離心式壓氣機

單級離心壓氣機主要由進氣道（Inlet）、葉輪（Impeller）、擴壓器（diffuser）、出氣蝸殼（Volute）四部分組成。

進氣道：進氣道的作用是引導氣體更好的進入工作葉輪，以減少進口處的流動損失和擾流強度。

葉輪：工作葉輪由輪盤及其上的葉片組成。用螺母將其緊固在渦輪軸上。氣流沿著輪盤、外殼和葉片組成的通道流動，并在這一過程中將從旋轉葉輪吸收的機械功轉化成壓力（勢能）及速度（動能）。工作葉輪是壓氣機最主要的零件，它的好壞對級的特性起了決定性的影響。

擴壓器：空氣從工作葉輪出來后，具有很高的氣流速度，也即具有很大的動能。這部分動能約占葉輪加工量的25%-50%。因此，為有效的利用這一部分的能量，必須把這部分的動能轉化成壓力能，以達到提高空氣壓力的目的。為此，在葉輪后裝有擴壓器，把氣流的動能轉化為壓力能。

蝸殼：蝸殼的主要作用是收集從擴壓器出來的空氣，并將空氣送到燃燒室或者其他設備中去。

壓比π：π=p₄/p_1，即壓氣機出口壓力與進口壓力之比。

質量流量m：單位時間內(nèi)通過壓氣機的氣體流量。流量越大，要求壓氣機的工作輪直徑越大。

絕熱效率η：每單位質量的空氣被壓縮到一定壓比時，所需的絕熱功與實際壓縮功之比。

自20世紀30年代末離心壓氣機首次應用于航空發(fā)動機以來，它在航空發(fā)動機的發(fā)展史中一直占有重要地位。尤其是近30年來，隨著設計技術的進步以及新結構、新材料的應用，離心壓氣機的效率和增壓比不斷提升，產(chǎn)品可靠性也越來越高，已經(jīng)廣泛應用于中小型渦輪航空發(fā)動機和幾乎所有類型的輔助動力裝置（APU）。

離心壓氣機的特點是單級增壓比高，穩(wěn)定工作范圍廣，具有較好的抗腐蝕能力，能用單級離心壓氣機實現(xiàn)多級軸流壓氣機的增壓效果，因此采用離心壓氣機的航空發(fā)動機具有體積小、重量輕、結構簡單、轉子剛性較佳、維修性好等優(yōu)點，缺點是單位迎風面積的氣流流量小。離心壓氣機主要應用于中小型航空發(fā)動機，尤其是渦軸發(fā)動機。

離心式壓氣機按造型分類

開式工作葉輪：摩擦損失和流動阻力很大，葉輪效率最低，易產(chǎn)生振動，不宜在高轉速下工作。

半開式工作葉輪：摩擦損失和流動阻力較開式的小，效率較高。在一定的剛度和強度，允許在較高的圓周速度下工作。

閉式工作葉輪：其摩擦損失和流動阻力均最小，效率最高。由于結構復雜、笨重，以及輪蓋在旋轉時會對葉片產(chǎn)生巨大的應力，氣強度較差，不宜在高速旋轉工況下使用。

離心式壓氣機按葉片形狀分類

根據(jù)壓氣機工作葉輪的葉片形狀，可分為前彎葉片、徑向葉片和后彎葉片。

前彎葉片：工作葉輪可將較多的能量傳遞給空氣，但是，這部分多出來的能量是以增加動能的方式傳遞給空氣，因而必須經(jīng)過也輪之后的擴壓段和蝸殼通道才能轉變?yōu)闅怏w的壓力能。這種形式的葉輪降低了壓氣機的級效率。

徑向葉片：它有高于前彎葉片的級效率和較高的強度，還可以通過提高其圓周速度獲得較高的增壓壓力。

后彎葉片：工作輪傳遞給空氣的能量少，但能夠保證氣流在出口處的流動較均勻，在擴壓器及蝸殼中的流動損失也較小。因而，它與徑向葉片的葉輪相比，壓氣機的級效率可提高3%-4%，實用的流量范圍擴大約40%。

離心式壓氣機由導風輪、葉輪、擴壓器等組成(圖1)?？諝庥蛇M氣道進入壓氣機、經(jīng)過與葉輪一起旋轉的導風輪的導引進入葉輪。在高速旋轉葉輪作用下，空氣由葉輪中心被離心力甩向葉輪外緣，壓力也逐漸提高，由葉輪流出的空氣進入擴壓器后速度降低，壓力再次提高，最后由出氣管流出壓氣機。

離心式壓氣機的空氣流量為數(shù)公斤至數(shù)十公斤每秒。亞音速離心式壓氣機的增壓比約為4.5,超音速離心式壓氣機可達8～10，效率約為0.78。

軸流式壓氣機 　空氣在軸流式壓氣機中主要沿軸向流動。它由轉子（又稱工作輪，圖2有色部分）和靜子（又稱整流器，圖2 無色部分）兩部分組成。由一排轉子葉片和一排靜子葉片組成一級，單級的增壓比很小，為了獲得較高的增壓比，一般都采用如圖所示的多級結構。空氣在壓氣機中被逐級增壓后，密度和溫度也逐級提高。

軸流式壓氣機的空氣流量為幾公斤每秒到二百公斤每秒，單級增壓比一般約為1.1～2.0，效率約為0.85～0.88。多級軸流式壓氣機的增壓比可達25以上。軸流式壓氣機的面積小，增壓比和效率都高，已廣泛用于燃氣渦輪發(fā)動機中。

壓氣機離心式

由進氣系統(tǒng)、葉輪、擴壓器、集氣管等四部分組成

在葉輪的中央(入口)吸入空氣，離心力使空氣以高速自徑向進入擴壓器通道，在擴壓器中，氣流被減速，獲得壓升

轉子和擴壓器的葉片，有各種形狀，根據(jù)壓力-速度特性要求選用

優(yōu)點：結構簡單，工作可靠，性能比較穩(wěn)定

缺點：效率較低，迎風面積大

20世紀50年代以后，除小型渦軸、渦槳發(fā)動機以外，不再使用離心式壓氣機

與軸流壓氣機配合，作為壓氣機的最后一級

研究中的離心式壓氣機增壓比可以達到12以上

離心壓氣機最小流量受喘振工況的限制，最大流量受阻塞工況的限制

可以采用變轉速、進口節(jié)流、出口節(jié)流和可調(diào)進口導葉等方法進行調(diào)節(jié)，以擴大運行工況范圍

阻塞：氣流受到葉片的作用和流線曲率的影響而收縮，

在進口附近形成局部的超聲速區(qū)，超聲速去擴展到整

個喉部截面時，氣體流量達最大值，不能再增加的現(xiàn)象

壓氣機軸流式

氣體沿接近軸向流動的壓氣機，一般又稱為軸流鼓風機；動葉加速流體，靜葉起擴壓器作用，把速度轉化成壓升。近似于反動式渦輪機的逆過程

軸流壓氣機廣泛用于燃氣輪機裝置、高爐鼓風、空氣分離、天然氣液化、重油催化等裝置中壓送空氣和其他氣體

軸流式壓氣機的級= 一列轉子葉列 （緊接著的）一列靜子葉列

轉子葉片固定在轉鼓上，靜子葉片固定在氣缸上

動葉，動能?流體，壓力稍稍升高；靜子列，流體的壓力進一步升高

高壓比的裝置，壓氣機級數(shù)>20

進口導葉，沒有壓升，不屬于壓氣機第一級。

目的：氣流在進入第一級時獲得所需要的流場分布

空氣通過軸流壓氣機不斷受到壓縮，空氣比容減小、密度增加。因而，軸流壓氣機的通道截面積逐級減小，呈收斂形，壓氣機出口截面積比進口截面積要小得多

壓氣機流道vs渦輪流道

截面積↗?減速、升壓? 動能轉化成升壓

截面積↘?增速、降壓? 動能增加

注意：相對速度

壓氣機增壓原理

氣流通過基元級時，轉子葉片給氣流作功加壓，使氣流在基元級出口處總壓和總溫都比進口處高

壓氣機基元級效率：獲得相同的總壓增壓比，

理想絕熱壓縮功 / 實際壓縮功

壓氣機基元級氣流參數(shù)沿葉高方向變化很大 因為：

工作輪基元級的切線速度u沿葉高不相等，使得工作輪對氣流所作的功沿葉高不相等。

工作輪后空氣旋轉流場中，必然產(chǎn)生徑向壓力差，半徑越大，靜壓越高，使氣體微團產(chǎn)生向心加速度

?改變?nèi)~片形狀（工作輪葉片和導流器葉片呈扭曲狀 ）

軸流式壓氣機某一級出現(xiàn)失速，并不是沿整個環(huán)面同時發(fā)生，而是在部分葉片中某個部位上首先發(fā)生，而且失速區(qū)不是固定在這些葉片上。失速區(qū)相對于工作輪葉柵向與旋轉方向相反的方向移動。

多級軸流壓氣機，在下面兩種情況下容易發(fā)生喘振：

在一定轉速下工作時，若出口反壓增大，使空氣流量降低到一定程度時，就會出現(xiàn)喘振

當發(fā)動機偏離設計工作狀況而降低轉速時容易發(fā)生喘振

設計增壓比較低的多級軸流壓氣機，進出口截面積的變化較小，不容易發(fā)生喘振

喘振發(fā)生時，出現(xiàn)強烈的不穩(wěn)定工作現(xiàn)象：流過壓氣機的氣流沿壓氣機的軸線方向產(chǎn)生低頻高振幅的強烈振蕩，壓氣機出口平均壓力急劇下降，出口總壓、流量、流速產(chǎn)生大幅度脈動，并伴隨有強烈放炮聲

壓氣機防喘措施

①從多級軸流壓氣機的某一個或數(shù)個中間截面放氣

當壓氣機轉速低于一定數(shù)值時將放氣門打開，其目的是為了增加前幾級壓氣機的空氣流量，避免前幾級因攻角過大而產(chǎn)生氣流分離。中間級放氣也避免了后幾級壓氣機進口流速過大，攻角過小，甚至為負值，使增壓比和效率降低的現(xiàn)象

簡單，不經(jīng)濟（把已經(jīng)壓縮過的空氣放到周圍大氣中去，損失了壓縮這部分空氣的機械功）

②第一級采用可調(diào)進口導葉和靜葉，低轉速時，它們可以閉攏? 提高氣流的軸向速度，防止失速，以致可以接近最佳運轉工況。（最后幾級用可調(diào)進口導葉和靜葉也可）

③采用雙軸或三軸結構

單級增壓比很小1.15~1.35，為了獲得較高的增壓比，一般采用多級結構?？諝庠趬簹鈾C中被逐級增壓后，密度和溫度也逐級提高

軸流壓縮機的主要性能參數(shù)：壓力、流量、功率、效率、轉速。

最小流量受喘振工況限制，最大流量受阻塞工況限制。可以采用變轉速、進口節(jié)流、出口節(jié)流和可調(diào)靜葉等方法進行調(diào)節(jié)，以擴大運行工況范圍

壓氣機相關比較

離心式壓氣機

優(yōu)點：壓氣機級壓比高、有良好的運轉范圍 、在運轉范圍內(nèi)能保持良好效率 制造容易、成本低 重量輕

缺點：橫截面積大，損失隨著級數(shù)增大? 最多2級

軸流式壓氣機

優(yōu)： 峰值效率較高，用損失低的許多級可以達到高壓比，橫截面積小，質量流量大

缺：效率良好的運轉范圍狹窄，制造費用高，重量大，起動功率（可能）較高

壓氣機喘振是氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻率、高振幅的振蕩現(xiàn)象。壓氣機喘振是多級軸流式壓氣機始終要面對的課題 。