发动机原理_压气机与涡轮01shangzai.ppt

第二章 发动机主要部件工作原理;本章主要内容;生活中的叶轮机 风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、水轮机、水泵、螺旋桨（飞机、轮船）……;电脑芯片的风扇： 由微型电机驱动，向散热器提供冷却空气 发动机的压气机： 由涡轮驱动，向燃烧室提供高压空气;风力发电机： 空气的动能转化为电能； 发动机的涡轮： 燃气的热能转化为机械能； ;压气机;大涵道比涡轮风扇发动机;小涵道比涡轮风扇发动机;功能 对气流进行压缩,提高压力 设计要求 流通能力强、效率高、稳定、重量轻 分类 离心式和轴流式 ;离心式压气机 特点： 轴向进气，径向排气，离心增压 组成： 进气系统 叶轮 扩压器 集气管 ;气体靠离心增压;离心式压气机 优点： 结构简单、零件少 级增压能力强(增压比3-12) 性能稳定 轴向尺寸短 缺点： 效率低，迎风面大 适合： 小推力级动力装??;轴流式压气机 特点： 轴向进气，轴向排气 优点： 流通能力强、径向尺寸小、效率高 缺点： 结构复杂、级增压能力小、轴向尺寸长、零件多 适合： 大尺寸、高推力级、高速飞行的飞机发动机 ;轴流式压气机 多级组成，每一级由转子与静子组成。 转子（工作轮〕：叶片、盘、轴 静子（导向器〕：叶片、机匣 转子在前、静子在后，交错排列;纯轴流式压气机组成的压缩系统;轴流+离心组合;能量方程式 ;能量方程式----动坐标系 ;伯努利方程式 ;伯努利方程式----压气机 ;伯努利方程式-----涡轮 ;伯努利方程式-----动坐标系 ;压气机基元级 级?基元级?平面叶栅 平面叶栅 动叶叶栅 静叶叶栅 截面编号 1 动叶进口 2 动叶出口（静叶进口） 3 静叶出口;静叶叶栅 ;气体在静子中作绝能流动伯努利方程 dp?0 V3? V2 对于亚音气流， 减速必须经过 扩张形通道;气体在静叶叶栅中的流动： 利用叶型偏向轴线弯曲，使叶片之间形成扩张形气流通道； 气体流经扩张通道减速增压（亚音速）； ;动叶叶栅 ;气体在动叶叶栅中的流动： 速度三角形 进口： 气流流向动叶的绝对速度V1； 叶片转动切线速度为U1； 气流进入动叶的相对速度为W1。 出口： 气流流出动叶的相对速度为W2； 叶片转动切线速度为U2； 气流流出动叶的绝对速度为V2。 ;对于轴流压气机的动叶： 近似认为动叶前后切向速度不变U1?U2 气流在动叶叶栅中相对速度降低，W2 ? W1（减速增压） 气流流经动叶的绝对速度增加，即V2 ? V1（转子做功） ;动叶增压原理;流动本质： 气体在动叶和静叶中的流动过程，本质上都是亚音速气体的减速增压过程。;压气机叶栅 ;气体在轴流压气机中的参数变化;第一项表示气流经过动叶栅获取的动能，第二项表示气流流过动叶栅有多少相对动能转化为静压的提高，也包含转化过程的流动损失 ;亚音速压气机中亚音速气流只有在逐渐扩张的通道中才能减速增压。亚音速压气机级的效率比较高、性能较稳定，但增压比较低。;亚音轴流压气机级增压比=1.1~1.4 ? 多级 在压气机设计中人们非常重视增压比，在同样的总增压比下，提高级的增压比，就意味着减少级数，因而就可以减少重量。 ;要提高每一级的增压能力，要提高Wu 轮缘功Wu 动量矩原理推导出（见教材） U– 切线速度 ?WU – 扭速 U=f(n,D):高速旋转（n=10,000~50,000 rpm) 受强度、直径、相对速度等限制 扭速：增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度 扩张程度过大，气流易分离，损失增大;增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度，可以增加扭速;在较宽的范围内保证压气机的工作稳定，并具有较高的效率，以此为前提，提高级的增压比，可以说是压气机设计的中心问题。;超音叶栅增压原理;压气机叶片的扭转 因沿叶高的切线速度大小不同 相对速度大小和方向均不同 速度三角形不同；;叶型的变化;多级压气机 沿压气机轴向，随气体不断被增压，气体密度加大，气流通道逐级缩小，叶片变短。 思考：是否可以只采用静子叶片减速增压？可否取消动叶？;为何要采用动叶加功增压： 如果不对气体作功，只靠减速增压，压力增加程度充其量等于来流总压； 动叶对气体作功加入能量，增加绝对动能，使气流在其后的静叶中有足够的能量减速增压； 排列顺序：动叶在前，静叶在后。 级增压原理： 动叶加功增速，同时靠扩张叶栅通道减相对速度，增加压力； 静叶使在动叶中获得能量的气流，通过扩张叶栅通道减速增压。同时静子还起导向作用将气流引导到一定方向，为顺利进入下一级做准备。 ;气体参数的变化 动叶 静温增加 静压增加 总温增加（动叶做功） 总压增加 绝对速度增加（动叶做功） 相对速度下降（减速扩压） 静叶 静温增加 静压增加 总温不变 总压小幅下降（有损失） 速度下降（减速扩