轴流式压缩机-第二章

1、第二章 轴流式压缩机中的损失2-1 流动损失流动损失，机械损失，漏气损失流动损失，机械损失，漏气损失223311 312trccdpLhh叶型损失，环端面损失，尾迹损失叶型损失，环端面损失，尾迹损失一 叶型损失2-1 流动损失1 摩擦损失摩擦损失2-1 流动损失2 分离损失00nun2-1 流动损失正冲角，扩压度增大，离心力影响，分离易扩大负冲角，扩压度减小，离心力影响，分离不易扩大2-1 流动损失2-1 流动损失3 尾迹损失混合均匀化在1/4弦长距离内基本完成，几倍弦长距离才真正均匀化2-1 流动损失计算叶型损失的方法2-1 流动损失1 运用附面层理论近似解法2 用儒可夫斯基升力理论计算叶型

2、阻力系数2122sincos ()sin() /mxpmctgctgctgb t2-1 流动损失2-1 流动损失3 半经验公式半经验公式0.0220.006 /xpct b来流来流M不大，不大，Re3*105设计工况设计工况0.0140.018xpcRe1*1050.030.006 /xpct b最小损失最小损失0.0120.0480.023 /xpcfb t4 总压损失系数2111(1)/ 1 (1)1kkwkk2-1 流动损失*2*1pp11wcrwa2-1 流动损失2 环端面损失由于气流沿着气缸和转子轮毂表面流动所产生的摩擦和涡流损失，影响由于气流沿着气缸和转子轮毂表面流动所产生的摩擦和

3、涡流损失，影响到轴向速度分布到轴向速度分布1 效率修正法*11hlhllvvl2-1 流动损失mxatcAl2 环端面损失系数0.020.03AA2-1 流动损失霍维尔霍维尔斯杰芬逊斯杰芬逊叶片越高，损失系数越小叶片越高，损失系数越小三、 二次流损失1 双涡损失2-1 流动损失通道涡，低能量的气流在流道非工作面附近积累，引起气流扰动和损失，并导致气流偏离正常方向，产生对后面叶片排的不利冲角2-1 流动损失2 径向间隙流动损失端流动或端部潜流叶栅负荷越大，叶端截面厚度越薄，径向间隙越大，则流动损失越严重2-1 流动损失2-1 流动损失3、叶身附面层径向流动的迁移损失uuc 离心力大于主流中的，而

4、径向压差一定，叶身附面层内气体由叶根向顶部移动动叶叶身附近静叶相反2-1 流动损失径向潜流使叶身附面层向动叶顶部与静叶端部（近轮毂处）堆积加厚，而恶化了这些区域的流动。由于动叶栅中u比cu大的多，故动叶附面层的径向迁移更严重，损失更大。4 刮擦涡损失2-1 流动损失叶片可以从壁面把附面层刮下来，叶片可以从壁面把附面层刮下来，刮起旋涡，引起损失刮起旋涡，引起损失2-1 流动损失计算二次流损失公式计算二次流损失公式一系列一系列简化经验公式简化经验公式20.018xsycc20.113/(/ )xsyccl b叶栅流动损失系数2-1 流动损失xxpxaxscccc212sinmrxmwhc动叶栅流动

5、损失功2-1 流动损失四、雷诺数和来流自由紊流度对叶型损失影响1 雷诺数影响2-1 流动损失2 自由紊流度影响2 /uTuw层流分离附面层，层流气泡形成附面层，向紊流附面层的转变，全紊层流分离附面层，层流气泡形成附面层，向紊流附面层的转变，全紊流附面层流附面层Re2.5-3二、参数选取叶栅性能主要指标：叶栅中能量转化能力大小与效率高低；即叶栅中气流压力的提高与损失的大小来反映叶栅中压力提高的程度yC122sin()ymxmtCctgctgc ctgb3-2 平面叶栅吹风试验或将升力系数与阻力系数用气流角度及叶栅相对栅距联系起来22*22*121211*2rmwwppdpdph*1222sinx

6、mmmppbCtw3-2 平面叶栅吹风试验动叶栅伯努利方程动叶栅伯努利方程表示叶栅中损失表示叶栅中损失试验条件及测量参数叶型及叶栅几何参数全部已知叶型：q, b, a, c, e, f, 叶栅：1A, 2A, b, t试验时应测参数：栅前：静压p1,总压p1*，进气角1, 总温T1*栅后：静压p2, 总压p2*,出气角23-2 平面叶栅吹风试验算得参数11Ai211122mctgctgctg*121crakRTk3-2 平面叶栅吹风试验22A12*11/ 11kkpkpk11crwa22crwa122mwww最终所需参数3-2 平面叶栅吹风试验21*1222sinxmmmppbCtw122si

7、n()ymxmtCctgctgc ctgb平面叶栅正常性能曲线：叶栅的 与冲角变化的关系曲线,yxc c3-3 平面叶栅正常特性曲线特点：特点：1 反映一定的叶栅在不同工况下的性反映一定的叶栅在不同工况下的性能能2 一定冲角范围内，一定冲角范围内， 与与 i 几乎成正几乎成正比比 例增加例增加2121Ai22Aconst气流无脱离，叶型损失较小气流无脱离，叶型损失较小( 155 )3 当冲角继续增大， 与 的增加缓慢， 而 增大加快。把 达到相当于 的二倍时的冲角称为临界冲角或失速冲角 ，这时的工况称为叶栅失速工况。3-3 平面叶栅正常特性曲线ycxpcxpcminxccri4 当冲角有较大负

8、值时，阻力系数也明显增加，这是由于叶腹后端开 始出现脱离5 叶栅扩压能力大而损失小工况，max0.8额定工况，以*符号表示,criiconst2121()()AAiiq3-4 平面叶栅变工况综合特性曲线iconst *iconst*ii *1*ii 综合特性曲线反映了叶栅额定工况与其他工况关系，并把各叶栅试验结果综合为综合特性曲线反映了叶栅额定工况与其他工况关系，并把各叶栅试验结果综合为统一的通用关系曲线，扩大吹风试验数据应用范围统一的通用关系曲线，扩大吹风试验数据应用范围一、气流额定转折角与叶型弯曲角的关系3-5 平面叶栅额定工况特性曲线22120.23(2 )0.0020.18*10.00

9、2Aabtq0.40.5a 落后角只是叶型及叶栅几何参数的函数，落后角只是叶型及叶栅几何参数的函数，对对*ii均适用均适用2*( , ,*)ftq/0.72.0b t 040q0.050.12c 3-5 平面叶栅额定工况特性曲线1.0t 2*60*iq *( )fq*(*, )ifq3-5 平面叶栅额定工况特性曲线曲线分析曲线分析1 转折角开始随叶型弯曲角增大得较快，后变慢至不再增加转折角开始随叶型弯曲角增大得较快，后变慢至不再增加3-5 平面叶栅额定工况特性曲线35 ,*q最大最大2 对弯曲角小的叶型在正冲角下可以得到额定工况，而对弯曲角大的叶型，对弯曲角小的叶型在正冲角下可以得到额定工况，

10、而对弯曲角大的叶型，则在负冲角下得到额定工况。则在负冲角下得到额定工况。3 当冲角在一定范围内，气流转折角与叶型弯曲角无关当冲角在一定范围内，气流转折角与叶型弯曲角无关2*( ,*)f t55i 1936q4 当当 ，气流转折角有较大值，阻力系数较小，叶栅性能好，气流转折角有较大值，阻力系数较小，叶栅性能好二、额定工况特性曲线二、额定工况特性曲线2*( / ,*)f b t亚音速扩压叶栅的额定工况特性曲亚音速扩压叶栅的额定工况特性曲线，又称主特性线线，又称主特性线3-5 平面叶栅额定工况特性曲线5*5i 0.40.5a /0.52.5b t 1940q0.050.12c 3-5 平面叶栅额定工

11、况特性曲线额定工况特性曲线讨论1 对不同稠度、安装角及叶型弯曲角的大量叶栅吹风试验所得结果，图中曲对不同稠度、安装角及叶型弯曲角的大量叶栅吹风试验所得结果，图中曲线上每个点代表某个叶栅的一个额定工况线上每个点代表某个叶栅的一个额定工况2 当当b/t一定时，一定时，*随随 2*的增大而增大，又由于落后角为常数，故的增大而增大，又由于落后角为常数，故 2*增大增大表示叶栅有较大的表示叶栅有较大的 2A*3 当当 2*一定时，一定时，*随随b/t的增大而增大的增大而增大3-5 平面叶栅额定工况特性曲线/1*b tE4 在不同在不同 2*下，对不同叶栅稠度下，对不同叶栅稠度b/t所得的所得的*之比为一

12、常数之比为一常数5 注意叶栅正常特性与额定工况特性注意叶栅正常特性与额定工况特性区别。前者表示同一叶栅在不同冲角区别。前者表示同一叶栅在不同冲角下其特性的变化；后者将许多叶栅的下其特性的变化；后者将许多叶栅的额定工况综合反映在一个图上，图中额定工况综合反映在一个图上，图中曲线上每个点代表一种叶栅的一个额曲线上每个点代表一种叶栅的一个额定工况定工况12, 3-5 平面叶栅额定工况特性曲线三、额定工况的应用与注意事项三、额定工况的应用与注意事项 额定工况特性曲线是通过不同叶型叶栅吹风试验所得的大量数据综合而绘得的，额定工况特性曲线是通过不同叶型叶栅吹风试验所得的大量数据综合而绘得的，反映了基元级叶

13、栅流动的可观规律，反映了气动参数和叶栅几何参数之间的内在联反映了基元级叶栅流动的可观规律，反映了气动参数和叶栅几何参数之间的内在联系。故可以利用它作为基元级设计的依据，来确定合乎要求的叶栅结合参数系。故可以利用它作为基元级设计的依据，来确定合乎要求的叶栅结合参数既定速度三角形既定速度三角形12*,*,*额定特性曲线额定特性曲线/b t12*bmtq2*20.23(2 )0.0020.18ma*iq12*1itmbq5*5i 22*A11*Ai轴流压缩机平面叶栅吹风试验最有成效应用：以大量试验数据为依据，对额定工况下的各参数作定以大量试验数据为依据，对额定工况下的各参数作定量分析，建立起叶栅几何

14、参数与气动参数的直接联系，量分析，建立起叶栅几何参数与气动参数的直接联系，利用经验公式及叶栅特性曲线求得能保证实现给定速利用经验公式及叶栅特性曲线求得能保证实现给定速度三角形的叶栅几何参数。度三角形的叶栅几何参数。3-5 平面叶栅额定工况特性曲线注意事项注意事项1 额定工况特性是在一定的叶型几何参数范围内试验得出的，使用时应局额定工况特性是在一定的叶型几何参数范围内试验得出的，使用时应局限于这一范围，否则可能出现较大偏差。限于这一范围，否则可能出现较大偏差。3-5 平面叶栅额定工况特性曲线2 额定工况特性曲线是在低额定工况特性曲线是在低M数下在作出的，数下在作出的，Mi*，不能利用额定工况曲线

15、图来联系叶栅，不能利用额定工况曲线图来联系叶栅几何参数与气动参数关系几何参数与气动参数关系, ,h作为主要参数表示的额定工况特性曲线作为主要参数表示的额定工况特性曲线(, )hbft3-6 无因次额定工况特性曲线122mumawctgctgctgc*12hctgctg附近：附近：minh3-6 无因次额定工况特性曲线1.55( / )1 1.5 /hf b tt b250901.2upper1.21 1.5 /lowert b3-6 无因次额定工况特性曲线minhh0.81bt81 1.5 / t b与与无关，无关，f较大的曲线，平坦段较大较大的曲线，平坦段较大h3-6 无因

16、次额定工况特性曲线在在 大时，增大大时，增大 并不能使并不能使h增大。由于大增大。由于大 时增大时增大 易易使使Mw1Mcr，而不得不减小，而不得不减小u, 可知在可知在 大时增加大时增加W对对提高能量头并无好处。故一般对压缩机前面级，可用提高能量头并无好处。故一般对压缩机前面级，可用较小较小 ，以便利用较大的，以便利用较大的u来增大级能量头；而对后面来增大级能量头；而对后面级，级， 增大时增大时h将增大，故可用较大将增大，故可用较大 。增大增大 可以提高可以提高h，但注意避免出现，但注意避免出现Mw1Mcr3-7 基元级叶栅造型在气动设计中，已知某叶高处的速度三角形后，就可利用平面叶栅吹风试

17、验在气动设计中，已知某叶高处的速度三角形后，就可利用平面叶栅吹风试验数据，根据气动参数和几何参数之间的关系，选择原始翼型，对叶型与叶栅数据，根据气动参数和几何参数之间的关系，选择原始翼型，对叶型与叶栅进行造型设计进行造型设计一、原始翼型一、原始翼型c大，叶型型面曲率大，对气流扰动大，会使大，叶型型面曲率大，对气流扰动大，会使Mcr和和Mmax下降下降小，叶型太薄，叶片强度、振动和工艺问题小，叶型太薄，叶片强度、振动和工艺问题叶根受力大，取大值，叶尖受力小，取小值，并可使叶片离心力叶根受力大，取大值，叶尖受力小，取小值，并可使叶片离心力减小，动叶沿叶高按直线规律，静叶沿叶高一般不变减小，动叶沿叶

18、高按直线规律，静叶沿叶高一般不变e小，叶型最大厚度靠近前缘，对前缘附近曲率大，气流加速厉害，小，叶型最大厚度靠近前缘，对前缘附近曲率大，气流加速厉害，会使会使Mcr下降。如果气流速度不大，下降。如果气流速度不大，M数问题不突出。较小值数问题不突出。较小值可使叶背上最大速度点离后缘较远，扩压段压力梯度较小，气流可使叶背上最大速度点离后缘较远，扩压段压力梯度较小，气流不易脱离。低速叶型可用较小值，随不易脱离。低速叶型可用较小值，随M数增大，选用较大值。数增大，选用较大值。0.30.43-7 基元级叶栅造型f大，叶型弯曲厉害，叶型弯曲较大，气流的转折角增大，可增大大，叶型弯曲厉害，叶型弯曲较大，气流

19、的转折角增大，可增大加功量，但使叶背上压力梯度增大，易产生气流分离损失。一般加功量，但使叶背上压力梯度增大，易产生气流分离损失。一般叶型弯曲角确定后，其值也就确定叶型弯曲角确定后，其值也就确定a低速叶型较小，高速较大低速叶型较小，高速较大1r低速时较大值能适应冲角变化，对冲角变化敏感性低，随来流方低速时较大值能适应冲角变化，对冲角变化敏感性低，随来流方向改变前驻点位置可作相应变化，变工况损失增加不明显向改变前驻点位置可作相应变化，变工况损失增加不明显高速时对气流扰动大，易产生较大冲波损失高速时对气流扰动大，易产生较大冲波损失2r强度允许条件下尽可能小，以减小尾迹损失强度允许条件下尽可能小，以减

20、小尾迹损失20.06rc10.12rc3-7 基元级叶栅造型原始叶型选定后，原始叶型选定后，c，e，r1，r2以及厚度分布规律确定了以及厚度分布规律确定了fa由叶型弯曲角和叶型中线规律确定由叶型弯曲角和叶型中线规律确定常用的常用的5种亚音速原始翼型种亚音速原始翼型1 C4翼型，英国叶型系列，普遍，翼型，英国叶型系列，普遍，e302 NACA65010翼型，美国航天局，翼型，美国航天局，e40，高亚音速性能较好，高亚音速性能较好3 BC6翼型，翼型，e404 G GTy42翼型，翼型，e305 A40翼型，翼型，e40最大相对厚度最大相对厚度10左右，用较大或较小最大相对厚度，可把左右，用较大或

21、较小最大相对厚度，可把y值按比列放值按比列放大或缩小大或缩小3-7 基元级叶栅造型二、确定叶型及叶栅的几何角二、确定叶型及叶栅的几何角1A*11Ai*24i 选选i时应考虑所用原始翼型，基元级所在叶高位置和该级在压缩机种所处部位时应考虑所用原始翼型，基元级所在叶高位置和该级在压缩机种所处部位前几级均径处冲角前几级均径处冲角*02i 后级冲角后级冲角*02i 动叶根部基元级，由于叶型弯曲角动叶根部基元级，由于叶型弯曲角q q大，大，也大，故也大，故 i 可选得较小可选得较小*14.50.31 40.45/aib tbq13-7 基元级叶栅造型q*1/im t bq2*由速度三角形由速度三角形得出

22、，得出，t/b根据速度三角形中的根据速度三角形中的 2, 由额定工况特性由额定工况特性曲线得出（不在曲线上的点可用插值）曲线得出（不在曲线上的点可用插值）2*20.23(2 )0.0020.18ma0.40.45a 3-7 基元级叶栅造型*tmbq32*20.23(2 )0.0020.18ma0.40.45a 对于收敛叶栅，如进口导流器叶栅对于收敛叶栅，如进口导流器叶栅2*0.23(2 )0.2tabq2*40100适用范围适用范围3-7 基元级叶栅造型2A22*A42*为可用速度三角形的为可用速度三角形的 23-7 基元级叶栅造型三、叶弦三、叶弦b的确定的确定 (考虑叶栅稠度和叶片强度与振动

23、）考虑叶栅稠度和叶片强度与振动）b可根据可根据l/b初步确定。均径处初步确定。均径处l/b在在1.5-3.5范围内选取，前面级取较大值，后范围内选取，前面级取较大值，后面级取较小值。特殊情况下，后级可取面级取较小值。特殊情况下，后级可取1-1.5。l/b大，叶片瘦长，为满足合适稠度，叶片数较多；较小大，叶片瘦长，为满足合适稠度，叶片数较多；较小b可使压缩机轴向可使压缩机轴向尺寸减小，但往往使级压比有所下降而增大级数。尺寸减小，但往往使级压比有所下降而增大级数。l/b小，叶片宽胖，级有较大压比，强度振动问题小，推迟不稳定气动现象小，叶片宽胖，级有较大压比，强度振动问题小，推迟不稳定气动现象发生，改善工况性能，但增大压缩机轴向尺寸，耗费材料发生，改善工况性能，但增大压缩机轴向尺寸，耗费材料不同不同 的级，的级，l/b选择不同。对选择不同。对 1.0的级，动叶中能量转化大，叶片所的级，动叶中能量转化大，叶片所收弯曲应力大，收弯曲应力大，l/b要选小一些。对要选小一些。对 0.5的级，负荷在动静叶中均匀分的级，负荷在动静叶中均匀分配，动叶的配，动叶的l/b可取的大一些。可取的大一些。确定确定l/b