压气机（提高空气压力的部件）
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更新时间：2023-08-08
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压气机是燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。它由导轮和工作叶轮组成，导轮将气体无冲击的导入工作叶轮，减小气流冲击损失。压气机的叶轮出口有扩压器，使气流的动能转化为压力能，从而提高空气压力。压气机
提高空气压力的部件
基本信息
| 中文名 | 压气机 |
| 外文名 | compressor |
| 用途 | 给气动设备以气源 |
| 驱动 | 涡轮 |
| 效果 | 压气 |
简介
压气机出口空气总压与进口空气总压之比称为压气机增压比，增压比相同时，理论上所需的压缩功与实际消耗的机械功之比称为压气机效率。压气机可分为离心式与轴流式两大类，兼有这两类特点的称为混合式压气机。按气流流入压气机转子叶片的相对速度，压气机又可分为亚音速的、跨亚音速的和超音速的三种形式。
机构组成
与叶轮一起旋转的导风轮的导引进入叶轮。在高速旋转叶轮作用下，空气由叶轮中心被离心力甩向叶轮外缘，压力也逐渐提高，由叶轮流出的空气进入扩压器后速度降低，压力再次提高，最后由出气管流出压气机。
离心式压气机的空气流量为数公斤至数十公斤每秒。亚音速离心式压气机的增压比约为4.5,超音速离心式压气机可达8～10，效率约为0.78。
轴流式压气机 空气在轴流式压气机中主要沿轴向流动。它由转子（又称工作轮，图2有色部分）和静子（又称整流器，图2 无色部分）两部分组成。由一排转子叶片和一排静子叶片组成一级，单级的增压比很小，为了获得较高的增压比，一般都采用如图所示的多级结构。空气在压气机中被逐级增压后，密度和温度也逐级提高。
轴流式压气机的空气流量为几公斤每秒到二百公斤每秒，单级增压比一般约为1.1～2.0，效率约为0.85～0.88。多级轴流式压气机的增压比可达25以上。轴流式压气机的面积小，增压比和效率都高，已广泛用于燃气涡轮发动机中。
性能特性
压气机都是按给定的进气条件、转速、增压比和空气流量设计的，但其工作状态（工作环境的温度、压力、转速和空气流量等）实际上是变化的，压气机在各种工作状态下的性能称为压气机特性。在一定转速下，当压气机的增压比增大到某一数值时，压气机就会进入不稳定的工作状态，很容易发生喘振，使整个系统产生低频大振幅的气流轴向脉动，甚至会发生瞬间气流倒流的现象。压气机喘振可能导致叶片断裂、结构损坏、燃烧室超温和发动机熄火停车。为避免发生喘振可以采取下列措施：
②将多级压气机分成2个不同转速的转子，分别由高、低压涡轮驱动。有些发动机采用3转子结构。
③多级轴流式压气机从中间级放气，以增加前面各级的空气流量，避免气流的迎角过大，产生分离，出现喘振。
④多级轴流式压气机在第一级压气机的机匣上开槽，使第一级工作轮叶片尖端部分的气流通过机匣上的槽道产生回流，减小气流的迎角，这种方法称为机匣处理。
工作原理
喘振原理
压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率，高振幅的震荡现象。这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来它，它会导致发动机机件的强烈机械振动和热端超温，并在很短的时间内造成机件的严重损坏，所以在任何状态下都不允许压气机进入喘振区工作。
喘振现象
发动机的声音由尖哨转变为低沉；发动机的振动加大；压气机出口总压和流量大幅度的波动；转速不稳定，推力突然下降并且有大幅度的波动；发动机的排气温度升高，造成超温；严重时会发生放炮，气流中断而发生熄火停车。因此，一旦发生上述现象，必须立即采取措施，使压气机退出喘振工作状态。
根本原因
用途
分类
离心式
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
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，
个喉部截面时，气体流量达最大值，不能再增加的现象
轴流式
轴流式压气机
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
增压原理
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，
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。
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
防喘措施
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
比较
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
