦可以采用组合转子,即在整锻转子轴上套 上几级叶轮。如图3-5所示为整锻和套装组合的转子,高压部份的前11级叶 轮是整锻,后面低压部分7级叶轮为套装。
着手设计叶轮时,先必须考虑叶轮与透平轴的联结方法。 对套装叶轮,通常是用键来联结,同时为了使叶轮与轴可靠的联结, 也就是说要保证在叶轮工作时,叶轮与轴保持对中 (同心),且相对于轴的 位置不变,还必须把叶轮红套在轴上。
3-1 转子和叶轮结构
图3-11用键和过盈联结叶轮与轴。扭矩 借接触摩擦力和键来传递。
3-1 转子和叶轮结构
焊接转子具有整锻转子所有的许多优点,但它比整锻转子重量轻;特别 是锻件小容易获得高质量锻件。它比套装转子结构紧凑,而且刚度大。此外,焊 接转子的显著优点是强度大。焊接转子适于作为高温和高速条件下工作的转子型 式,而转子的重量和尺寸几乎不受限制。
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2.压气机工作叶片结构
环型燕尾榫头
加工简单 安装方便 承受负荷小 零件数目减少
2.压气机工作叶片结构
叶片在轮盘槽内的 固定
卡圈 锁片 锁板 销钉
3.压气机轮盘结构
作用
固定叶片并使叶片对气体作功。 固定叶片并使叶片对气体作功。 负荷很大是重要零件。 负荷很大是重要零件。
剖面形状
外缘:视叶片尺寸而定。 外缘:视叶片尺寸而定。 内部:由强度而定,一般为对称。 内部:由强度而定,一般为对称。 中心:开孔愈大加厚愈大。 中心:开孔愈大加厚愈大。
二、转子的连结形式: 转子的连结形式:
短螺栓连接 焊接的盘鼓混合式转子 销钉连接转子 长螺栓连接转子
短螺栓连接转子
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接 转子
长螺栓连接转子
ALAL-31F
2.压气机工作叶片结构
叶身
叶型:亚音、超音。 叶型:亚音、超音。 叶尖切速:决定叶片的加功量。 叶尖切速:决定叶片的加功量。 宽弦:提高抗外物打伤能力,减振。 宽弦:提高抗外物打伤能力,减振。
要求效率高、 要求效率高、叶型设计
叶片高而薄: 叶片高而薄:
易振动、高频疲劳。 易振动、高频疲劳。
第一节 概 述
3.要求解决的问题 要求解决的问题
转子有足够的刚性和强度; 转子有足够的刚性和强度; 抗外物打伤能力和包容能力强; 抗外物打伤能力和包容能力强; 防喘、减缓振动,避免共振; 防喘、减缓振动,避免共振; 效率提高、重量轻、工作稳定可靠、 效率提高、重量轻、工作稳定可靠、 寿命长、成本低。 寿命长、成本低。
第一节 概 述
4. 气流通道形式
等外径设计
能充分提高叶片切向速度,加大加工量。 能充分提高叶片切向速度,加大加工量。 以减少压气机级数。 以减少压气机级数。 切向速度受到强度的限制。 切向速度受到强度的限制。 多在压气机前面几级使用。 多在压气机前面几级使用。
F404低压风扇
第一节 概 述
等内径设计
第三章 压气机
第一节 概 述 第二节 压气机转子 第四节 压气机静子 防冰装置、 第五节 防冰装置、防喘装置等
第一节 概 述
1. 组成及分类
进气道、静子、转子、防喘系统、 进气道、静子、转子、防喘系统、 防冰系统。 防冰系统。 分类:轴流、离心、混合。 分类:轴流、离心、混合。
(气流,结构) 气流,结构)
盘式转子—PW4000
加强盘式转子
SPEY 低压压气机转子
混合式转子
恰当半径: 恰当半径:
盘的变形等于鼓的变形。 盘的变形等于鼓的变形。
盘加强鼓: 盘加强鼓:
盘的变形小于鼓的变形。 盘的变形小于鼓的变形。
鼓加强盘: 鼓加强盘:
盘的变形大于鼓的变形。 盘的变形大于鼓的变形。
混合式转子
1. 转子的基本结构
3.压气机轮盘结构
盘~轴作成一体简化结构 盘~叶片做成一体
(Blade+Disk=Blisk) = )
整体叶环
(Blade+Ring=Bling) = )
压气机盘
风扇盘结构
4.转子平衡
静不平衡量 单位: 静不平衡量:单位:牛顿 * 米
4.转子平衡
动不平衡:单位: 动不平衡:单位:牛顿 * 米*米 米
第一节 概 述
第一节 概 述
第一节 概 述
涡轮螺桨发动机
第一节 概 述
涡轮轴发动机
第一节 概 述
2.特 点 特
进口处: 进口处:
外物易打伤、结冰、腐蚀。 外物易打伤、结冰、腐蚀。
转速高: 转速高:
叶片根部、轮盘承受负荷极大,平衡要求高。 叶片根部、轮盘承受负荷极大,平衡要求高。
对空气做功: 对空气做功:
1. 转子的基本结构
一、结构分类
鼓式转子
结构简单弯曲刚性好 转速受到限制(低于 米/秒)。 低于200米 秒 。 转速受到限制 低于 大流量比发动机增压级多采用。 大流量比发动机增压级多采用。
鼓式转子—斯贝MK-202
1. 转子的基本结构
一、结构分类
盘式转子
盘的强度好 弯曲刚性差 盘易产生振动
优点:提高末级叶片效率。 优点:提高末级叶片效率。 缺点:对气体加功量小,级数多。 缺点:对气体加功量小,级数多。
等中径设计
介于两者之间,一般均混合采用。 介于两者之间,一般均混合采用。
CFM56-5C高压压气机
第二节 轴流压气机转子
1. 转子的基本结构 2. 压气机工作叶片结构 3. 压气机轮盘结构 压气机轮盘结构 4. 转子平衡技术
端弯叶片
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构

2.压气机工作叶片结构
榫头) 根部 (榫头 榫头
2.压气机工作叶片结构
榫头) 根部 (榫头 榫头
叶片和盘的连接部分并将叶片的离 心力均匀加在盘缘上。 心力均匀加在盘缘上。 轴向燕尾型--广泛采用于风扇 广泛采用于风扇、 轴向燕尾型 广泛采用于风扇、压气 机中。 机中。 环形燕尾槽--用于高压后几级中 用于高压后几级中。 环形燕尾槽 用于高压后几级中。 榫树型榫头--在压气机中较少使用 在压气机中较少使用。 榫树型榫头 在压气机中较少使用。 为什麽?) (为什麽 )
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