《燃气轮机5储运》PPT课件.ppt

第二章 压气机,压气机的特点及应用； 轴流式压气机级、基元级的工作原理； 轴流式压气机中的能量损失； 多级压气机； 压气机变工况工作特性； 压气机喘振及防止方法。,2-0 概述,一、功能 压气机是燃气轮机的一个重要组成部分 主要作用：提高气体的压力，连续不断地向燃烧室提供高压气体。 二、分类,三、特点及应用,主要介绍轴流式压气机的基本理论。 （有些原理及方法也适用于离心式压气机）,2-1 轴流式压气机级的工作原理,一、 轴流式压气机 气体质点大体沿着与旋转轴平行的圆柱形回转面上运动。 燃气轮机中，轴流式压气机一般是多级的，一种回转式机械。 1、结构简介 通常，轴流式压气机有两部分组成： 定子部分和转子部分。,（1）压气机的定子部分（静子）,机壳（气缸）及固定在其上的静叶片、进出口导向叶片等零件，这部分固定不动。 气 缸 静子的核心，其他静子部件固定在上面。 整台机组的承力骨架，承受机组的重量、压缩空气的内压力以及其它的作用力。 气缸的主要矛盾是刚性，目前广泛采用气缸外表面加筋来提高其刚性，以减小振动、变形，提高效率。,静 叶,静子：由若干圈安装在机壳（气缸）上的叶片组成。 导流器或静叶栅：静子上的一圈叶片。 导流叶片或静叶：组成导流器的叶片。 静叶的功能： 把气流动叶片获得的动能转变为压力能，以提高静压，同时使气流转弯以适应下级动叶的进口方向。扩压、导流,（2）压气机的转子部分（转子）,压气机的旋转部件，包括轮盘、轴、动叶以及装在一起的其它零件，如联轴器、气封等。 转 子 由许多叶片安装在轮盘或整体式的轮毂上，与主轴一起组成的高速回转部件,对强度有较高的要求。 它把从涡轮转来的扭矩传给动叶以压缩空气，提高气流静压和动能。扩压、增速 动叶栅或工作叶栅：安装在转轮上的一圈叶片（一个叶列）。 动叶或工作叶片：动叶栅中的叶片。 工作叶轮：每列动叶栅与带动它的转盘部分一起组成。 将转子上的机械功传给气体，增加气体的压能和动能。,（3）压气机的通流部分,轴流式压气机内的动叶栅和静叶栅在轴线方向交替排列，每一列动叶栅后面都有一列静叶栅。 由各列叶栅的通道组成压气机轴向通道，就是气体的流动通道，称为压气机的通流部分。 在压缩的过程中，气体压力升高、密度不断增大，则气体容积逐级降低；由于气体的轴向速度基本不变， 则压气机的通流部分应逐级收敛，即沿气流流动的轴向方向上，叶片的高度是不断缩短的。,进气管： 压气机机壳进口处的气流通道。 进口收敛器： 布置在进气管的后面。使进入压气机的气流获得适当的加速，保证进口导流器前的气流具有均匀的速度场和压力场。 进口导流器： 位于第一个工作轮前面的一列静叶片，均匀在气缸上。 使气流沿叶片高度以一定速度和方向进入第一级工作叶轮中。,出口导流器： 最后一级静叶栅后面、均匀在气缸上的一列导向叶片。 使最末一级静叶片出来的气流沿叶片高度转变为轴向流动。 出口扩压器： 在压气机通流部分出口、输气管前面形成的一段环形结构。 使出口导流器中流出的气流均匀地减速，将部分剩余的动能（余速）进一步转化为压力能。 输气管： 压气机机壳出口处的气流通道。,2、轴流式压气机级,（1）定义 一列动叶栅和它后面的一列静叶栅共同组成轴流式压气机的一个级。 通常是由若干个级串联组成的多级压气机，各级的工作原理类似。 压气机级的工作原理是基础。,由于单级压比较小，大约1.151.35，若总压比为617，那么需要816级组成的多级压气机。,（2）级的简图 主要结构参数,轮毂直径：级的内径Dh； 机壳直径：级的外径Dt； 平均直径Dm ： 通常按等分通流面积计算 有时按算术平均值计算 径向间隙sr ； 轴向间隙sx 。,sr,sx,通流部分,主轴,工作叶轮,三个特征截面： 1-1动叶进口； 2-2动叶出口（静叶进口）； 3-3静叶出口。,（3）压气机级内 气流参数的变化规律,在动叶进口截面1-1处，气流静压力p1、温度T1、流速c1。 当气流流过动叶栅时，动叶对气流做功，将轴上的机械能转换成气体的能量（焓及动能增加）。则在动叶出口截面2-2处，气流静压力、温度及速度都提高了。但气流在动叶中的相对速度w减小。 当气流流过静叶栅时，静叶栅的渐扩通道使气流动能变成压力能，则气流流速下降，静压力进一步提高，温度稍有增加。,二、基元级及其速度三角形,1、基元级概念 选取方法： 在压气机级的某一半径R处，沿径向取一个很小的厚度R，这样形成的一个薄环。 一个与压气机轴线同心的、包括级的一列动叶栅和一列静叶栅的正圆柱形薄环。 一个压气机级可认为由相当多的基元级叠加而成。,R,R,选取目的：简化级内气体的流动,实际压气机叶栅内的气体流动是复杂的三元流动，气流参数在轴向、径向及圆方向上都有梯度，且随时间而变，还需考虑气体粘性。 简化处理： 将三维流动简化为二维圆柱面流动的叠加（取基元级）； 对基元级内的气流流动进一步简化：假设气流参数轴对称，或取周向平均值；气流的径向分速很小，可忽略不计。气体是不可压缩的理想气体（无粘性）；气体流动是稳定流动。 气体在基元级内的流动简化为不可压缩的、无粘性的、一元稳定流动。 利用正圆柱面的基元级研究压气机，是简单而重要的方法。,计算不完善 分析复 杂,2、基元级的速度三角形,（1）坐标系的选取 在圆柱坐标系中研究（轴向x、径向r、周向） 绝对坐标系相对于整台压气机静止不动，又称静坐标系； 从中观测到的气流速度为绝对速度，以c表示。 相对坐标系相对于工作叶轮静止不动，即随叶轮沿轴线一 起旋转运动的坐标系，又称动坐标系； 从中观测到的气流速度为相对速度，以w表示。 如果工作叶轮以圆周速度u旋转的话，那么气流的绝对速度c就是其相对速度w和圆周速度的矢量和，即 c = w + u,（2）平面叶栅,将基元级叶栅在平面上展开，便成为平面叶栅，包括一列动叶栅和一列静叶栅。 画时注意： 叶片之间具有逐渐扩张的通道，即叶栅出口通流截面积f2大于其出口截面积f1（扩压器）； 动叶片与静叶片的安装方向相反； 注明动叶栅旋转方向（圆周速度u）； 标明动叶栅（上）和静叶栅（下）； 清楚压气机轴线的方向。,u,动叶栅,静叶栅,轴,（3）速度三角形,u,动叶栅,静叶栅,轴,动叶进口处 来流速度C1，与周线方向(叶栅的额线)的夹角为1； 动叶栅以u运动，那么气流以相对速度进入动叶栅，与叶栅的额线的夹角为1，称为气流的进气角。,c1,1,w1,w1 = c1 - u,c1,w1,u,余弦定律：,1,1,u,动叶栅,静叶栅,轴,动叶出口处 气流流过动叶栅通道时，改变了方向，以相对速度w2流出（w2w1，压力升高扩压）；气流拐弯，则使出气角2大于进气角1 ； 动叶栅以u运动，那么气流以绝对速度c2流出动叶栅，与叶栅的额线的夹角为2。,c1,1,w1,c2 = w2 + u,w2,u,余弦定律：,c2,w2,c2,2,2,u,动叶栅,静叶栅,轴,静叶栅 气流流过动叶栅后进入静叶栅，因u=0，气流以绝对速度c2、气流角为2流入静叶栅，而后以绝对速度c3、气流角为3流出静叶栅。 静叶栅不存在速度三角形。 静叶栅具有渐扩通道，气流速度下降c3 c2 ，压力升高。 一般c3 c1 、3 1，即各基元级入口的绝对速度大小方向基本相同。,c1,1,w1,w2,c2,c3,3,正圆柱基元级的速度三角形 在压气机分析研究中，常把基元级三个特征截面的气流速度画在一起。,2,1,2,1,w1,w2,c1,c2,u,u,叶栅额线,c3,基元级的速度三角形,注意： 定性地做出w1、w2、c1、c2的相对大小（w2c1 ）； 标出相应的气流角1、2、1、2 （21、 21 ） ； 标出圆周速度u（大小方向）； 在亚音速范围内，气流轴向分速度的变化相对较小，近似认为 c1x c2x c3x cx （实际情况轴向分速有些减小）,正圆柱基元级的速度三角形,2,1,2,1,w1,w2,cx,c1,c2,u,u,叶栅额线,轴向分速度cx,2,1,1,2,（4）几点说明,如果回转面不是正圆柱面，如离心式压气机时，则u1u2，c1xc2x。 动叶栅进出口通流截面积f2f1，进出口相对速度w2 w1，且分别与f2、f1相垂直； 气流流过动叶栅和静叶栅时，都是减速增压过程。 气流流过动叶栅时，相对速度下降，其方向发生变化，即出现了气流的偏转，气流转折角为： =2-1,基元级的速度三角形,2,1,2,1,w1,w2,cx,c1,c2,u,u,叶栅额线,轴向分速度cx,2,1,1,2,气流转折角,气流转折角 的作用,转折角 的大小与相对速度下降的程度呈正比。 从气流转折角的大小，可判断叶栅的扩张度，即叶栅的增压能力。 转折角 越大，叶栅的通流面积扩张越大，其增压能力就越强。但转折角 过大，会引起气流流动恶化，级效率降低。 通常最大转折角max不超过40 45。,基元级的速度三角形,2,1,2,1,w1,w2,cx,c1,c2,u,u,叶栅额线,