燃气轮机6.ppt

第二章第二章 压气机压气机压气机的特点及应用；压气机的特点及应用；轴流式压气机级、轴流式压气机级、基元级的工作原理；基元级的工作原理；轴流式压气机中的能量损失；轴流式压气机中的能量损失；多级压气机；多级压气机；压气机变工况工作特性；压气机变工况工作特性；压气机喘振及防止方法。压气机喘振及防止方法。二、基元级及其速度三角形二、基元级及其速度三角形复习：复习：基元级基元级：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。基元级内气体流动基元级内气体流动：不可压缩的、不可压缩的、无粘性的、一元无粘性的、一元 稳定流动。稳定流动。RR（3）速度三角形u动叶栅动叶栅 静叶栅静叶栅 轴轴 动叶进口处动叶进口处c1 1w1w1=c1-uc1w1u 1 1 1u动叶栅动叶栅 静叶栅静叶栅 轴轴 动叶出口处动叶出口处c1 1w1c2=w2+uw2uc2w2c2 2 2 1 2 2u动叶栅动叶栅 静叶栅静叶栅 轴轴 静叶栅静叶栅静叶栅静叶栅不存在速度三角形不存在速度三角形。静叶栅具有渐扩通道，气流速静叶栅具有渐扩通道，气流速度下降度下降c3 c2，压力升高。，压力升高。一般一般c3 c1、3 1，即即各基元级入口的绝对速度各基元级入口的绝对速度大小方向基本相同。大小方向基本相同。c1 1w1w2c2c3 3 2 1 2 1w1w2cxc1c2uu叶栅额线轴向分速度cx气流转折角气流转折角气流转折角气流转折角 的作用的作用 n转折角转折角 的大小与相对速度下降的程度呈正比。的大小与相对速度下降的程度呈正比。n从气流转折角从气流转折角的大小，可判断叶栅的扩张度，即的大小，可判断叶栅的扩张度，即叶栅的增压能力。叶栅的增压能力。n转折角转折角 越大，叶栅的通流面积扩张越大，其增越大，叶栅的通流面积扩张越大，其增压能力就越强。压能力就越强。但但转折角转折角 过大，会引起气流流过大，会引起气流流动恶化，级效率降低。动恶化，级效率降低。n通常最大转折角通常最大转折角max不超过不超过40 45。气流速度在基元级内的变化规律n气流通过基元级动叶栅时，n 相对速度下降（压力升高）；n 绝对速度增加（动能增加）。n气流通过静叶栅时，n 绝对速度下降（动能减少、压力升高）；n 且流出基元级时的绝对速度大致恢复到级前水平。n速度三角形是分析研究基元级工作原理的重要工具。n气流速度的变化是反映能量转换的重要表达式。n下面讨论：n 基元级内的能量转换情况三、基元级内的能量转换三、基元级内的能量转换能量守恒关系：能量守恒关系：动量守恒关系：动量守恒关系：动叶栅：动叶栅：外界输入的机械功外界输入的机械功L 气体的能量气体的能量发生内部的转换发生内部的转换气体的流动气体的流动热焓形式热焓形式机械能形式机械能形式欧拉方程欧拉方程稳定流动能量方程式稳定流动能量方程式伯努利方程伯努利方程假设条件：气体是理想气体，气体是理想气体，=const；气体的比气体的比热热容容cpC是常数，是常数，k和和Rg亦是常数；亦是常数；绝热压缩绝热压缩，q=0。流过基元级时变化不大流过基元级时变化不大可用进出口的平均值代替可用进出口的平均值代替气体流量大、流速快，气体流量大、流速快，q值相对很小，可忽略值相对很小，可忽略。T473K1、稳定流动能量方程式、稳定流动能量方程式（热焓形式）（热焓形式）基元级进口1-1，出口3-3，则气体滞止焓或温度的增量代表气流与外界的能量交换。没有明显地出现摩擦耗功没有明显地出现摩擦耗功（转换为热能，热焓增加转换为热能，热焓增加）适用于一切绝热压缩过程（不管是否可逆）适用于一切绝热压缩过程（不管是否可逆）外界对气体所做的功L用热力参数计算：2 2、伯努利方程、伯努利方程（机械能形式）（机械能形式）推导过程：推导过程：可逆微元过程：可逆微元过程：不可逆过程：有摩擦功不可逆过程：有摩擦功 LR，最后全部，最后全部转变为转变为工工质质的的热热量，即量，即 热力学第一定律热力学第一定律 q=di-vdp q=q+LR压缩过程系统与外界压缩过程系统与外界交换的热量，绝热交换的热量，绝热 q=0工质吸收的热量工质吸收的热量 q=LR=di-vdpdi=vdp+LRv=1，v=1/，过程过程1-3，代入积分，代入积分代入整理得到伯努利方程代入整理得到伯努利方程 伯努利方程伯努利方程（机械能形式）（机械能形式）n外界输入给气体的机械功，绝大部分用于升高气体的压力（）；n有一小部分用于克服摩擦阻力（LR），转变为摩擦热使气体温度升高。一般情况下，基元一般情况下，基元级进出口级进出口绝对速度绝对速度非常接近，非常接近，c c3 3 c c1 1。0摩擦耗功明显摩擦耗功明显出现在公式中出现在公式中 利用伯努利方程来分析基元级利用伯努利方程来分析基元级静叶栅静叶栅(叶轮叶轮)和静叶栅和静叶栅(扩压器扩压器)中中的能量转换情况。的能量转换情况。进一步理解压气机的增压原理。进一步理解压气机的增压原理。分析动叶栅(1-2)(1-2)w2p1c2c1外界加外界加给气体给气体的功的功分析静叶栅(2-3)(2-3)c3p2气体与外气体与外界无功的界无功的交换交换压气机级的工作原理压气机级的工作原理(基元级内的工作过程基元级内的工作过程)n动叶栅（工作叶轮）将外界输入的机械功加给了气体。n气体流过气体流过动叶栅动叶栅时时，n 将这机械功的一部分转变为气体的压力能，使气体压力升高(相对速度w降低)；n 将另一部分变为气体的动能，使气体流出动叶栅时绝对速度增加。n气体继续流气体继续流入静叶栅入静叶栅时时，将动能又转变为气体的压力能。n通过整个基元级以后，气体的压力升高了！分析基元级内滞止参数的变化规律分析基元级内滞止参数的变化规律基元级内（基元级内（1-2-3）滞止参数的变化规律滞止参数的变化规律n动叶栅内动叶栅内1-2：L 0，L-LR10n静叶栅内静叶栅内2-3：L=0动叶静叶123P*i*T*3 3、欧拉方程、欧拉方程（动量守恒关系）（动量守恒关系）动量定理：牛顿第二定律牛顿第二定律 加给物体上的外力之和应等于物体动量的变化率。加给物体上的外力之和应等于物体动量的变化率。研究方法：取一个动叶控制体，作为分析对象；取一个动叶控制体，作为分析对象；分析动叶以及控制体内气体的受力情况。分析动叶以及控制体内气体的受力情况。控制体控制体a-b-c-d内的动叶片：内的动叶片：受到周围流体给与的一个作用力受到周围流体给与的一个作用力F，基本与叶片垂直，为空气动力；，基本与叶片垂直，为空气动力；叶片有一倾斜角，力叶片有一倾斜角，力F可分解为可分解为两个分力：切向力两个分力：切向力Fu和轴向力和轴向力Fx。叶片作用在气体上的力叶片作用在气体上的力F：与力与力F大小相等、方向相反。大小相等、方向相反。控制体控制体a-b-c-d作用在控制体作用在控制体a-b-c-d内气体上的力：内气体上的力：力力F、a-b 平面上的压力平面上的压力p1t R和和c-d平面上的压力平面上的压力p2t R；应等于单位时间内流进出控制体的气体的动量差。应等于单位时间内流进出控制体的气体的动量差。控制体控制体a-b-c-d内的动叶片：内的动叶片：F=-F Fu=-Fu Fx=-Fx 控制体控制体a-b-c-d 轴向力轴向力Fx是加给轴承的，只有圆周力是加给轴承的，只有圆周力Fu是加给气体的。那么是加给气体的。那么动叶栅加给单位质量气体的功动叶栅加给单位质量气体的功轮轴功轮轴功L：欧拉方程欧拉方程 wu和和 cu称为扭速称为扭速，大小与相应的气流转折角有关。基元级的基元级的速度速度 2 1 2 1w1w2cxc1c2uu叶栅额线轴向轴向分速度分速度气流转折角气流转折角 wu cuc1uc2uw2uw1uu1=u2=u wu=cu气流转折角气流转折角讨论：讨论：n （u1=u2=u）n（1）L与圆周速度u有关。u，Ln但增加u受叶片材料强度限制，圆周速度300-359m/s以内。n（2）L与扭速wu有关。wu，L n但wu 取决于气流转折角，maxi1*，i2s*i2*。L=i3*-i1*=i2*-i1*L=(c22-c12)/2+(w12-w22)/2