由进气系统、叶轮、扩压器、集气管等四部分组成
在叶轮的中央(入口)吸入空气,离心力使空气以高速自径向进入扩压器通道,在扩压器中,气流被减速,获得压升
转子和扩压器的叶片,有各种形状,根据压力-速度特性要求选用
优点:结构简单,工作可靠,性能比较稳定
缺点:效率较低,迎风面积大
20世纪50年代以后,除小型涡轴、涡桨发动机以外,不再使用离心式压气机
与轴流压气机配合,作为压气机的最后一级
研究中的离心式压气机增压比可以达到12以上
离心压气机最小流量受喘振工况的限制,最大流量受阻塞工况的限制
可以采用变转速、进口节流、出口节流和可调进口导叶等方法进行调节,以扩大运行工况范围
阻塞:气流受到叶片的作用和流线曲率的影响而收缩,
在进口附近形成局部的超声速区,超声速去扩展到整
个喉部截面时,气体流量达最大值,不能再增加的现象
气体沿接近轴向流动的压气机,一般又称为轴流鼓风机;动叶加速流体,静叶起扩压器作用,把速度转化成压升。近似于反动式涡轮机的逆过程
轴流压气机广泛用于燃气轮机装置、高炉鼓风、空气分离、天然气液化、重油催化等装置中压送空气和其他气体
轴流式压气机的级= 一列转子叶列 (紧接着的)一列静子叶列
转子叶片固定在转鼓上,静子叶片固定在气缸上
动叶,动能流体,压力稍稍升高;静子列,流体的压力进一步升高
高压比的装置,压气机级数>20
进口导叶,没有压升,不属于压气机第一级。
目的:气流在进入第一级时获得所需要的流场分布
空气通过轴流压气机不断受到压缩,空气比容减小、密度增加。因而,轴流压气机的通道截面积逐级减小,呈收敛形,压气机出口截面积比进口截面积要小得多
压气机流道vs涡轮流道
截面积↗减速、升压 动能转化成升压
截面积↘增速、降压 动能增加
注意:相对速度
气流通过基元级时,转子叶片给气流作功加压,使气流在基元级出口处总压和总温都比进口处高
压气机基元级效率:获得相同的总压增压比,
理想绝热压缩功 / 实际压缩功
压气机基元级气流参数沿叶高方向变化很大 因为:
工作轮基元级的切线速度u沿叶高不相等,使得工作轮对气流所作的功沿叶高不相等。
工作轮后空气旋转流场中,必然产生径向压力差,半径越大,静压越高,使气体微团产生向心加速度
改变叶片形状(工作轮叶片和导流器叶片呈扭曲状 )
轴流式压气机某一级出现失速,并不是沿整个环面同时发生,而是在部分叶片中某个部位上首先发生,而且失速区不是固定在这些叶片上。失速区相对于工作轮叶栅向与旋转方向相反的方向移动。
多级轴流压气机,在下面两种情况下容易发生喘振:
在一定转速下工作时,若出口反压增大,使空气流量降低到一定程度时,就会出现喘振
当发动机偏离设计工作状况而降低转速时容易发生喘振
设计增压比较低的多级轴流压气机,进出口截面积的变化较小,不容易发生喘振
喘振发生时,出现强烈的不稳定工作现象:流过压气机的气流沿压气机的轴线方向产生低频高振幅的强烈振荡,压气机出口平均压力急剧下降,出口总压、流量、流速产生大幅度脉动,并伴随有强烈放炮声
①从多级轴流压气机的某一个或数个中间截面放气
当压气机转速低于一定数值时将放气门打开,其目的是为了增加前几级压气机的空气流量,避免前几级因攻角过大而产生气流分离。中间级放气也避免了后几级压气机进口流速过大,攻角过小,甚至为负值,使增压比和效率降低的现象
简单,不经济(把已经压缩过的空气放到周围大气中去,损失了压缩这部分空气的机械功)
②第一级采用可调进口导叶和静叶,低转速时,它们可以闭拢 提高气流的轴向速度,防止失速,以致可以接近最佳运转工况。(最后几级用可调进口导叶和静叶也可)
③采用双轴或三轴结构
单级增压比很小1.15~1.35,为了获得较高的增压比,一般采用多级结构。空气在压气机中被逐级增压后,密度和温度也逐级提高
轴流压缩机的主要性能参数:压力、流量、功率、效率、转速。
最小流量受喘振工况限制,最大流量受阻塞工况限制。可以采用变转速、进口节流、出口节流和可调静叶等方法进行调节,以扩大运行工况范围
离心式压气机
优点:压气机级压比高、有良好的运转范围 、在运转范围内能保持良好效率 制造容易、成本低 重量轻
缺点:横截面积大,损失随着级数增大 最多2级
轴流式压气机
优: 峰值效率较高,用损失低的许多级可以达到高压比,横截面积小,质量流量大
缺:效率良好的运转范围狭窄,制造费用高,重量大,起动功率(可能)较高