F u q (w 2 u w 1 u ) q (c 2 u c 1 u ) Pq(uc2uc1u) hu(c2uc1u)Lu （单位质量）
2020/11/10
叶轮对气体施加的理论功 （轮缘功）
推导二（动量矩方程）：
PM •FrrtFl
r
t
叶片对流体的合力矩=流体单位时间动量矩变化
M q ( c 2 r 2 co 2 c 1 s r 1 co 1 ) s
2020/11/10
基元级中动叶的作用：1.加功，2.增压。
2020/11/10
基元级中静叶的作用
Y A x is T itle
2020/11/10
w 1 ß 1
w
2ß 2
c 1
c 2
wu
cu
静叶将气流的方向重新偏转到接近轴向方向，为
下一级的动叶提供合适的进气方向。静叶的气流通道
沿流向是扩张的，亚声速气流在扩张的静叶流道中进
2020/11/10
超声速基元级工作原理
超音速和跨音速 基元级速度三角形
2020/11/10
基元级的空气能量的转换关系
L uu (c2 u c1 u)u cu
w12 w22 2
2 1
dpLf•R
无论是超声速还是亚声速基元级，动叶对气体的加 工都是通过改变气流绝对速度的周向分量并使 cu 0 实现的，而气流流过动叶后静压升高则都是通过减小气 流的相对速度实现的，只是超声速基元级和亚声速基元 级在加功和增压的方式上有一些差别。
2020/11/10
2.轴流压气机基元级的速度三角形 为研究方便，可将圆柱面上的环形基元级展开成 为平面上的基元级。
C = w + u ur
2020/11/10
w1 w2
c1
c2
u2
u1
(a)
2020/11/10
w1
w2
c1
c2
c1a
wu
c1u u2
u1
cu
(b)
c1a c2a c3a
简化速度三角形
2020/11/10
轴流式压气机原理和结构
n 轴流式压气机的工作原理 n 压气机的特性曲线 n 压气机的喘振及防喘措施 n 轴流式压气机的结构
2020/11/10
一、轴流压气机的基元级
1.基元级的概念 高增压比的轴流压气机通常 由多级组成，其中每一级在一般 情况下都是由一排动叶和一排静 叶构成，并且每级的工作原理大 致相同，可以通过研究压气机的 一级来了解其工作原理。
第三部分 第一章 压气机
第一节 轴流式压气机的工作原理
2020/11/10
2020/11/10
2020/11/10
（一） 压气机级的工作原理
1. 基元级 2. 速度三角形 3. 叶片与气体间作用力（动量方程） 4. 叶片对气体做功（动量矩方程） 5. 功能转化与速度三角形的关系 6. 反动度与速度三角形的关系 7. 提高叶片对气体做功的途径 8. 压气机的增压比和效率
轴流压气机基元级的速度三角形
w称u 为扭速， wuw1uw2u
w1
w2
c1
c2
c1a
wu
c1u u2
u1
cu
在气流沿圆柱面流动的情
况下，u1 ，u2可得到 w u cuc2uc1u
(b)
只需要确定 c、1 a 、c 1u 和 u四个参wu数，则简
化形式的基元级速度三角形就完全确定了。 2020/11/10
随后，由动叶栅流出的高速气流在扩压静叶栅中 逐渐减速，这样就可以使气流绝对速度动能中的
一部分(c22－c32)/2 进一步转化成为空气的压力势
能，使气体的压力进一步增高。
2020/11/10
基元级的速度三角形分析
•多级轴流压气机是由多个单级压气机串联组成，而 其中每一个单级压气机又是由很多个基元级沿叶高 叠加而成。 •压气机是通过无数个基元级实现对气体的加功和增 压，基元级构成了轴流压气机的基础。
的力大小相等，方向相反,
F F'
叶片在轴向方向对气体的作用力为
F a q (w 2 a w 1 a ) (p 2 p 1 )t
叶片在切向方向对气体的作用力为
F u q (w 2 u w 1 u ) q ( c 2 u c 1 u )
2020/11/10
4.叶轮对气体施加的理论功 （轮缘功）
推导一（动量方程）：
一步减速和增压。
c22
c32 2
3dp
2 Lf•s
基元级中静叶的作用：1.导向，2.增压。
2020/11/10
在轴流式压气机的级中，空气增压的过程及 其原因：
外界通过工作叶轮上的动叶栅把一定数量的压缩 轴功lc传递给流经动叶栅的空气，使气流的绝对 速度动能增高，同时使气流的相对速度动能降低， 以促使空气的压力得以增高一部分。
2020/11/10
2020/11/10
用两个与压气机同轴并且半径相 差很小的圆柱面，将压气机的一级 在沿叶高方向截出r很小的一段， 这样就得到了构成压气机一级的微 元单位－－基元级，压气机的一级 由很多基元级沿叶高叠加而成。
基元级由一排转子叶片和一排静子叶片组成，它保 留了轴流压气机的基本特征。因 非r 常小，气体在基 元级中流动其参数可以认为只在沿压气机轴向和圆周 方向发生变化，在圆柱坐标系下，这样的流动是二维 流动。
P q ( c 2 u r 2 c 1 u r 1 ) q ( c 2 u u 2 c 1 u u 1 )
Pq(uc2uc1u)
hu(c2uc1u)L（u单位质量）
2020/力的流体所获得的能量为
H1g(v2ev2 v1ev1) lC u 1 w 1 u u 2 w 2 u u ( w 1 u w 2 u )
uwuucu
2020/11/10
压气机
轴流式压气机：流量大和效率高，在大 中型燃气轮机中获得广泛的应用。
离心式压气机：空气流量小，效率高于 轴流式的，简化了机组的结构，主要用 在小功率燃气轮机中。
2020/11/10
5. 基元级的空气能量的转换关系
lCuwuucu
n 动叶栅加给气流的机械功的大小取决于圆 周速度u和气流的扭速Δcu。要提高压气机 的增压能力，就需要提高基元级的机械外 功lc，即增大u和Δcu。
轴流压气机的基元级和基元级的速度三角形
问1：基元级的分析方法有何优点？ 问2：为什么轴流压气机要动叶和静叶配合？或 者说动叶和静叶的作用各是什么？
2020/11/10
离心式叶片机的速度三角形
2020/11/10
3.动量方程
F'p1tp2tqw 2qw 1
2020/11/10
动量方程
叶片作用在气体上的力，与气体作用在叶片上