轴流式压缩器的性能分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：失速的发生会严重影响压缩功能，诱发压缩器的振动和空气温度的上升，会缩短压缩器的寿命。因此，在燃气涡轮发动机的全运行范围，轴流式压缩器的运行范围始终在喘振线以下和风阻线以上，即这两者界限值范围内为有效运行范围。另外，轴流式压缩器会很容易被异物打伤叶片，而且如果运行时间过长，会在叶片表面沉积灰尘，降低压缩器的性能，因此必须使用空气滤清器。

1.失速现象

如果压缩器的入射角度（叶片进口角度与流体相对流动角度差）增大，附面层开始剥离。附面层的剥离并不是在所有的叶片中同时发生，而是首先在特定的叶片中发生，如图12-21所示。这称为失速（Stall）。发生失速时，叶片的通道面积减小，原来应流过B通道的流体会移动到紧邻叶片（A和C）的通道侧，流到A通道的流体入射角度会增大，流到C通道的流体入射角度会减小。

其结果是，入射角度增大的A通道附面层会发生剥离，导致发生失速。但当A通道发生失速，B通道的入射角减小，反而会消除附面层的剥离现象，空气会正常流动。如果这样的过程持续反复发生，失速会继续在与压缩器旋转方向相反的叶片通道上移动。失速的发生会严重影响压缩功能，诱发压缩器的振动和空气温度的上升，会缩短压缩器的寿命。

图12-21 失速现象

2.喘振现象

如式（12.73）所示，压缩器的增压比R_s与效率η_s和每级的总温增加量成正比。因此压缩器在一定的转速U状态下，随着流量的减小，增压比p₀₃/p01先增加后稍微减小。这称为喘振现象。失速是在压缩器的部分级中发生的局部现象，但喘振在压缩器全级中发生。

通常，通过阀的流量与压力降的二次方根成正比，即。相反，压力降与通过流量的二次方成正比。压缩器在一定转速下，如果增加背压，流量就会减小。即压缩器的流量逐渐减小时，背压p₀₃逐渐增加，但是达到某个流量后，背压不再增加，反而会开始减小，这就是喘振现象开始点。从此开始，背压开始小于压缩器的压力，流动会发生逆流现象，当此现象严重时，会发生噪声和振动，同时压缩器丧失其功能。(https://www.chuimin.cn)

3.性能曲线

轴流式压缩器的性能曲线通常如图12-22所示，把总增压比（p₀₃/p₀₁）和每级热效率（η_s）显示为转速变量和质量流量率变量的函数。

图12-22 轴流式压缩器的性能曲线特性

从图中可以看出，在一定的转速条件下，轴流式压缩器的质量流量率的工作范围较窄，尤其是随转速的增加其工作范围更加窄，显示为接近垂直线的形态。这是因为在等速转速线的两侧末端会出现喘振现象和风阻现象的原因。通常，在一定转速条件下，如果随着空气流量的节流逐渐增加增压比，因压缩器背压的增大，会发生空气流量供给被中断的喘振现象，把各转速下的喘振点连接成为喘振线。相反，在一定转速条件下，如果增加空气流量，因受到扩散管的限制会发生阻塞现象，此时如果进一步增加空气流量，则会出现阻碍空气流量的风阻线。因此，在燃气涡轮发动机的全运行范围，轴流式压缩器的运行范围始终在喘振线以下和风阻线以上，即这两者界限值范围内为有效运行范围。

轴流式可以获得高效率、高增压比，但因稳定运行的范围过窄，在部分负荷运行条件下会容易进入喘振范围。另外，轴流式压缩器会很容易被异物打伤叶片，而且如果运行时间过长，会在叶片表面沉积灰尘，降低压缩器的性能，因此必须使用空气滤清器。通常，运行线如图所示与喘振线保持一定的间隔，随转速的增加向流量和压缩比同时增大的方向移动。

轴流式压缩器的性能分析

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