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西安轴流压缩机的基本结构和工作原理
作者:admin    发布日期:2018/9/17     关注次数:      二维码分享

西安轴流压缩机

可以借助TurboTides一维中线分析、二维通流计算、三维CFD/FEA模拟等功能对压缩机整机和局部性能进行分析和优化

1轴流压缩机的工作原理

轴流压缩机的主体结构有两大基本组成部分:一是以转轴为主体的可旋转的部分,简称为转子;一是以机壳及装在机壳上各静止部件为主体的固定部分,简称为静子或定子。

西安轴流压缩机

当压缩机工作时,气体首先进入进气管,然后流入进口导叶。进口导叶是固定在静子上具有收缩流道的静止环形叶栅,用来控制进入第一排动叶前的气流方向。外界的机械功通过转子上的动叶栅传递给气体,使气体的压力和动能都发生变化。动叶栅之后接着是静叶栅,它是固定在静子上的环形叶栅,其作用是规定气流进入下一排动叶栅的进气方向,同时也将气体的动能部分地转换为压力能。在多级轴流式压缩机中,气体交替流经多排动叶栅和静叶栅,使气体压力逐渐升高。在多级轴流压缩机的末段,有时由于一排静叶栅不能使气体方向变成轴向,因而再加一排静叶片,称为整流叶片。气流从整流叶片出来,经排气管排出。

2通流部分的基本结构

下图是一台五级轴流压缩机的通流部分。转鼓形式的转轴上装着五排动叶片,组成转子的主要部分。一排动叶与紧跟其后的一排静叶,构成轴流压缩机的一个级。这种首尾相接、串联而成的各个级,构成轴流压缩机较主要的工作部分,即称为压缩机的通流部分。

级是多级轴流压缩机的基本组成单元,它由一排旋转的动叶和一排固定的静叶组成,如下图所示。气流在由动叶与静叶所构成的环形通道内,沿大致平行于轴线的方向流动。旋转的动叶将外界的机械功传给流体,增加流体的压力能和动能,而静叶将从叶轮流出的流体动能转变为压力能,并将流体引导至下级动叶栅进口,使其具有所需要的速度与方向。


级的主要特征尺寸为:

D i —— 级的外径(包括叶片顶部与壳体之间的径向间隙在内);

D h —— 级的内径,即轮毂直径;

D = D h / D i —— 轮毂比;

l —— 叶片高度;

δ r —— 径向间隙,即叶尖与壳体内壁之间的距离;

δ z —— 轴向间隙,即二叶片排之间的轴向距离。

3气体在基元级中的流动

在研究基元级中的流动时,主要是分析动叶前、动叶与静叶之间及静叶之后,三个垂直于转轴的回转面上气流参数的变化情况,分别用1-1截面、2-2截面和3-3截面来表示,这些截面即为基元级的特征截面。在这些截面上,气流的情况是复杂的。例如动叶根部与顶部的圆周速度就大不相同。也就是说,由于所处半径位置的不同,叶片沿径向各截面上的流动情况是各异的。故讨论时,一般先从分析某一半径截面处的流动情况入手,再进而了解各不同半径截面处以至整个级中的气流流动情况。

西安轴流压缩机

这里就先从级中一个有代表性的半径 —— 级平均半径(均径)处截面上的流动情况开始讨论。设想用一个半径等于级平均半径,其轴线与压缩机轴线重合的圆柱面去割切级的叶片排,这样就得到了平均半径处的两排叶片(动叶、静叶)切面。叶片的切面即为叶片在该半径处的叶型。压缩机的级正是由无数半径不同的切面叠加而成的。为了研究方便,还可将环形叶栅在平面上展开成平面叶栅,而认为它在圆周方向是无限长的。实践表明,在分析基元级中的流动情况时,用平面叶栅来代替环形叶栅是既方便又基本上符合实际情况的。

当转子以角速度ω等速旋转时,动叶以圆周速度u运动。按照所取静止或随动叶栅一起转动的坐标系的不同,气流的速度有绝对运动和相对运动的差别。我们约定绝对运动中气流速度以c表示;相对运动中的速度以w表示。

在压缩机级中,压力p 1到p 2的提高在动叶栅中进行,而p 2到p 3的提高则在静叶栅中完成。以绝对速度c 1流来的气体,因动叶入口的牵连速度为u,所以以相对速度w 1流入动叶。由于在动叶栅中加入机械功(Δh u),使气体在动叶栅中产生顺叶栅运动方向的转折。通常,动叶栅进、出截面选择使得气流轴向分速度接近相等。因此,气流在动叶栅中发生转折的同时,还伴随有一定的减速(w 2 < w 1)。这样,经过动叶以后,气流压力便由p 1增加到p 2。对于静叶来说,进口绝对速度c 2可以从w 2、u求得。气流于其中逆动叶栅运动方向产生一定转折,并随着流通面积的加大而有一定的减速(c 3 < c 2),其压力将连续地从p 2增高至p 3。一般动叶栅和静叶栅的设计,使得静叶出口的流速和方向与本级入口大体相同。从而,经过一基元级,实现加入机械功Δh u,转化为气流压力升高(p 1 → p 3)的目的。

4TurboTides中的轴流压缩机模块

TurboTides轴流压缩机模块中,用户可以借助一维中线分析、二维通流计算、三维CFD/FEA模拟等功能对压缩机整机和局部性能进行分析和优化。

设计模式下,通过方便友好的设计向导,用户只需要输入少量的设计参数,就能生成满足设计要求的压缩机模型。

分析模式下,可以根据经验模型对压缩机流道内的热力学特性、速度三角及压缩机整机性能进行预测。用户也可以用自定义函数取代缺省经验模型。

多点分析模式下,用户可以对非设计工况下的不同转速、流量(或压比)进行多点计算,获得完整的压缩机性能曲线。

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