1、第六章 軸流壓縮機性能曲線6-1 性能曲線的定義與作用111( , ,)f T p n m211( , ,)f T p n m一定進口溫度和壓力下，不同轉速時壓縮機壓比，效率與流量的關系曲線一定進口溫度和壓力下，不同轉速時壓縮機壓比，效率與流量的關系曲線1 了解設計工況和非設計工況下壓縮機主要特性參數數值及變化特點了解設計工況和非設計工況下壓縮機主要特性參數數值及變化特點2 了解喘振界限和阻塞工況的位置，及穩定工況的范圍了解喘振界限和阻塞工況的位置，及穩定工況的范圍3 當與管網聯合工作時，了解整個裝置工作性能。當與管網聯合工作時，了解整個裝置工作性能。軸流壓縮機與離心壓縮機性能曲線比較軸流壓縮

2、機與離心壓縮機性能曲線比較6-1 性能曲線的定義與作用軸流壓縮機效率高，（流道短軸流壓縮機效率高，（流道短而平直，無急劇轉彎）而平直，無急劇轉彎）但壓比低（葉柵流道擴壓，無但壓比低（葉柵流道擴壓，無離心力作用升壓）離心力作用升壓）特性曲線陡，穩定工況范圍窄特性曲線陡，穩定工況范圍窄（沖角敏感）（沖角敏感）功率隨流量增大而下降功率隨流量增大而下降6-2 性能曲線表示方法一、進口條件一定時所表示的性能曲線一、進口條件一定時所表示的性能曲線1( ,)f n m2( ,)fn m1 給定轉速下，進口流量和壓力不變，給定轉速下，進口流量和壓力不變，T1變化變化1111kkadkHRTkHad不變，不變，

3、T1減少，壓比上升減少，壓比上升(1)（2）進口溫度增加，進氣密度減小，質量流量減小，功率減小6-2 性能曲線表示方法（3）進口溫度增加，M數和Re數均減小，可能使效率增加。2 在給定轉速下，進口流量和進口溫度不變，p1變化（1）進口壓力變化時，通流部分各截面壓力成比例變化，而溫度和軸向速度保持不變，故對壓比和效率無影響。（2）p1增大，N將增大（3）p1變化，M不變，Re同向變化，但一般仍可大于Recr。二、用組合參數表示壓縮機特性曲線1(, )uf M6-2 性能曲線表示方法2(, )ufM1(,)uzf MMc2(,)uzfMMc同一工質同一工質111(,)zcufTT211(,)zcu

4、fTT同一臺壓縮機同一臺壓縮機1111111(,)(,)m TnVnffpTTT1221111(,)(,)m TnVnffpTTT無因次性能曲線不受進口條件變化影響，具有通用性，也稱通用性能曲線無因次性能曲線不受進口條件變化影響，具有通用性，也稱通用性能曲線6-2 性能曲線表示方法6-3 性能曲線特點xxpxaxscccc級中損失：葉型損失，環端面損失和二次流損失，決定效率曲線形狀級中損失：葉型損失，環端面損失和二次流損失，決定效率曲線形狀能量頭系數能量頭系數1212()1()hctgctgctgctg h隨隨 比例下降，決定能量頭曲線形狀比例下降，決定能量頭曲線形狀6-3 性能曲線特點一、轉

5、速一定，流量增大，壓比下降流量減小，正沖角增大，氣流轉折角與升力系數增大，但受喘振限制流量減小，正沖角增大，氣流轉折角與升力系數增大，但受喘振限制流量增大，負沖角增大，壓比降低，受阻塞工況限制流量增大，負沖角增大，壓比降低，受阻塞工況限制二、轉速一定，某進口流量下壓縮機效率最大，不同轉速下，某轉速 時壓縮機效率最高6-3 性能曲線特點不同流量對應不同沖角，某流量下沖角最佳，效率最高不同流量對應不同沖角，某流量下沖角最佳，效率最高轉速影響轉速影響M和和Re。某轉速時。某轉速時M和和Re綜合影響最小，效率最高。綜合影響最小，效率最高。轉速低，轉速低，Re數影響大；轉速高，數影響大；轉速高，M數影響

6、大。數影響大。三、轉速增大時，壓比顯著增加，穩定工況區域變窄，并向大流量區移動6-3 性能曲線特點能量頭與圓周速度平方成正比，轉速大，能量頭和壓比增加。能量頭與圓周速度平方成正比，轉速大，能量頭和壓比增加。高轉速下，高轉速下，M數大，接近數大，接近Mmax，發生阻塞，故穩定工況變窄。，發生阻塞，故穩定工況變窄。用用 min和和 max之間范圍來表示穩定工況范圍，當轉速增大之間范圍來表示穩定工況范圍，當轉速增大u增增加時，只有同時增大加時，只有同時增大cz才能保證有合適的，能正常工作的才能保證有合適的，能正常工作的 值，值，故故n增大時，穩定工作區域向大流量方向移動。增大時，穩定工作區域向大流量

7、方向移動。/zcu四、壓縮機級數越多，性能曲線越陡，穩定工作區越窄。四、壓縮機級數越多，性能曲線越陡，穩定工作區越窄。6-3 性能曲線特點進口容積流量變化，引起后面各級容積流量更進口容積流量變化，引起后面各級容積流量更大的相應變化，因此穩定工作區變窄；喘振工大的相應變化，因此穩定工作區變窄；喘振工況幾乎都發生在性能曲線右支，與離心壓縮機況幾乎都發生在性能曲線右支，與離心壓縮機往往發生在左支不同；葉片積污或被侵蝕，特往往發生在左支不同；葉片積污或被侵蝕，特性曲線向左下方移動。性曲線向左下方移動。6-4 喘振特性及防喘振措施1 工況點往返途徑不同工況點往返途徑不同2 低轉速喘振流量下降低轉速喘振流

8、量下降3 進氣溫度下降，喘振流量增大進氣溫度下降，喘振流量增大一、特性一、特性6-4 喘振特性及防喘振措施二、防喘振措施1 防喘振線 （喘振線右比喘振流量大810）6-4 喘振特性及防喘振措施2 中間放氣法（改變軸向速度以改變沖角，結構簡單，使用方便，在低轉速，小流量下能有效防喘，較常采用）3 排氣管放氣（放氣能量高，需加以利用）6-4 喘振特性及防喘振措施（4） 雙轉子結構（改變u值以改變沖角） 前級易喘振，降低低壓部分轉速，以減小u，使正沖角減小后級易堵塞，提高高壓部分轉速，增大u，使負沖角減小，避免堵塞。6-4 喘振特性及防喘振措施三、靜葉可調法三、靜葉可調法改變動葉前靜葉安裝角，改變動

9、葉前靜葉安裝角，以改變速度三角形，使之以改變速度三角形，使之與動葉幾何參數相適應。與動葉幾何參數相適應。靜葉可調是以沿葉高的某靜葉可調是以沿葉高的某一中間截面為準，可延緩一中間截面為準，可延緩喘振，擴大小流量的穩定喘振，擴大小流量的穩定工作范圍，保持較高效率。工作范圍，保持較高效率。6-4 喘振特性及防喘振措施靜葉調節優點1 1 穩定工作區寬，效率較高，有較大適應性和經濟性穩定工作區寬，效率較高，有較大適應性和經濟性2 避免由于調速產生共振的可能性，增加運行安全性避免由于調速產生共振的可能性，增加運行安全性3 氣流與葉片幾何參數配合好，減小了沖擊現象，流動好，噪音較低氣流與葉片幾何參數配合好，

10、減小了沖擊現象，流動好，噪音較低4 比調轉速動作迅速，反映快比調轉速動作迅速，反映快5 可由同步電機拖動，不需變速箱，提高了電機工作經濟性可由同步電機拖動，不需變速箱，提高了電機工作經濟性6-4 喘振特性及防喘振措施6-4 喘振特性及防喘振措施6-4 喘振特性及防喘振措施6-4 喘振特性及防喘振措施6-4 喘振特性及防喘振措施6-5 管網特性與調節2rppAV管網特性管網特性一、定風量調節一、定風量調節管網操作壓力變化，改變管網操作壓力變化，改變靜葉角度或轉速，保持定靜葉角度或轉速，保持定風量運行風量運行二、定風壓調節二、定風壓調節管網操作壓力變化，改管網操作壓力變化，改變靜葉角度或轉速，保變

11、靜葉角度或轉速，保持定壓運行持定壓運行6-6 軸流與離心壓縮機性能比較6-6 軸流與離心壓縮機性能比較6-6 軸流與離心壓縮機性能比較6-6 軸流與離心壓縮機性能比較第七章 軸流壓縮機典型結構第七章 軸流壓縮機典型結構瑞士蘇爾壽公司瑞士蘇爾壽公司一、一、A及及AV系列性能特點系列性能特點A系列為靜葉不可調的固定式多級軸流壓縮機系列。該系列有系列為靜葉不可調的固定式多級軸流壓縮機系列。該系列有40、45、50、56、63、71、80、90、100、112等等10種規格。種規格。Q：50,000-1000,000 m3/hP: 0.35-1.2 Mpa級數：級數：10-20轉鼓直徑：轉鼓直徑：40

12、-112 cm系列為靜葉可調的固定式多級軸流壓縮機系列。規格和，與系列為靜葉可調的固定式多級軸流壓縮機系列。規格和，與系列相同，由于靜葉可調，流量范圍比系列大一倍，效率高。系列相同，由于靜葉可調，流量范圍比系列大一倍，效率高。第七章 軸流壓縮機典型結構二、結構特點二、結構特點機殼機殼（）鑄鐵或鑄鋼，不易變形，吸收噪音效果好（）鑄鐵或鑄鋼，不易變形，吸收噪音效果好（）氣缸水平剖分，且為分缸結構（）氣缸水平剖分，且為分缸結構系列內缸（葉片承缸）和外缸系列內缸（葉片承缸）和外缸系列內缸、中間缸（靜葉調節缸）和外缸；三缸結構減小系列內缸、中間缸（靜葉調節缸）和外缸；三缸結構減小應力和熱膨脹造成的變形，

13、剛度大。應力和熱膨脹造成的變形，剛度大。第七章 軸流壓縮機典型結構轉子轉子等內徑結構（各級轉鼓直徑相等）等內徑結構（各級轉鼓直徑相等）轉軸加工方便。轉軸加工方便。轉鼓：空心和實心轉鼓：空心和實心鍛造能力提高實心鍛造能力提高實心第七章 軸流壓縮機典型結構葉片葉片美國原始翼型，通過試驗做了某些修改：美國原始翼型，通過試驗做了某些修改：動葉頂部改薄，根部加厚；靜葉沿葉高作成直葉片動葉頂部改薄，根部加厚；靜葉沿葉高作成直葉片葉片沿葉高按等環量規律扭曲葉片沿葉高按等環量規律扭曲反動度的葉型和的葉型葉片反動度的葉型和的葉型葉片第七章 軸流壓縮機典型結構定子與靜葉可調機構定子與靜葉可調機構可調靜葉葉根為圓柱

14、形結構，以根據需要改變靜葉角度可調靜葉葉根為圓柱形結構，以根據需要改變靜葉角度可調靜葉支桿上的軸承是用無油潤滑的石墨青銅材料做成，支桿可調靜葉支桿上的軸承是用無油潤滑的石墨青銅材料做成，支桿處裝有橡膠密封圈處裝有橡膠密封圈靜葉片的調節機構是在運行中借助中間缸體的往復運動，帶動靜靜葉片的調節機構是在運行中借助中間缸體的往復運動，帶動靜葉片上的曲柄滑塊，繞支桿中心轉動來改變靜葉角度。角度改變葉片上的曲柄滑塊，繞支桿中心轉動來改變靜葉角度。角度改變大小靠連桿長度控制。大小靠連桿長度控制。中間缸體往復運動由司服馬達來驅動。中間缸體往復運動由司服馬達來驅動。第七章 軸流壓縮機典型結構平衡盤平衡盤轉子中間

15、段兩側可作為平衡盤用。轉子中間段兩側可作為平衡盤用。平衡盤吸氣側與排氣管連通，引入高壓氣體；排氣側與吸氣管連通引入低壓平衡盤吸氣側與排氣管連通，引入高壓氣體；排氣側與吸氣管連通引入低壓氣體。氣體。給轉子排氣側一面以軸向推力，平衡轉子動葉承受的指向吸氣側的軸向推力給轉子排氣側一面以軸向推力，平衡轉子動葉承受的指向吸氣側的軸向推力第七章 軸流壓縮機典型結構密封密封用不銹鋼密封片插入軸端的凹形線槽內，并用鋼絲固緊用不銹鋼密封片插入軸端的凹形線槽內，并用鋼絲固緊密封片與氣缸相摩擦所產生的局部高溫熱量可被氣缸散出。密封片與氣缸相摩擦所產生的局部高溫熱量可被氣缸散出。第七章 軸流壓縮機典型結構軸承軸承軸向

16、推力大部分由平衡盤承受，剩余約軸向推力由止推軸軸向推力大部分由平衡盤承受，剩余約軸向推力由止推軸承承受承承受采用剛性聯軸器，汽輪機拖動，壓縮機上不設止推軸承，由汽輪機上止推采用剛性聯軸器，汽輪機拖動，壓縮機上不設止推軸承，由汽輪機上止推軸承承擔軸向力。軸承承擔軸向力。止推軸承：米切爾止推軸承：米切爾徑向軸承：大功率低轉速橢圓瓦兩油楔軸承，橢圓比大于徑向軸承：大功率低轉速橢圓瓦兩油楔軸承，橢圓比大于小功率高轉速活支多瓦軸承小功率高轉速活支多瓦軸承第八章 軸流壓縮機氣動設計8-1 設計方法與設計原則1 孤立葉型試驗數據為依據設計孤立葉型試驗數據為依據設計沒考慮到葉柵 中葉片之間的相互影響和葉輪旋轉

17、的影響，準確性差，只用于級壓比很低，葉片數少的通風機上。8-1 設計方法與設計原則2 靜態的平面葉柵吹風試驗數據為依據設計（平面葉柵設計法）靜態的平面葉柵吹風試驗數據為依據設計（平面葉柵設計法）以靜止平面葉柵的性能與轉動的壓縮機環形葉柵的性能基本相同這樣一種設想為依據的設計方法。沒有考慮到葉片轉動對性能的影響，以及前后葉排之間存在相互影響等因素。設計所的結果在設計工況下比較 準確，而在變工況時偏差較大平面葉柵試驗設備簡單，可以在較短時間內進行設計并與試驗對照，多年來試驗數據積累的相當豐富，應用較多，成為軸流壓縮機的基本設計方法之一。 8-1 設計方法與設計原則3 根據相似理論，以單級模型級試驗

18、數據為依據設計（模化設計法）根據相似理論，以單級模型級試驗數據為依據設計（模化設計法）基本上考慮到了單級壓縮機中一切實際存在的影響因素。設計中可直接利用模型級的數據和性能曲線，而對實物與模型級間存在的幾何相似方面的偏差以及多級性影響等用一些系數加以修正。與平面葉柵設計法相比，能確切反映壓縮機中實際流動情況，設計準確性較高。但得出一個性能較好的模型級并非易事，其試驗設備較復雜，試驗所需時間長，要化的人力物力都比較多。另外設計時，一些參數的選擇也受到模型級的限制，受約束較大。8-1 設計方法與設計原則所有設計方法都要通過實驗進行校驗，再反過來對原所有設計方法都要通過實驗進行校驗，再反過來對原設計做

19、修改調整。壓縮機設計是一項多次反復的過程，設計做修改調整。壓縮機設計是一項多次反復的過程，是理論與實踐相結合的過程。是理論與實踐相結合的過程。設計包括：氣動設計，強度計算和結構設計設計包括：氣動設計，強度計算和結構設計8-1 設計方法與設計原則二、設計所遵循的原則二、設計所遵循的原則1 在工作安全可靠性的前提下滿足所需增壓比（固定式，大功率主機）在工作安全可靠性的前提下滿足所需增壓比（固定式，大功率主機）2 效率高，變工況范圍寬效率高，變工況范圍寬3 結構緊湊合理，級數少，尺寸小結構緊湊合理，級數少，尺寸小 （運輸式）（運輸式）4 工藝性好工藝性好5 噪音低噪音低8-2 設計要求與影響因素技術

20、指標：壓比技術指標：壓比 效率效率 級數（尺寸）級數（尺寸）一、影響壓比的因素一、影響壓比的因素 1 基元級角度，基元級角度，ht與效率相比是提高壓比的主要因素。與效率相比是提高壓比的主要因素。 由于軸流壓縮機絕熱效率已相當高，可達95%，即使再采取措施改善流動，其提高也有限。tuhu w （1）提高）提高u方法：提高轉速（馬赫數限制）和徑向尺寸（強度限制）方法：提高轉速（馬赫數限制）和徑向尺寸（強度限制）（2）提高扭速方法：受擴壓因子）提高扭速方法：受擴壓因子D限制限制 （分離損失）（分離損失）8-2 設計要求與影響因素*( / , *)f b t（3）增大葉柵稠度，使氣流轉折角增大，即增大

21、扭速）增大葉柵稠度，使氣流轉折角增大，即增大扭速 b一定，增大稠度，t 減小，葉片數增多。 摩擦損失增加，葉片根部安裝困難 t一定，加大b，流道軸向尺寸加大 當b/t增加到一定程度，氣流轉折角增大效果不明顯（4）增大流量系數，增大）增大流量系數，增大h，即增大扭速，即增大扭速 進氣氣流馬赫數增大 小流量系數情況下，增大反動度，提高ht 小流量系數本身使扭速降低，且增大反動度使速度三角形左偏，馬赫數過大8-2 設計要求與影響因素二、二、 影響效率的因素（級損失入手）影響效率的因素（級損失入手）流道：進氣室，收斂段，級組通流部分，擴壓段，排氣室流道：進氣室，收斂段，級組通流部分，擴壓段，排氣室幾何

22、參數因素：幾何參數因素：葉型形狀，葉片表面質量，輪轂比，葉片高度，葉柵稠 度，軸向和徑向間隙。氣動參數因素：氣動參數因素：沖角I，圓周速度，扭速，馬赫數，流量系數，反動度， 級的流型。8-2 設計要求與影響因素1(1)111ds 反動度和流量系數直接影響氣流馬赫數、反動度和流量系數直接影響氣流馬赫數、阻升比除了與沖角有關外，主要取決與葉型與葉柵的幾何參數阻升比除了與沖角有關外，主要取決與葉型與葉柵的幾何參數葉型形狀，彎曲角及葉型安裝角，進出口安裝角和葉柵稠度葉型形狀，彎曲角及葉型安裝角，進出口安裝角和葉柵稠度8-2 設計要求與影響因素級的角度：級的角度：所用流型，氣流參數沿葉高變化規律，徑向和

23、軸向間隙機的角度：機的角度： 通流部分形式，能量頭的分配，反動度與流量系數的變化規律8-2 設計要求與影響因素三、影響級數（尺寸）的因素（運輸式重要）三、影響級數（尺寸）的因素（運輸式重要）lncz氣動角度：氣動角度：提高單級壓比結構角度：結構角度：選擇合理葉弦b及軸向間隙減小壓縮機軸向尺寸減小壓縮機軸向尺寸減小壓縮機徑向尺寸（壓縮機迎風面積）減小壓縮機徑向尺寸（壓縮機迎風面積）8-2 設計要求與影響因素第一級葉片頂部直徑第一級葉片頂部直徑Dt（1）Q一定，增大ca，減小流通面積F，減小外徑尺寸（2）F一定，減小輪轂比，可以降低Dt（3）u一定，加大n，降低外徑尺寸 （考慮軸承，傳動等因素限制

24、）22(1)4tFDd8-3 平面葉柵氣動設計法一、氣動設計原始數據一、氣動設計原始數據1 壓縮機的質量流量或進口條件下的體積流量壓縮機的質量流量或進口條件下的體積流量2 壓縮機進口氣體參數：壓力、溫度和速度壓縮機進口氣體參數：壓力、溫度和速度3 壓縮機出口壓力或壓比壓縮機出口壓力或壓比4 工質工質 組成成分，氣體熱力性質參數，組成成分，氣體熱力性質參數，k，cp，R等等5 轉速要求轉速要求*6 特殊要求：效率、尺寸、重量、噪音、轉速變化范圍、變工況特殊要求：效率、尺寸、重量、噪音、轉速變化范圍、變工況8-3 平面葉柵氣動設計法二、壓縮機進出口元件計算二、壓縮機進出口元件計算進口元件：壓縮機進

25、口截面至第一級進口前的部分進口元件：壓縮機進口截面至第一級進口前的部分/inininpRTmqAcinaappp15003300Paap2060m/sinc 60 100m/sinc 固定式壓縮機：固定式壓縮機：運輸式壓縮機：運輸式壓縮機：進氣室進口：進氣室進口：22ininapcTTc222221111222inininininincccccpp 111,p T22112ininpccTTc8-3 平面葉柵氣動設計法收斂器進口收斂器進口180 120m/sac140210m/sinc 固定式壓縮機：固定式壓縮機：運輸式壓縮機：運輸式壓縮機：111.11.2acc221112ininconcc

26、pp0.940.98con2211112pccTTc111pRT2 壓縮機出口元件計算壓縮機出口元件計算出口截面出口截面-擴壓器出口擴壓器出口(1)minoutincadTTT0.820.92ad2060m/soutc60 100m/soutc固定式壓縮機：固定式壓縮機：運輸式壓縮機：運輸式壓縮機：出口截面出口截面8-3 平面葉柵氣動設計法8-3 平面葉柵氣動設計法擴壓器出口截面擴壓器出口截面0.90.95zoutcczoutzppp010.8z222outzzoutpccTTczzzpRT22222222zoutzoutoutzzoutzoutoutcccccpp 8-3 平面葉柵氣動設計法

27、擴壓器前截面擴壓器前截面222zzzzpccTTc80 110m/szc 100 170m/soutc固定式壓縮機：固定式壓縮機：運輸式壓縮機：運輸式壓縮機：222zzzzddccpp0.60.8d8-3 平面葉柵氣動設計法三、方案計算與比較三、方案計算與比較根據原始數據及進出口元件計算所得的第一級前與末級后的氣流參數，可求得通流部分級組總的能量頭，然后自行選定c1a，ut，W，d1，u等參數以及通流部分形式，即可計算并確定第一級和末級的主要幾何尺寸（通流面積，內外徑，葉片高度）等。進行方案比較。1 總絕熱能量頭總絕熱能量頭11111kkzadpkHRTkp8-3 平面葉柵氣動設計法admad

28、adadadhHH0.880.95adm8-3 平面葉柵氣動設計法1(1)11admkkcadckkc8-3 平面葉柵氣動設計法2 第一級幾何尺寸第一級幾何尺寸馬赫數大，葉片長，工作條件差；馬赫數大，葉片長，工作條件差；影響到后面各級及整機性能影響到后面各級及整機性能190 120m/sac1140200m/sac固定式壓縮機：固定式壓縮機：運輸式壓縮機：運輸式壓縮機：200300m/stu 10.50.75d 10.50.8 300380m/stu 10.40.6d 10.40.7 8-3 平面葉柵氣動設計法第一級通流面積第一級通流面積11mak mFc1.011.02mk 11214(1)

29、tFDd111htDd D112htDDD112thDDl160ttunD60Dnumzzazk mFc1.021.03mk hzztzDdD2tzhzzDDl8-3 平面葉柵氣動設計法末級通流面積末級通流面積3 末級幾何尺寸末級幾何尺寸等外徑等外徑214zhztFDD等內徑等內徑214ztzhFDD8-3 平面葉柵氣動設計法4 第一級能量頭，壓縮功和壓縮機級數第一級能量頭，壓縮功和壓縮機級數11acu111bt11h21thu h11adtadhh10.880.93ad11.11.2admadhh1725kJ/kgadmh固定式壓縮機：固定式壓縮機：運輸式壓縮機：運輸式壓縮機：2035kJ/kgadmhadadmhZh或或8-3 平面葉柵氣動設計法5 第一級馬赫數第一級馬赫數2112hwu2112wuhMa1akRT等反動度流型，馬赫數沿半徑變化不大等反動度流型，馬赫數沿半徑變化不大8-3 平面葉柵氣動設計法等環量級等環量級221 (1)ttDD 1attcu2ttthhu2112wuhMa221 (1)hhDD 是否負值？是否負值？8-3 平面葉柵氣動設計法不同不同1, ,atcu d 比較比較1, ,wZ Ml n最佳方案最佳方案8-3 平面葉柵氣動設計法四、逐級熱力計算與氣動