压缩机的喘振与失速-译文第7章

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1、第7章扩大稳定运行的方法7.1导论由不稳定性线(喘振或失速谱线)引起在压缩机运行范围内的局限性能由辅助的机械装置来克服。在例如发动机起动或加速的瞬态运行过程中，通常习惯于使用排气或变化几何形状来避免在70％转速以下的喘振与失速。图解举例的变化定子几何形状对多级轴流压缩机性能的影响已在第5章中给出。同样也存在静态的装置用于实际改变喘振线。这些装置被使用到在稳态运行中需要较宽范围自由失速，自由喘振性能的应用中。这章提供了表示克服有关较宽范围稳态运行时喘振线瞬时或全部改变过程中喘振与失速的排气，变形，机壳处理以及多重转

2、子影响的试验数据和学习结果。给出了轴流和离心压缩机的实例。7.2排气围绕喘振起始的一个最普通方法是压缩机排气。由于喷气发动机的前期，其成为有关在发动机起动和加速过程中避免喘振的最长使用的方法。有关需求是出现在多级轴流压缩机以及由离心压缩机伴随多级轴流压缩机组合的压缩机中。排气能在压缩机出口或在级间位置发生。轴流压缩机的排气－在喷气发动机发展的前期，NACA引入了调查在发动机加速上排气效应的研究。这些研究被引入到多级轴流压缩机中并且能对理解现在使用的排气系统做出贡献。发动机的加速通过利用压缩机驱动涡轮的不平衡扭矩来

3、完成。运动方程是：（259）其中：＝不平衡扭矩，英尺–1磅＝极惯性矩，斯勒格–英尺＝角速度，弧度／秒从到的加速时间是：（260）方程260可根据从例如理想的一些基准速度到设计转速的加速度写出。导数和集合的限制可表示成设计转速的无量纲比，设计转速是表示运行速度的一般方法。实际上，集合的限制可以处于任何两种要求的转速之间。这个方程表示响应时间随极惯性矩和旋转转速设计值的增加。响应时间在不平衡扭矩增加的情况下消失。在Rebeske和Rohlik(1953)文献以及Rebeske和Dugan(1953)文献中的研究表示了

4、不平衡扭矩在有关发动机加速使用的涡轮进口温度值增加条件下增加。然而为了能使用大幅增加的涡轮进口温度，必须要包围喘振。在这些基准下，作为包围喘振的方式来研究发动机加速度上的排气影响。在压缩机特性线图上的发动机加速的路径由短划线在图7.1上进行举例阐述。当发动机从A点加速到B点时，涡轮进口温度上的增加量能传送压缩机和压缩机驱动涡轮到喘振线之间的匹配。最小加速时间可在最大可能增加从运行线稳态值的涡轮进口温度时获得。然而在涡轮进口温度上增长量由存在的喘振线来限制。压缩机排气用于沿喘振线的许用运行以及许用的大标准温度增量。

5、当达到B点时，涡轮进口温度逐渐减少直到在高转速时获得运行线的值为止。图7.2举例阐述了在驱动涡轮上如何产生不平衡扭矩。表示了根据流速参数绘制的涡轮扭矩线。扭矩曲线提供了有关在涡轮上施加的压比范围。在这幅图上包括了恒定校正转速线。点A和B标识了在发动机加速起始和结束处的稳态运行点。在开始加速处涡轮进口温度的增加量减少了涡轮的校正转速。在压比施加到涡轮上的A点时，涡轮扭矩沿着到较低校正转速的C线增加。在运行点的这些变化提供了有关发动机加速的不平衡扭矩。在不同转速沿着短划线的不平衡扭矩的标准被使用到方程260中来计算到

6、B点的加速时间。在Rebeske和Rohlik(1953)文献中报道了调查研究关于当排气应用到压缩机出口时沿16级轴流压缩机喘振线的运行情况下发动机加速不同方式的研究结果。压缩机和涡轮的匹配被规定出现在喘振线上，并且需要完成匹配的排气量可在50％和设计转速之间的不同转速时计算获得。涡轮机的合成匹配沿喘振线产生变化的排气量。这种方法计算的加速时间是5.5秒。其他的计算表示如果在压比标准仅低于喘振压比5％情况下，加速发生在沿平行于喘振线的线上时，加速时间变为双倍。这种研究表示对于使用这种压缩机的发动机最小加速时间能在

7、最大可能的涡轮进口温度下获得，并且如果压缩机排气能从14％变化到23％，那么沿着喘振线的运行将从最近点的50％转速变化到80％转速的喘振线。在随后的研究中(Rebeske和Dugan，1953)，级间排气在第12级，第8级和第4级的出口处使用。级间性能的数据表示了第1－4级具有渐进失速特性，而第5－8级具有突变失速特性。沿着这条喘振线，从50％到75％转速时第1－4和5－8级都运行处于失速状态。在这些研究中，选择了固定的排气面积；这些面积决定了允许排气的数量。为了使涡轮在喘振线上匹配，涡轮的进口温度需要调整。这种

8、方法不同于前面规定涡轮进口温度和计算排气流量的研究。在第四级出口的排气表示根据压缩机出口排气的实例在加速时间上没有变化。然而在第8级和第12级出口的排气将使加速时间减少到3秒。这些结果可通过作为不同位置处的级间排气结果的压缩机级的再次匹配得到。第八级和第十二级出口的排气引起了所有16级的压比增加。第四级出口的排气导致在65％转速时较低级别的压比增加。这产生有关再次匹配的较