压缩机的喘振与失速-译文第5章.doc

第5章 多级压缩机 5.1 导论 为了满足性能和稳定运行的并行要求，必须细心执行通过单级的联合到形成多级压缩机。目标是为了获得理想的循环压比和效率，并且提供了为了稳态和顺态的发动机运行的稳定运行范围。全部的多级压缩机特性线图，在单级间存在矛盾的性能匹配。在一个轴流压缩机上，在多级组中没有获得第1级性能的全部范围。在非常低的转速时，在组中最后一级的小面积强迫使第一级运行时接近于喘振或失速。在设计转速下，全部的压比得到发展，且第一级运行接近于节流。另一方面，依赖于第一级和最后一级的配合以及其流量范围，当第一级仍然运行在稳定范围时，最后一级可能引起了喘振。在50％和70％的转速之间，在多级喘振之前的有一级或多级的旋转失速是普通的。 在这章中将评述多级特性。然而在试验数据出现之前，将讨论复杂的级间匹配出现的背景以及理解单级性能联合程度的要求。通过4个独立级间的模型性能来计算4级轴流压缩机的性能。这种练习将阐明独立级间的性能匹配，并且为解释试验结果设置了理解基础。 5.2 级间匹配 在多级压缩机中，只有使用了独立级的部分的性能特性。在任何给定转速下，一些级的流量范围可以允许在不同级范围的有限量上运行。这决定了多级组的净流量范围。同样的在变化的级中，效率可能没有达到明显一致的峰值。为了阐明典型的多级匹配，在压缩机四个级联合形成4级组的工作特性上提出了讨论。 从大陆航空工程公司(1966)在图2.22所示的性能之后模拟出独立级的工作特性。这幅性能特性图有多级匹配需要的性能范围。规格参数表显示了从40％到100％转速以及从节流到喘振。另外，两条转速线表示允许喘振的性能。这提供了估计在不同转速下流量低于喘振时的压比特性的良好基础。为了产生在匹配时出现的失速特性，在图3.4上从失速单元总表建立了假设的失速结构。 为了确定在流量小于喘振时的性能和失速结构，根据流量特性重新绘制图2.22得到所示的图5.1。在图上显示了流量系数的定义。对于多级图解的目的选择的最大单元数目是4。在图3.3上数据集的分布暗示了平均失速结构是1个起初形成3个单元，随后增加到4，然后减少到3，随后是2，1，然后是大规模的湍流。对于这幅图是选择离散的接触面。实际模式大概存在关于1、3、4单元出现瞬时重叠的较宽范围的流量系数。由于这笔练习需要的更复杂，所以没有包括。图2.22上的喘振线也表示在这幅图上，并且作为单级模式的喘振线使用。 为了获得关于第1级的压缩机特性线图，在图5.1上定义的失速特性被调换到图2.22上，且结果显示在图5.2上。在100％、90％、70％和50％的转速下归纳了压比特性。归纳作为在这幅图上表示的效率特性也是非常必要的。在这幅图上显示了用失速数目表示每个区域的失速区域。 关于喘振与失速特性的模型图给出了合理的解释。当获得峰值压比时，末端失速开始。最终喘振发生。在喘振循环恢复部分的过程中，3单元局部范围旋转失速出现在70％或更高的转速上。在60％转速以下，在喘振过程中的旋转失速是4单元。当流量减少且运行变为稳定时，在60％转速上的失速结构从3个局部范围的单元变化到在跃迁到整体范围失速的4个。在较低转速时，单元数目逐渐减少到1并且最终在足够的转速时，存在简单的大规模的湍流。作为单独的级聚合在一起将遇到这些模式。 从第1级的线图阐述了关于第2、3和4级的压缩机特性线图。当校正关于第1级出口条件时，在图上表示设计点的条件变为关于第2级的校正设计点流量和转速，以及其他两级的条件等。其次，必须进行决定选择参考转速和流量在图5.2上用来模拟其他级的情况。平常在设计转速和流量下的有关多级分组建立了矢量图。损失、阻塞以及转角的数据能被应用来估计独立级的线图。有许多方法规定了设计条件－级载荷，限制的扩压因子等。由于在这里没有使用这个过程，所以决定选择基于近似相等工作的级间的设计匹配点。这是阐明级间匹配的合理假设。 对于第2级有如同第1级大约相同的工作，并且在特性线图上使用通用的点表示选择的第2级的设计点，选择第1级90％的速度特性作为在图5.3上显示。对于第2级就变为100％的速度特性线。在这种转速下选择的设计点流量是在最大效率处。当校正第1级出口条件时，设计点流量当然与在图上表示的流量不同。因此必须应用到的流量数量，并且显示在这幅图的右下侧。为了清楚的表述，虽然失速特性不再重复，但是规定了与显示在图5.2的那些相同。特别的，对于第2级100％速度特性的失速模式与在第1级90％速度线的第1级失速模式相同。图上的x坐标是下面要讨论的非设计匹配点。 相同的逼近(近似相等的工作和使用的流量数量)将第1级特性线图的应用来达到第3和4级的模型。结果显示在图5.4和图5.5上。作为图5.3上表示第1级85％的速度线上挑选出的设计点选择为第3级的设计转速。作为图5.4上表示第1级80