第3章(第一节) 压气机的原理和特性.ppt

1、第三章燃气轮机各部件的工作原理(第一节压缩机的原理和特性)；2、压缩机的类型和特征；压缩机的特性；压缩机的不稳定状况；3、(1)压缩机的类型和特征；1 .压缩机的作用向燃气轮机的燃烧室连续供给高压空气2 .压缩机类型轴流： Axial-flowTypeAirCompressor离心式： centriugal-flowtypeaircompressor、机内气体整体流动、4、轴流、5、离心式、6、通风机(110kPa )鼓风机(110400 ) 工作原理和结构不同，活塞式压缩机叶轮式压缩机特殊导入式压缩机，压缩气体压力范围不同，7，轴流压缩机和离心式压缩机的性能比较，8，3 .轴流压缩机的结构，转子动叶轮或鼓主轴静叶(导叶、静叶)缸(壳体)轴承，9，轴流压缩机的结构，10， 提高世界各大燃气轮机公司采用的压缩机11、压缩机的发展趋势、压力比：单体达到30以上，通流量的大功率效率提高了经济性，12、(2)压缩机级的工作原理，1 .轴流压缩机的基本级在虚拟的同轴圆筒面上切割级的叶片的高度、三个特征剖面：级前1、级间2和级后3、13、2 .叶型和叶栅的几何和气压参数，叶型的几何参数叶型线中弧弦长b前后缘方位叶型的拐角，叶型：叶型剖面形状。 型线：包括叶型轮廓线、背弧型线、内弧型线及连接两者圆弧线. 中圆弧：连接叶型线所有内接圆中心的线。 弦长：线性在弦方向上的投影长度。 连接外弦长b内弦长圆弧的两端点的线. 前后缘方位角：叶型前、后缘点处弧的切线与外侧弦线之间的角度。 叶型的弯曲角:表示叶型的弯曲程度的角度。 =12、14、叶栅几何参数叶栅前后框线叶型安装角p间距t入口安装角1j出口安装角2j、叶栅前后框线：叶型前、后缘点的接线。 叶型安装角p :外弦线与圆周方向角度。 节距t :相邻两个叶型上的同位点的圆周方向的距离。 入口安装角和出口安装角：叶型中弧的前缘点和后缘点处的切线和叶栅前、后额线的角度。 15、主气压参数进气角1和2进气角i=1j-1出口延迟角=1j-1气流转换角=2-1、进气角：进气、出口相对流速与叶栅前、后额线的角度. 进口冲角：叶栅入口安装角与气流进气角之差。 出口滞后角：叶栅的出口安装角与气流排气角之差。 气流转换角：气流排气角与进气角之差。 16、3 .压缩机基本等级的速度三角形、气流的绝对速度、相对速度与圆周速度的矢量关系：17、扭转速度：相对速度的圆周成分变化量。 (反映对外部气体的工作量的大小。 18、级中能量转换计算动叶栅的功率(对单位质量气体)、4、压缩机级中的能量转换关系、19、静叶栅(能量保存)、20、级中增压过程外界通过工作叶片上的动叶栅将压缩轴功传递到流过动叶栅的空气中，使气流的绝对速度上升，另一方面， 降低气流的相对速度的气流在动叶栅中流动时的相对速度降低而释放的动能，除了一部分被转换为摩擦热而被气体吸收之外，其馀的转换为气体的压力电势而使气体的压力上升的气流在静叶栅中流动时相对速度降低而释放的动能除了一部分转化为摩擦热被气体吸收以外，全部转化为气体的压力势，气体的压力上升。21、影响压缩机级增压能力的要素(限制条件)叶片材料的允许应力(强度)的限制圆周速度u不得使叶片列气动性能的限制气流转换角过大，22、5 .轴流压缩机的效率和能量损失、压缩机效率：23、内部损失型阻力损失(影响要素：翼型) a， 叶片列表面的表面层产生的摩擦和脱离现象引起的b，叶片表出口尾迹中的涡流和主流的混合c，超音速气流中产生的浪涌现象等引起的能量损失。 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：变动间隙的大小、前后差压和直径的大小等)外部损失支承轴承和推力轴承的机械摩擦损失(相应的缺陷对策：采用高效轴承、适当的润滑等对策)高压转子轴端与壳体之间的(相应的缺陷措施：增设气密装置)、压缩机的能量损失、24、1 .压缩机的特性和特性线流量特性：转速、进气压力和进气温度一定时，压力比和等熵效率随流量变化的关系称为压缩机的流量特性。 压缩机的流量特性曲线：通过实验测量制作的压缩机的流量特性曲线。 压缩机的特性曲线组：一起描绘了不同转速下的压缩机的特性曲线，所得到的曲线组称为压缩机的特性曲线组。 (3)压缩机特性、25、2 .单级轴流压缩机的特性线、特征每个转速的压力比有最大值(最大压力比点：左、右两)。 压缩机喘振的转速不变，流量下降到一定值后，压缩机内气流的轴向脉动引起的机械整体的剧烈振动。 浪涌边界点：压力比不稳定无法描绘时对应的流量点。 浪涌边界线：各转速下浪涌状况点的连接。 26、特征压缩机的闭塞转速不变，流量增大到一定值时，压力比急剧下降，流量不再增大的现象。 根据转速不同，压力比特性线的形状稍有不同，转速越高，特性线越陡。 注根据：流量效率变化的曲线群和压力比根据流量变化的曲线群的特征大致相同。 27、压力比随流量变化时(转速不变化)、无损失时：级压力比随流量减小、考虑摩擦损失时：单位质量气体损失随流量增大、考虑涡流损失时：存在使压力比最大的最佳流量，28、3 .多级压缩机的特性曲线， 特征压力比随流量变化的一般不存在左分支，浪涌点现在出现在右分支压力比和效率随流量变化的特性线比单级陡峭，高转速下大致为垂线，其动作范围变窄。 29、4 .压缩机的共通特性曲线、流量特性曲线的缺陷：流量描绘为自变量、转速描绘为自变量的压缩机流量特性曲线仅适用于一定的几何尺寸和进气条件的压缩机，压缩机的尺寸和进气条件发生变化时，需要通过新的实验得到特性曲线，应用不便。 公共特性曲线：以压缩机对应的定性基准数为参数，描绘压缩机的公共压缩比特性曲线和效率特性曲线。 “通用”内涵：压缩机的尺寸(几何类似)、吸入空气量和吸入条件如何变化，该特性线均适用。 “共同”依据：根据相似原理，如果对应的定性基准数相等，则所有对应的无量纲参数相等。 30、压缩机定性基准数一级动叶栅的进口速度马赫数和频率马赫数是压缩机的两个基本基准数，其他成比例的相互独立的无量纲参数可以替换为定性基准数。某压缩机公共特性曲线31、(4)压缩机不稳定状况、典型不稳定状况、喘振闭塞、32、1 .压缩机失速、(a )流量大于设计值、(b )流量小于设计值，叶背的边界层分离区容易扩大，以取代进口速度马赫数的定性基准数33、叶栅失速叶栅的体积流量减少时，叶栅背面边界层大幅脱落，分离区占据大部分的分流路，引起流动损失急剧增大的现象，当被称为叶的压缩机的某一级或某一列叶栅失速时，压缩机成为失速状态。 叶栅失速的特征一般在叶栅的几个局部区域发生的局部失速区不是静止的，而是围绕压缩机叶轮的轴线，以比叶轮低的速度向与叶轮相同方向旋转的失速区的圆周速度一般为叶轮圆周速度的20%80%，相对于多级轴流压缩机为40%60% 在相对坐标系中失速区以相对速度u向叶栅运动的相反方向传播。 34、叶栅失速区旋转机理，右侧：减角，改善流动，失速消除。 左侧：突角增大，气流分离，失速区逆叶栅运动方向传播。 流量减少时，在叶片2的背部先发生气流分离时，叶片2与叶片3之间的流路被部分堵塞，在该流路的前方形成低速气流域(滞留区域)，该滞留区域附近的气流改变流动。 35、旋转失速的危害旋转失速出现后，叶片受到周期性气流的激振力。 在激振力的频率与叶片的自振频率相等的情况下，叶片共振，在严重的情况下，叶片表面产生龟裂或断裂。 叶栅失速的种类渐进失速、a、随着流量的减少，失速首先发生在一个或几个叶尖上，然后沿径向和周向扩展，b、压力比、效率随流量的减少而连续变化的c、叶片有一个或多个对称失速区，多个失速区相互干扰，不稳定性增加，常出现叶的36、突变型失速a，流量减少到一定值时，沿叶片高度几乎同时失速，之后迅速向周向扩展的b .压缩机的特性线，压力比随流量飞跃性变化的c、叶轮只有12个失速区，经常发生在叶片短段的d .突变型失速的出现和消失是一定的37、压缩机浪涌的特征压缩机流量增加时减小的压力升高或降低的单元整体剧烈振动，伴随着特有的轰鸣。 压缩机喘振的原因内因(根本原因和必要条件) 压缩机失速外因压缩机的下游存在容积大的管网部件。 2 .压缩机喘振、38、喘振和失速的不同，39、3 .压缩机闭塞、闭塞的特征压缩机流量不能再增加的压缩比和效率大幅下降。 闭塞的发生原因，单级压缩机闭塞的原因，高转速下的音速闭塞，即气流流速达到音速，流量达到最大阈值，形成气流闭塞。 低转速下的边界层脱离闭塞，由于气流的负冲击角大，动叶栅的腹面出现严重的气流分离，减少了出口流通面积而闭塞。 40、多级压缩机闭塞原因、高转速下音速闭塞(闭塞机理和单级压缩机闭塞机理)。 低转速下音速闭塞末端的几级在流量增大和前几级压力比降低、气流密度减少的双重影响下，气流速度仍有大幅增加、达到音速的可能性，导致音速闭塞。 41、常用防喘措施： (1)中间排气(2)旋转导向件(3)分轴压缩机，4 .压缩机的防喘，42、多级压缩机的中间排气机构，中间排气在多级压缩机流通部分的一个或几个截面使气体的一部分进入大气中，或者重新导入压缩机的进口，进行压缩43、中间排气的防喘机制是从压缩机排出部分气体，放气口前流量相对增大，放气口后流量相对减少，调节颈部、末端气流的冲角接近设计值，以消除喘振。 44、中间排气措施的优缺点：简单易行，压力比在10以下时效果理想。 缺点：经济不好，排放压缩10%15%的空气。 放气口的位置对放气效果产生的影响(1)过于接近压缩机的入口，放气效果不太清楚(2)过于接近压缩机出口，经济性差(3)高输出燃气轮机根据转速的高低分别在不同的放气口或不同数量的放气口放气，由此，放气效果和经济45、旋转引导叶片33、354构成为能够使多级压缩机的某一级的引导叶片绕自己的轴线旋转，能够根据需要调整引导叶片的安装角度。 46、旋转导叶的防喘机构压缩机在低转速下接近冲击边界运转时，如导叶不动，则通过转动最初几级出现大正冲击角的导叶来改变安装角，消除气流的冲击角，避免冲击导向叶片的固定和旋转时气流速度三角形的变化，47、旋转导向叶片的止喘不足旋转导向叶片无法在叶片的整个高度同时消除正的冲角，如果确保平均高度下的冲角接近设计值，则叶片顶和叶片上的冲角仍然偏离设计值。 旋转导叶的治疗哮喘的优缺点：经济性好的缺点：操纵机构和系统复杂，重量增加。 48、分轴压缩机可以将多级压缩机分成两个或三个转子，并分别拖到相应的燃气轮机上。 高压比燃气轮机多采用分轴方法来防止压缩机的浪涌。 13354低压转子23354高压转子的双转子(轴)燃气轮机的结构，49、轴压缩机的防浪涌措施双转子压缩机，利用高压轮机拖动高压压缩机，利用低压轮机拖动低压压缩机，降低转速时， 能够使高低压压缩机的初级和末级的周向速度与气流轴向速度协调地变化，结果，使低压压缩机的正浪涌角和高压压缩机的负浪涌角消失，消除压缩机的浪涌。 分轴压气机应对哮喘的优缺点：可以实现压气机转速和流量的协调，以高压比保证对哮喘的应对要求。 缺点：必须采用复杂的同心套管结构。 50、哮喘对策总结如下： 51、(5)压缩机结构，燃气轮机压缩机轴侧视图，52，压缩机流通部分型，平均直径逐步增大，级数少，气缸容易平整加工。 末段平均直径小，叶高，效率高。 的双曲馀弦值。 在大流量高压比的压缩机中混合了前三者。 53、压缩机的静子气缸作用： (1)固定其他静子部件的(2)是整个单元的承重骨架(单元重量、压缩空气的内压及其他力)。 技术要求(铸件):(1)高刚性(2)良好的气动特性(气流流动损失小)。 (三)出口采用扩张型流程； 54、静叶作用：气流将动叶获得的动能转化为压力能，同时使气流旋转以适应下段动叶的气流进口方向。 受力：气流力(考虑共振)类型：直叶片固定方式： t型和单钩形静叶片环：焊接静叶片环和组装式静叶片环可变静叶片、55、压缩机静叶片、56、可变静叶片、静叶片环、57、压缩机的转子作用： 将转子从涡轮传递来的转矩传递到动叶片来压缩空气。 部件： 高速旋转部件(圆盘、轴、动叶