軸流式壓縮機(jī)-第二章

1、第二章 軸流式壓縮機(jī)中的損失2-1 流動(dòng)損失流動(dòng)損失，機(jī)械損失，漏氣損失流動(dòng)損失，機(jī)械損失，漏氣損失223311 312trccdpLhh葉型損失，環(huán)端面損失，尾跡損失葉型損失，環(huán)端面損失，尾跡損失一 葉型損失2-1 流動(dòng)損失1 摩擦損失摩擦損失2-1 流動(dòng)損失2 分離損失00nun2-1 流動(dòng)損失正沖角，擴(kuò)壓度增大，離心力影響，分離易擴(kuò)大負(fù)沖角，擴(kuò)壓度減小，離心力影響，分離不易擴(kuò)大2-1 流動(dòng)損失2-1 流動(dòng)損失3 尾跡損失混合均勻化在1/4弦長距離內(nèi)基本完成，幾倍弦長距離才真正均勻化2-1 流動(dòng)損失計(jì)算葉型損失的方法2-1 流動(dòng)損失1 運(yùn)用附面層理論近似解法2 用儒可夫斯基升力理論計(jì)算葉型

2、阻力系數(shù)2122sincos ()sin() /mxpmctgctgctgb t2-1 流動(dòng)損失2-1 流動(dòng)損失3 半經(jīng)驗(yàn)公式半經(jīng)驗(yàn)公式0.0220.006 /xpct b來流來流M不大，不大，Re3*105設(shè)計(jì)工況設(shè)計(jì)工況0.0140.018xpcRe1*1050.030.006 /xpct b最小損失最小損失0.0120.0480.023 /xpcfb t4 總壓損失系數(shù)2111(1)/ 1 (1)1kkwkk2-1 流動(dòng)損失*2*1pp11wcrwa2-1 流動(dòng)損失2 環(huán)端面損失由于氣流沿著氣缸和轉(zhuǎn)子輪轂表面流動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦和渦流損失，影響由于氣流沿著氣缸和轉(zhuǎn)子輪轂表面流動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦和

3、渦流損失，影響到軸向速度分布到軸向速度分布1 效率修正法*11hlhllvvl2-1 流動(dòng)損失mxatcAl2 環(huán)端面損失系數(shù)0.020.03AA2-1 流動(dòng)損失霍維爾霍維爾斯杰芬遜斯杰芬遜葉片越高，損失系數(shù)越小葉片越高，損失系數(shù)越小三、 二次流損失1 雙渦損失2-1 流動(dòng)損失通道渦，低能量的氣流在流道非工作面附近積累，引起氣流擾動(dòng)和損失，并導(dǎo)致氣流偏離正常方向，產(chǎn)生對后面葉片排的不利沖角2-1 流動(dòng)損失2 徑向間隙流動(dòng)損失端流動(dòng)或端部潛流葉柵負(fù)荷越大，葉端截面厚度越薄，徑向間隙越大，則流動(dòng)損失越嚴(yán)重2-1 流動(dòng)損失2-1 流動(dòng)損失3、葉身附面層徑向流動(dòng)的遷移損失uuc 離心力大于主流中的，而

4、徑向壓差一定，葉身附面層內(nèi)氣體由葉根向頂部移動(dòng)動(dòng)葉葉身附近靜葉相反2-1 流動(dòng)損失徑向潛流使葉身附面層向動(dòng)葉頂部與靜葉端部（近輪轂處）堆積加厚，而惡化了這些區(qū)域的流動(dòng)。由于動(dòng)葉柵中u比cu大的多，故動(dòng)葉附面層的徑向遷移更嚴(yán)重，損失更大。4 刮擦渦損失2-1 流動(dòng)損失葉片可以從壁面把附面層刮下來，葉片可以從壁面把附面層刮下來，刮起旋渦，引起損失刮起旋渦，引起損失2-1 流動(dòng)損失計(jì)算二次流損失公式計(jì)算二次流損失公式一系列一系列簡化經(jīng)驗(yàn)公式簡化經(jīng)驗(yàn)公式20.018xsycc20.113/(/ )xsyccl b葉柵流動(dòng)損失系數(shù)2-1 流動(dòng)損失xxpxaxscccc212sinmrxmwhc動(dòng)葉柵流動(dòng)

5、損失功2-1 流動(dòng)損失四、雷諾數(shù)和來流自由紊流度對葉型損失影響1 雷諾數(shù)影響2-1 流動(dòng)損失2 自由紊流度影響2 /uTuw層流分離附面層，層流氣泡形成附面層，向紊流附面層的轉(zhuǎn)變，全紊層流分離附面層，層流氣泡形成附面層，向紊流附面層的轉(zhuǎn)變，全紊流附面層流附面層Re2.5-3二、參數(shù)選取葉柵性能主要指標(biāo)：葉柵中能量轉(zhuǎn)化能力大小與效率高低；即葉柵中氣流壓力的提高與損失的大小來反映葉柵中壓力提高的程度yC122sin()ymxmtCctgctgc ctgb3-2 平面葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)或?qū)⑸ο禂?shù)與阻力系數(shù)用氣流角度及葉柵相對柵距聯(lián)系起來22*22*121211*2rmwwppdpdph*1222sinx

6、mmmppbCtw3-2 平面葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)動(dòng)葉柵伯努利方程動(dòng)葉柵伯努利方程表示葉柵中損失表示葉柵中損失試驗(yàn)條件及測量參數(shù)葉型及葉柵幾何參數(shù)全部已知葉型：q, b, a, c, e, f, 葉柵：1A, 2A, b, t試驗(yàn)時(shí)應(yīng)測參數(shù)：柵前：靜壓p1,總壓p1*，進(jìn)氣角1, 總溫T1*柵后：靜壓p2, 總壓p2*,出氣角23-2 平面葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)算得參數(shù)11Ai211122mctgctgctg*121crakRTk3-2 平面葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)22A12*11/ 11kkpkpk11crwa22crwa122mwww最終所需參數(shù)3-2 平面葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)21*1222sinxmmmppbCtw122si

7、n()ymxmtCctgctgc ctgb平面葉柵正常性能曲線：葉柵的 與沖角變化的關(guān)系曲線,yxc c3-3 平面葉柵正常特性曲線特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 反映一定的葉柵在不同工況下的性反映一定的葉柵在不同工況下的性能能2 一定沖角范圍內(nèi)，一定沖角范圍內(nèi)， 與與 i 幾乎成正幾乎成正比比 例增加例增加2121Ai22Aconst氣流無脫離，葉型損失較小氣流無脫離，葉型損失較小( 155 )3 當(dāng)沖角繼續(xù)增大， 與 的增加緩慢， 而 增大加快。把 達(dá)到相當(dāng)于 的二倍時(shí)的沖角稱為臨界沖角或失速?zèng)_角 ，這時(shí)的工況稱為葉柵失速工況。3-3 平面葉柵正常特性曲線ycxpcxpcminxccri4 當(dāng)沖角有較大負(fù)

8、值時(shí)，阻力系數(shù)也明顯增加，這是由于葉腹后端開 始出現(xiàn)脫離5 葉柵擴(kuò)壓能力大而損失小工況，max0.8額定工況，以*符號表示,criiconst2121()()AAiiq3-4 平面葉柵變工況綜合特性曲線iconst *iconst*ii *1*ii 綜合特性曲線反映了葉柵額定工況與其他工況關(guān)系，并把各葉柵試驗(yàn)結(jié)果綜合為綜合特性曲線反映了葉柵額定工況與其他工況關(guān)系，并把各葉柵試驗(yàn)結(jié)果綜合為統(tǒng)一的通用關(guān)系曲線，擴(kuò)大吹風(fēng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍統(tǒng)一的通用關(guān)系曲線，擴(kuò)大吹風(fēng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍一、氣流額定轉(zhuǎn)折角與葉型彎曲角的關(guān)系3-5 平面葉柵額定工況特性曲線22120.23(2 )0.0020.18*10.00

9、2Aabtq0.40.5a 落后角只是葉型及葉柵幾何參數(shù)的函數(shù)，落后角只是葉型及葉柵幾何參數(shù)的函數(shù)，對對*ii均適用均適用2*( , ,*)ftq/0.72.0b t 040q0.050.12c 3-5 平面葉柵額定工況特性曲線1.0t 2*60*iq *( )fq*(*, )ifq3-5 平面葉柵額定工況特性曲線曲線分析曲線分析1 轉(zhuǎn)折角開始隨葉型彎曲角增大得較快，后變慢至不再增加轉(zhuǎn)折角開始隨葉型彎曲角增大得較快，后變慢至不再增加3-5 平面葉柵額定工況特性曲線35 ,*q最大最大2 對彎曲角小的葉型在正沖角下可以得到額定工況，而對彎曲角大的葉型，對彎曲角小的葉型在正沖角下可以得到額定工況，

10、而對彎曲角大的葉型，則在負(fù)沖角下得到額定工況。則在負(fù)沖角下得到額定工況。3 當(dāng)沖角在一定范圍內(nèi)，氣流轉(zhuǎn)折角與葉型彎曲角無關(guān)當(dāng)沖角在一定范圍內(nèi)，氣流轉(zhuǎn)折角與葉型彎曲角無關(guān)2*( ,*)f t55i 1936q4 當(dāng)當(dāng) ，氣流轉(zhuǎn)折角有較大值，阻力系數(shù)較小，葉柵性能好，氣流轉(zhuǎn)折角有較大值，阻力系數(shù)較小，葉柵性能好二、額定工況特性曲線二、額定工況特性曲線2*( / ,*)f b t亞音速擴(kuò)壓葉柵的額定工況特性曲亞音速擴(kuò)壓葉柵的額定工況特性曲線，又稱主特性線線，又稱主特性線3-5 平面葉柵額定工況特性曲線5*5i 0.40.5a /0.52.5b t 1940q0.050.12c 3-5 平面葉柵額定工

11、況特性曲線額定工況特性曲線討論1 對不同稠度、安裝角及葉型彎曲角的大量葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)所得結(jié)果，圖中曲對不同稠度、安裝角及葉型彎曲角的大量葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)所得結(jié)果，圖中曲線上每個(gè)點(diǎn)代表某個(gè)葉柵的一個(gè)額定工況線上每個(gè)點(diǎn)代表某個(gè)葉柵的一個(gè)額定工況2 當(dāng)當(dāng)b/t一定時(shí)，一定時(shí)，*隨隨 2*的增大而增大，又由于落后角為常數(shù)，故的增大而增大，又由于落后角為常數(shù)，故 2*增大增大表示葉柵有較大的表示葉柵有較大的 2A*3 當(dāng)當(dāng) 2*一定時(shí)，一定時(shí)，*隨隨b/t的增大而增大的增大而增大3-5 平面葉柵額定工況特性曲線/1*b tE4 在不同在不同 2*下，對不同葉柵稠度下，對不同葉柵稠度b/t所得的所得的*之比為一

12、常數(shù)之比為一常數(shù)5 注意葉柵正常特性與額定工況特性注意葉柵正常特性與額定工況特性區(qū)別。前者表示同一葉柵在不同沖角區(qū)別。前者表示同一葉柵在不同沖角下其特性的變化；后者將許多葉柵的下其特性的變化；后者將許多葉柵的額定工況綜合反映在一個(gè)圖上，圖中額定工況綜合反映在一個(gè)圖上，圖中曲線上每個(gè)點(diǎn)代表一種葉柵的一個(gè)額曲線上每個(gè)點(diǎn)代表一種葉柵的一個(gè)額定工況定工況12, 3-5 平面葉柵額定工況特性曲線三、額定工況的應(yīng)用與注意事項(xiàng)三、額定工況的應(yīng)用與注意事項(xiàng) 額定工況特性曲線是通過不同葉型葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)所得的大量數(shù)據(jù)綜合而繪得的，額定工況特性曲線是通過不同葉型葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)所得的大量數(shù)據(jù)綜合而繪得的，反映了基元級葉

13、柵流動(dòng)的可觀規(guī)律，反映了氣動(dòng)參數(shù)和葉柵幾何參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)反映了基元級葉柵流動(dòng)的可觀規(guī)律，反映了氣動(dòng)參數(shù)和葉柵幾何參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。故可以利用它作為基元級設(shè)計(jì)的依據(jù)，來確定合乎要求的葉柵結(jié)合參數(shù)系。故可以利用它作為基元級設(shè)計(jì)的依據(jù)，來確定合乎要求的葉柵結(jié)合參數(shù)既定速度三角形既定速度三角形12*,*,*額定特性曲線額定特性曲線/b t12*bmtq2*20.23(2 )0.0020.18ma*iq12*1itmbq5*5i 22*A11*Ai軸流壓縮機(jī)平面葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)最有成效應(yīng)用：以大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對額定工況下的各參數(shù)作定以大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對額定工況下的各參數(shù)作定量分析，建立起葉柵幾何

14、參數(shù)與氣動(dòng)參數(shù)的直接聯(lián)系，量分析，建立起葉柵幾何參數(shù)與氣動(dòng)參數(shù)的直接聯(lián)系，利用經(jīng)驗(yàn)公式及葉柵特性曲線求得能保證實(shí)現(xiàn)給定速利用經(jīng)驗(yàn)公式及葉柵特性曲線求得能保證實(shí)現(xiàn)給定速度三角形的葉柵幾何參數(shù)。度三角形的葉柵幾何參數(shù)。3-5 平面葉柵額定工況特性曲線注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)1 額定工況特性是在一定的葉型幾何參數(shù)范圍內(nèi)試驗(yàn)得出的，使用時(shí)應(yīng)局額定工況特性是在一定的葉型幾何參數(shù)范圍內(nèi)試驗(yàn)得出的，使用時(shí)應(yīng)局限于這一范圍，否則可能出現(xiàn)較大偏差。限于這一范圍，否則可能出現(xiàn)較大偏差。3-5 平面葉柵額定工況特性曲線2 額定工況特性曲線是在低額定工況特性曲線是在低M數(shù)下在作出的，數(shù)下在作出的，Mi*，不能利用額定工況曲線

15、圖來聯(lián)系葉柵，不能利用額定工況曲線圖來聯(lián)系葉柵幾何參數(shù)與氣動(dòng)參數(shù)關(guān)系幾何參數(shù)與氣動(dòng)參數(shù)關(guān)系, ,h作為主要參數(shù)表示的額定工況特性曲線作為主要參數(shù)表示的額定工況特性曲線(, )hbft3-6 無因次額定工況特性曲線122mumawctgctgctgc*12hctgctg附近：附近：minh3-6 無因次額定工況特性曲線1.55( / )1 1.5 /hf b tt b250901.2upper1.21 1.5 /lowert b3-6 無因次額定工況特性曲線minhh0.81bt81 1.5 / t b與與無關(guān)，無關(guān)，f較大的曲線，平坦段較大較大的曲線，平坦段較大h3-6 無因

16、次額定工況特性曲線在在 大時(shí)，增大大時(shí)，增大 并不能使并不能使h增大。由于大增大。由于大 時(shí)增大時(shí)增大 易易使使Mw1Mcr，而不得不減小，而不得不減小u, 可知在可知在 大時(shí)增加大時(shí)增加W對對提高能量頭并無好處。故一般對壓縮機(jī)前面級，可用提高能量頭并無好處。故一般對壓縮機(jī)前面級，可用較小較小 ，以便利用較大的，以便利用較大的u來增大級能量頭；而對后面來增大級能量頭；而對后面級，級， 增大時(shí)增大時(shí)h將增大，故可用較大將增大，故可用較大 。增大增大 可以提高可以提高h(yuǎn)，但注意避免出現(xiàn)，但注意避免出現(xiàn)Mw1Mcr3-7 基元級葉柵造型在氣動(dòng)設(shè)計(jì)中，已知某葉高處的速度三角形后，就可利用平面葉柵吹風(fēng)試

17、驗(yàn)在氣動(dòng)設(shè)計(jì)中，已知某葉高處的速度三角形后，就可利用平面葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)氣動(dòng)參數(shù)和幾何參數(shù)之間的關(guān)系，選擇原始翼型，對葉型與葉柵數(shù)據(jù)，根據(jù)氣動(dòng)參數(shù)和幾何參數(shù)之間的關(guān)系，選擇原始翼型，對葉型與葉柵進(jìn)行造型設(shè)計(jì)進(jìn)行造型設(shè)計(jì)一、原始翼型一、原始翼型c大，葉型型面曲率大，對氣流擾動(dòng)大，會(huì)使大，葉型型面曲率大，對氣流擾動(dòng)大，會(huì)使Mcr和和Mmax下降下降小，葉型太薄，葉片強(qiáng)度、振動(dòng)和工藝問題小，葉型太薄，葉片強(qiáng)度、振動(dòng)和工藝問題葉根受力大，取大值，葉尖受力小，取小值，并可使葉片離心力葉根受力大，取大值，葉尖受力小，取小值，并可使葉片離心力減小，動(dòng)葉沿葉高按直線規(guī)律，靜葉沿葉高一般不變減小，動(dòng)葉沿葉

18、高按直線規(guī)律，靜葉沿葉高一般不變e小，葉型最大厚度靠近前緣，對前緣附近曲率大，氣流加速厲害，小，葉型最大厚度靠近前緣，對前緣附近曲率大，氣流加速厲害，會(huì)使會(huì)使Mcr下降。如果氣流速度不大，下降。如果氣流速度不大，M數(shù)問題不突出。較小值數(shù)問題不突出。較小值可使葉背上最大速度點(diǎn)離后緣較遠(yuǎn)，擴(kuò)壓段壓力梯度較小，氣流可使葉背上最大速度點(diǎn)離后緣較遠(yuǎn)，擴(kuò)壓段壓力梯度較小，氣流不易脫離。低速葉型可用較小值，隨不易脫離。低速葉型可用較小值，隨M數(shù)增大，選用較大值。數(shù)增大，選用較大值。0.30.43-7 基元級葉柵造型f大，葉型彎曲厲害，葉型彎曲較大，氣流的轉(zhuǎn)折角增大，可增大大，葉型彎曲厲害，葉型彎曲較大，氣流

19、的轉(zhuǎn)折角增大，可增大加功量，但使葉背上壓力梯度增大，易產(chǎn)生氣流分離損失。一般加功量，但使葉背上壓力梯度增大，易產(chǎn)生氣流分離損失。一般葉型彎曲角確定后，其值也就確定葉型彎曲角確定后，其值也就確定a低速葉型較小，高速較大低速葉型較小，高速較大1r低速時(shí)較大值能適應(yīng)沖角變化，對沖角變化敏感性低，隨來流方低速時(shí)較大值能適應(yīng)沖角變化，對沖角變化敏感性低，隨來流方向改變前駐點(diǎn)位置可作相應(yīng)變化，變工況損失增加不明顯向改變前駐點(diǎn)位置可作相應(yīng)變化，變工況損失增加不明顯高速時(shí)對氣流擾動(dòng)大，易產(chǎn)生較大沖波損失高速時(shí)對氣流擾動(dòng)大，易產(chǎn)生較大沖波損失2r強(qiáng)度允許條件下盡可能小，以減小尾跡損失強(qiáng)度允許條件下盡可能小，以減

20、小尾跡損失20.06rc10.12rc3-7 基元級葉柵造型原始葉型選定后，原始葉型選定后，c，e，r1，r2以及厚度分布規(guī)律確定了以及厚度分布規(guī)律確定了fa由葉型彎曲角和葉型中線規(guī)律確定由葉型彎曲角和葉型中線規(guī)律確定常用的常用的5種亞音速原始翼型種亞音速原始翼型1 C4翼型，英國葉型系列，普遍，翼型，英國葉型系列，普遍，e302 NACA65010翼型，美國航天局，翼型，美國航天局，e40，高亞音速性能較好，高亞音速性能較好3 BC6翼型，翼型，e404 G GTy42翼型，翼型，e305 A40翼型，翼型，e40最大相對厚度最大相對厚度10左右，用較大或較小最大相對厚度，可把左右，用較大或

21、較小最大相對厚度，可把y值按比列放值按比列放大或縮小大或縮小3-7 基元級葉柵造型二、確定葉型及葉柵的幾何角二、確定葉型及葉柵的幾何角1A*11Ai*24i 選選i時(shí)應(yīng)考慮所用原始翼型，基元級所在葉高位置和該級在壓縮機(jī)種所處部位時(shí)應(yīng)考慮所用原始翼型，基元級所在葉高位置和該級在壓縮機(jī)種所處部位前幾級均徑處沖角前幾級均徑處沖角*02i 后級沖角后級沖角*02i 動(dòng)葉根部基元級，由于葉型彎曲角動(dòng)葉根部基元級，由于葉型彎曲角q q大，大，也大，故也大，故 i 可選得較小可選得較小*14.50.31 40.45/aib tbq13-7 基元級葉柵造型q*1/im t bq2*由速度三角形由速度三角形得出

22、，得出，t/b根據(jù)速度三角形中的根據(jù)速度三角形中的 2, 由額定工況特性由額定工況特性曲線得出（不在曲線上的點(diǎn)可用插值）曲線得出（不在曲線上的點(diǎn)可用插值）2*20.23(2 )0.0020.18ma0.40.45a 3-7 基元級葉柵造型*tmbq32*20.23(2 )0.0020.18ma0.40.45a 對于收斂葉柵，如進(jìn)口導(dǎo)流器葉柵對于收斂葉柵，如進(jìn)口導(dǎo)流器葉柵2*0.23(2 )0.2tabq2*40100適用范圍適用范圍3-7 基元級葉柵造型2A22*A42*為可用速度三角形的為可用速度三角形的 23-7 基元級葉柵造型三、葉弦三、葉弦b的確定的確定 (考慮葉柵稠度和葉片強(qiáng)度與振動(dòng)

23、）考慮葉柵稠度和葉片強(qiáng)度與振動(dòng)）b可根據(jù)可根據(jù)l/b初步確定。均徑處初步確定。均徑處l/b在在1.5-3.5范圍內(nèi)選取，前面級取較大值，后范圍內(nèi)選取，前面級取較大值，后面級取較小值。特殊情況下，后級可取面級取較小值。特殊情況下，后級可取1-1.5。l/b大，葉片瘦長，為滿足合適稠度，葉片數(shù)較多；較小大，葉片瘦長，為滿足合適稠度，葉片數(shù)較多；較小b可使壓縮機(jī)軸向可使壓縮機(jī)軸向尺寸減小，但往往使級壓比有所下降而增大級數(shù)。尺寸減小，但往往使級壓比有所下降而增大級數(shù)。l/b小，葉片寬胖，級有較大壓比，強(qiáng)度振動(dòng)問題小，推遲不穩(wěn)定氣動(dòng)現(xiàn)象小，葉片寬胖，級有較大壓比，強(qiáng)度振動(dòng)問題小，推遲不穩(wěn)定氣動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，改善工況性能，但增大壓縮機(jī)軸向尺寸，耗費(fèi)材料發(fā)生，改善工況性能，但增大壓縮機(jī)軸向尺寸，耗費(fèi)材料不同不同 的級，的級，l/b選擇不同。對選擇不同。對 1.0的級，動(dòng)葉中能量轉(zhuǎn)化大，葉片所的級，動(dòng)葉中能量轉(zhuǎn)化大，葉片所收彎曲應(yīng)力大，收彎曲應(yīng)力大，l/b要選小一些。對要選小一些。對 0.5的級，負(fù)荷在動(dòng)靜葉中均勻分的級，負(fù)荷在動(dòng)靜葉中均勻分配，動(dòng)葉的配，動(dòng)葉的l/b可取的大一些。可取的大一些。確定確定l/b