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喷气推进/轴流式压缩机

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轴流式压缩机是压缩机,其中流体主要平行于旋转轴流动。它们广泛应用于 燃气轮机。轴流式压缩机具有较大的质量流量能力和较高的效率,但每级的压升小于离心式压缩机。大多数用于运输的商业喷气发动机都采用轴流式压缩机。较小的发动机,例如用于直升机的发动机,使用离心式压缩机,提供更大的压比。

典型的轴流式压缩机有一个 转子,看起来像一个带有轮廓叶片的风扇,后面跟着一组静止的叶片,称为 静子。一些设计还具有进口导向叶片。

转子与流体之间的能量交换

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叶片相对于流体的相对运动在流体通过转子时向流体添加速度或压力或两者。流体速度通过转子增加,而静子将动能转换为压能。在大多数实际设计中,转子中也会发生一些扩散。

流体速度的增加主要是沿切向方向 (旋流),而静子消除了这种角动量。

压力的升高导致 停滞温度 升高。对于给定的几何形状,温升取决于转子排的切向 马赫数 的平方。当前 涡扇 发动机的风扇以 1.7 马赫或更高的速度运行,需要大量的遏制和降噪结构来减少叶片损失损坏和噪音。


叶片排在第一级使用速度图进行设计。速度图显示了叶片排和流体的相对速度。

压缩机中的轴流尽可能接近 1 马赫,以最大限度地提高给定压缩机尺寸的推力。切向马赫数决定了可实现的压升。

叶片排使流体通过角度 ß 旋转,更大的旋转允许更高的温比,但需要更高的 叶片密度

现代叶片排具有较低的纵横比和较高的叶片密度。

压缩机图

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压缩机图显示了压缩机的性能,并可以确定最佳运行条件。它显示了水平轴上的质量流量,通常以设计质量流量百分比表示,或以实际单位表示。压升在垂直轴上表示为进气口和出口停滞压力的比率。

喘振或失速线识别了压缩机性能迅速下降的边界,它确定了给定质量流量下可以达到的最大压比。效率等高线也绘制出来,以及在特定转速下运行的性能线

轴流式压缩机叶片

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超音速叶片

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压缩机效率

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压缩机效率定义了机器的性能。等温效率、绝热效率和容积效率被用来衡量压缩机的性能。

级性能参数

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校正速度

校正质量流量

多级压缩机

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多级压缩是为了减少加压所需的总功输入。这是通过在压缩级之间促进中间冷却器来实现的,目的是使工作温度更接近等温压缩。

压缩稳定性

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运行效率在失速线附近最高。如果下游压力超过最大可能压力,压缩机将失速并变得不稳定。

通常,不稳定性将出现在系统的亥姆霍兹频率,考虑到下游储气室。

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