压气机变工况及特性曲线.ppt

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压气机变工况及特性曲线,1.压气机性能的主要参数2.压气机的变工况3.压气机的特性线4.压气机的通用特性曲线,压气机性能的主要参数,1.质量流量kg/s2.压比P2*/P1*3.等熵效率=（T2s*-T1*）/（T2*-T1*）4.压气机所需消耗的功率Pc=10-3q（i2*-i1*）（kW）（或通过压气机的流量、压缩比、进气温度、等熵压缩功来算）压气机的流量、压缩比、等熵压缩效率以及所需消耗的功率，必然都是与压气机各级中气流的速度三角形有密切关系。

对于一台已经设计好的压气机来说，当压气机各级中气流的速度三角形已定时,那么,压气机的上述这些特性参数也就相应地完全确定不变了。

压气机的变工况,压气机经常会偏离设计工况点，而是在一个比较宽广的范围内运行。

例如，在燃气轮机起动、停机、以及在部分负荷的工况中运行，压气机都是处于非设计工况下运行。

此外，当外界大气条件改变时，pa和Ta发生了变化，压气机的运行工况也会有所变化。

压气机的变工况特性线就是一种用来描写在变工况条件下，压气机的一些基本参数之间，相互变化关系的规律曲线。

它可以用来判断各种运行因素，例如转速、大气参数和透平前的燃气温度t3*等对压气机本身，以及整台燃气轮机基本工作参数的影响关系,并能帮助我们确定出：

变工况条件下，整台燃气轮机中压气机、透平和燃烧室的联合运行特性线。

压气机的特性线,在转速恒定的条件下，压气机的压比和效率随流量的改变而变化的关系，通称为压气机的特性线。

单级轴流式压气机的特性线,转速不变流量变化时速度三角形的变化,压气机特性曲线变化趋势的成因,压气机的压比与外界传递给气体的外功有密切关系。

当压气机的转速一定时，也就是工作叶轮的圆周速度u恒定不变时，压气机的压比就取决于气流流过动叶栅时相对速度在周向分量的变化值。

说明轴流式压气机级的流量特性用图,多级轴流式压气机的特性线,多级轴流式压气机的特性线与单级压气机的特性线的区别

（1）,1.同一转速情况下，当多级压气机的流量增大时，其压比和效率的下降度要比单级压气机者厉害得多，也就是说，特性线的变化趋势十分陡峭，这个特点在高转速工况下更为明显，那时的特性线已几乎成为一条垂直于横坐标的直线。

2.多级轴流式压气机的特性线，通常不象单级轴流压气机那样，有一个把特性线划分为左右两个侧支，有以流量为参数的最高转折点。

一般来说，随着空气流量的减小，在压气压比尚无下降趋势之前，也就是说，压气机工作点还处于特性线的右侧支上时，压气机就会出现喘振现象。

因此，在多级轴流式压气机中，左侧支特性线实际上是不存在的。

多级轴流式压气机的特性线与单级压气机的特性线的区别

（2）,多级轴流式压气机的特性为什么没有左侧分支，而在右侧分支上就会进入喘振工况呢？

这是由于多级轴流式压气机的特性线是由许多个单级压气机的特性综合而成的缘故。

在其中只要有少数几个级的工况点，已处在它们各自特性线的左侧分支上而进入了喘振工况后，整台压气机就有可能失去稳定工作的能力。

这时，其余那些尚未进入喘振工况的大多数级，却仍然处于各自特性线的右侧分支上工作着。

即当流量减少时，这些级的级压比还在增加之中。

这就是说，当压气机的个别级虽已进入到喘振工况，而使这些级的压比有所降低，但是，就整台压气机来说，由于多数级的级压比还是在增高之中，因此压气机的总的压比不仅不会下降，反而仍有增高的趋势。

由此可见，在多级轴流式压气机中，喘振工况点将出现在特性线的右侧分支上。

这是由于当压气机流量减小时，喘振并不是在所有各级中同时出现的，而只是首先在少数几个级中出现。

这时，其余各级还在各自特性线的右侧分支上工作之故。

大气压力Pa的变化对压气机特性线的影响关系,显然，在大气温度Ta和压气机转速n恒定不变，而只有大气压力Pa变化的前提下，假如压气机吸入同样的容积流量，那么可以预计到，在这台压气机的通流部分中，气流的速度三角形将始终维持原状。

而且气流的马赫数也不会改变。

这就是说，在这种情况下，不论大气压力如何变化，气流在压气机中的流动特性却是完全不变的。

因而，与这个容积流量相对应的压比和效率也应彼此相同。

由此可见，在Ta=常数的前提下，如果压气机的特性线是根据空气的容积流量来绘制的话，那么这种特性线就与大气压力的变化无关。

但是应该指出：

在Ta=常数n=常数的前提下，虽然同样的空气容积流量对应于相同的压比，可是当大气压力Pa变化时，压气机的出口压力的绝对值却是不同的。

此外，由于气体的密度与大气压力Pa成正比关系，所以，在上述条件下，流到压气机中去的空气质量流量，也就会随着Pa的改变而按正比例关系发生变化。

这就是说，压气机所消耗的总功率，必然会由于大气压力的改变而发生相应的变化。

大气温度Ta的变化，对于压气机特性线的影响,在压气机的转速n和容积流量恒定不变的前提下，在压气机通流部分中，气流的速度三角形可以认为是变化不大的。

假如忽略大气温度的变化对气流马赫数的影响，那么可以近似地认为：

由外界加给每千克空气的绝热压缩功h将恒定不变。

但是，根据热力学的原理得知：

h=（k/（k-1）RTa（P2/P1）（k-1）/k-1由此可见，在h常数的前提下，当大气温度升高时，压气机的压比就会下降；反之，当Ta降低时，压比就会增高。

此外，当转速n和容积流量恒定不变时，随着大气温度Ta的改变，压气机的效率也是会发生某些变化的。

例如，当Ta增高时，由于声速a=（kRTa）1/2增大，就会使得流经压气机的气流馬赫数减少,气动阻力就减弱，因而压气机的效率就会增高；反之，当大气温度Ta降低時,声速a减少,而气流馬赫数就会升高，效率就会下降。

从上述讨论中可以看出:

当大气温度改变時,相对于同一轉速和容积流量来说,压气机的压比和效率都会有变化.因此,大氣温度对压气机的特性线是有影响的。

也就是说，在不同的进气温度Ta下所测得的压气机特性线是各不相同的。

通用特性曲线的相似参数,在这里就提出一个问题，即能不能把在某个特定的大气参数下测得的压气机特性线，用一些通用的相似参数来表示，并绘制成为压气机的通用特性曲线，使它能够适用于不同的进气条件（Pa，Ta）的情况呢？

利用相似理论中的一些相似准则，就能达到这个目的。

根据相似理论，在模化气体动力的流动过程的中要遵守几何相似、运动相似与动力相似的三条准则。

对于我们种情况，前两条原则自然得到满足，余下就是要满足动力相似准则，这就是要保持马赫数Ma这个相似准则相等，这就可求得描写压气机特性的通用特性曲线的相似参数,n/（T*）1/2和q（T*）1/2/P*。

轴流压气机的通用特性曲线,压气机的通用特性曲线的一些特征

（1）,1.压气机的工作特性可以概括地用压比、相似时转速和相似流量和效率这四个参数来表示；2.在表征压气机工作特性的压比、相似转速、相似流量这三个参数中，只要其中任意两个参数已经确定，那么，另外一个参数也就相应确定了。

这就是说，决定压气机运行工况和工作特性的独立参数变量只有两个。

通常，人们习惯于选用相似转速和压比这对参数，作为确定压气机运行工况的独立参变量；3.压气机的相似转速=常数时，随着相似流量（又称为通流能力）的增大，压气机的压比将逐渐下降。

反之，当相似流量减小时，压比将趋于升高。

通常，随着压气机相似转速的增高，反映压气机的压比与相似流量之间的变化关系，就会变得更加陡峭。

因而，可以粗略地认为：

压气机的相似流量主要与压气机相似转速的高低有关。

通用特性曲线的一些特征

（2）,但是必须注意：

压气机的压比与相似转速有关，而且当相似转速恒定不变时，随着压气机出口管网阻力特性的变化，其压比的变化范围是可以相当大。

4）在压气机的通用特性曲线上，也同样有一条极为重要的喘振边界，绝对不容许压气机进入到喘振边界线的左侧的工况。

5）在每一条等相似转速线上，压气机都有一个最佳效率的运行点，当流经压气机的相似流量偏离了该运行点所对应的相似流量时，压气机的效率就会降低下来。

掌握了有关压气机通用特性曲线的上述特点，对于今后进一步分析整台燃气轮机的变工况特性，会有很大帮助。

在研究整台燃气轮机的变工况特性时，将会看到，压气机的通用特性曲线是极为有用和必需的,