多级轴流压气机喘振特性分析

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压缩机的喘振与失速-译文第5章

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。

轴流压气机性能特性

四类非设计工况分析之三
c za c1a
1
z n
const
•（三），在中低转速，工作点位于红点处。此时流量小于设计值，压比小于设计压比。第一级流量系数远小于设计值，由于各级压比小于设计值，导致后面级流量系数加速放大。这就是压气机在中低转速容易出现前喘后堵的原因。
25
4.2 轴流压气机通用特性曲线
14
4.1 相似理论基本概念压气机的其它等价相似准则：
Maa0 , Mau
a0，u
q(a0 )，u
G T0 / p0, n / T0 15
4.2 轴流压气机通用特性曲线
16
4.2 轴流压气机通用特性曲线
单级压气机的实验特性曲线
亚声速压气机
超跨声速压气机
17
4.2 轴流压气机通用特性曲线
项目工况
1
2
3
…
流量管静压
压气机出口
（×105Pa）总压（ ×105Pa ）
P1
P1*
P2
P2*
P3
P3*
…
…
压气机出口总温（K）
T1 *
T2 *
T3 *
…
19
4.2 轴流压气机通用特性曲线
求解
（1）由流量管静压，可获得压气机流量。
G1 1Av1
0*
P1 P0*
1
k
（ 4
D 2）
2(P0* P1)
k 1
T1' T1 ( *' k 1) /' T1 351K
满足相似准则所需达到的新转速、流量：
n n`
T1*
T1* `
n' 1.104 n

轴流式压气机喘振问题的主动控制

来减小剧烈振动对工作的影响，使压气机有较为宽广
对应每一组出入口处的压比，都会有一个临界流量与之相对应。在入口处压力恒定的情况下，以出口处压
力为纵坐标，以出口处临界流量为横坐标，就可以得到
一
三角形与设计工况相近是减小不稳定流动对压气机工作影响的基本立足点。传统解决压气机喘振问题采用以下方法：一种是采取气动设计的措施；另一种是增设调节机构，使压气机叶片或流道的几何形状能够适应
收稿日期：０５１１２０ —１ —２
作者简介：勇（０３男，卒１一）河南通许人，７郑州饮路职业技术学院课什工作窒讲师。
俎以宏（９４男，南郑州人，１６一）河郑州铁路职业技术学院铁道分院机车车辆系讲师。
３２
维普资讯
维普资讯
第１卷８
第２期ｅｕＲｉａｏａｏａ＆ＴｃｎａｏｅｅｏｒｌｆｈｎｎａｗｙｃｔｎｌｅｈｉｌｌｇｌＶｉｃＣｌ
Ｖ１１Ｎ．０．８ｏ２
Ｊｎ２０ｕ．０６
条针对于某一机组的喘振线ｂ如图１。（）为确保机组安全，比临界流量大８～１％处设在％０
置了一条防喘振线Ｃ。通过控制防喘振阀的开度，来保证压缩机的流量始终大于喘振流量，即当压气机正
工作状态的变化。机械控制与计算机控制的结合，是
目前压气机防喘系统的主要研究方向。
一
向，它囊括了众多科学技术，中采用控制理论建立与其系统流体运动学相关的控制模型是实现主动控制的关键之一。喘振主动控制的期望是当系统出现喘振现象或喘振先兆时，加入控制输入后能立即使系统稳定在

多级轴流式压气机防喘系统模拟排故方案设计

多级轴流式压气机防喘系统模拟排故方案设计摘要：喘振是由压气机内的空气流量和压气机转速偏离设计状态过多而引发的一种发动机工作不正常的一种状态。

喘振是发动机的致命故障，严重时可能导致发动机空中停车甚至发动机致命损坏。

本文以V2500航空发动机为研究对象，对其多种防喘系统中的一种措施——可调静子叶片（VSV）防喘系统进行了研究，归纳和整理出了VSV系统常发生的故障现象以及发生故障的零部件等，通过参考维修手册和工卡，设计出VSV系统排故方案。

关键词：航空发动机；喘振；VSV；模拟排故1 多级轴流式压气机喘振简介航空发动机是飞机的核心，而发动机的喘振问题一直制约着涡轮发动机的发展，影响发动机的性能，严重时会损坏发动机，属于发动机故障中最具破坏力的故障，对民用客机安全以及整个航空事业的发展造成巨大威胁。

飞机发动机的喘振具体是指压气机的喘振。

压气机是用来提高进入发动机内的空气压力，给发动机工作时提供所需的压缩空气，同时可为座舱增压、涡轮散热和其他发动机的起动提供压缩空气。

航空燃气涡轮发动机中，一般采用三种基本类型的压气机：轴流式、离心式和混合式。

压气机喘振是指非正常工况下气流沿压气机轴线方向发生的低频率（通常有几赫或十几赫）、高振幅（强烈的压强和流量波动）的气流振荡现象。

喘振时的现象是：发动机的声音由尖哨转变为低沉；发动机的振动变强；压气机出口总压和流量大幅度波动；转速不稳定，推力骤然下降并且伴有较强的波动；引擎排出气体温度上升，导致超过温度界限；超出界限程度较大时会发生放炮，气流出现流动不畅而造成发动机停车。

所以，针对喘振现象必须立刻执行修复程序，使压气机脱离喘振状态。

2 航空发动机几种常规防喘措施介绍压气机喘振会使压气机叶片断裂，引起发动机熄火停车，严重威胁发动机的安全工作。

因此在使用中应避免喘振现象的发生。

主要的防喘措施有以下三种。

1.1 从多级轴流压气机的某一级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。

压气机原理喘振

喘振现象
喘振定义
喘振是压气机在某个转速下，空气流量减小，压力波动，产生周期性振荡的现象。喘振会导致压气机性能下降，严重时可能导致发动机停车。喘振通常发生在压气机工作转速的80%以上。喘振的原因是进气道流量减小，气流分离，导致压气机叶片受到周期性变化的力。
喘振发生条件
压气机流量减小到一定程度压气机出口压力突然下降压气机进口空气温度升高压气机转速过高或叶片角度不合适
安装喘振控制器：实时监测压气机的运行状态，当发生喘振时自动调整运行参数，防止喘振发生。
定期维护检查：对压气机进行定期维护和检查，确保各部件正常工作，及时发现并解决潜在问题。
优化设计：通过改进压气机的设计，提高其稳定性和可靠性，减少喘振发生的可能
性。
控制进气流量：通过控制进气流量，保持压气机在稳定的工作范围内运行，避免喘振
空气进口温度过高
空气进口压力过低
压气机转速过高
压气机负荷过大
压气机喘振的危害
对设备的危害
压气机喘振可能导致转子叶片断裂
喘振可能导致压气机内部磨损加剧
喘振可能导致发动机熄火或停车
喘振可能导致飞机失去控制
对机组稳定性的影响
压气机喘振可能导致机组振动加剧，损坏机器部件。
喘振可能导致机组效率降低，影响正常工作。
喘振现象描述
压气机流量大幅减小气流出现周期性波动压气机出口压力周期性波动机组产生大幅振动
压气机喘振原因分析
设计因素
压气机设计不合理
压气机控制系统不完善
压气机结构复杂压气机维护不当
制造因素
压气机制造质量不佳
转子不平衡或安装不正确

压气机喘振的原因分析及防治措施毕业论文

毕业设计（论文）论文题目：压气机喘振的原因分析及防治措施所属系部：指导老师：职称：高工学生姓名：班级、学号:专业：航空机电设备维修毕业设计(论文)进度计划表本表作评定学生平时成绩的依据之一。

压气机喘振的原因分析及防治措施【摘要】本论文主要阐述了航空发动机喘振的原因与防治措施。

发动机作为飞机的心脏被誉为“工业之花”它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性而发动机的喘振就是发动机的所有故障中最常见也是最有危害性的一个。

现就从喘振的形成发生的条件预防措施及使用维护中注意的事项做以浅析。

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源他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。

关键词：航空发动机喘振预防措施预防措施超温熄火停车Abstract: This thesis describes the aviation engine surge causes and prevention measures. Aircraft engine as the heart， known as "the flower industry"， which directly affect aircraft performance， reliability and economy， while the engine surge is all engine failure is the most common but also the most hazardous one. From now on surge formation， occurring conditions，preventive measures and precautions in the use and maintenance to do with Analysis. Airflow compressor surge is occurring along the axial direction of the compressor， low frequency，high amplitude oscillation phenomenon. This low-frequency high amplitude oscillations of air is a source of great centrifugal force， it causes the engine parts of the intense mechanical vibration and thermal side-temperature， and in a very short time result in serious damage to the mechanical parts， Therefore， in any state are not allowed to enter the compressor surge zone work.Key words:Aircraft engine surge PRECAUTIONS overtemperature shutdown Parking目录1 概述 (3)2 喘振的认识 (5)2.1压气机工作原理 (5)2.1.1基元级速度三角形 (5)2.1.2增压原理 (6)2.2喘振的定义 (7)2.3喘振的表现及危害 (8)2.3.1案例 (8)3 造成发动机喘振的原因 (10)3.1气流分离 (10)3.2叶片槽道的扩压性 (11)3.3旋转失速 (12)3.3.1旋转失速的定义： (12)3.3.2低速气流区的生成： (12)3.3.3旋转失速分类： (12)3.3.4旋转失速的主要特征： (12)3.3.5旋转失速的影响： (12)3.3.6旋转失速与喘振的关系： (13)4 喘振的预防及应采取的措施 (14)4.1通过改进发动机结构设计来预防喘振 (14)4.2通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生 (14)4.2.1喘振控制系统常用的防止喘振方法: (14)4.2.2可旋转导向叶片 (15)4.2.3控制供油规律 (16)4.3正确操作，精心维护发动机，也能避免喘振的发生 (16)4.4战斗机发射武器时发动机喘振采取的措施 (17)4.5飞行过程中发动机喘振采取的措施 (17)4.5.1 副油路节流嘴直径（压降）对主调节器的影响 (17)4.5.2 升压限制器投入工作点对防喘切油的影响 (18)4.5.3 定压源不稳定对防喘切油过程的影响 (18)4.5.4 副油路节流嘴直径改变对主油路节流嘴影响 (18)4.5.5 层板节流器流量对防喘切油的影响 (18)结束语 (3)谢辞 (4)文献 (5)1 概述近几十年来，随着航空事业的发展，飞行器的安全性和可靠性越来越引起人们的重视，特别是民用客机，一旦发生故障，轻则影响飞机的性能，重则机毁人亡，后果不堪设想。

多级轴流压气机喘振特性分析

气机级问参数实验数据的基础上，ＦＣＤ结果可作为多级轴流
０前
言
压气机设计参考可行性和意义。
现代燃气轮机发展要求压气机在非设计工况也要有良
好的性能，过对非设计点工况尤其是近喘振工况点流动机通
１网格模型及数值方法
摘要：于求解三维雷诺平均Ｎ— 基ｓ方程，采用混合平面法并应用微机网络并行计算技术，结合Ｓａａ —Ａｌｒｓｐｌｒｔｌｍａａａ
一
方程湍流模型，对某型多级轴流压气机非设计工况进行了数值计算，分析了近喘振工况下的流场特性。结果表
明：近喘振点时气流流量减小，在在叶片吸力面尾缘处容易出现分离，而且叶根附近分离最强。数值模拟结果与实
２ＳａｇａＴｒｉｌｔｏｐｎｉｉｄＳａｇａ２０４，ｈａｈｎｈｉｕｎＰａｍａｙｍｔ，ｈｎｈｉ０２０Ｃｉ）ｂｅｎＣＬｅｎ
ＡｂｓｒｃＩｈｓｐａｒｔｎｔｒａｏｏｈｌｉｔｇｘａｏｔａｔ：ｎｔｉｐｅ，ｈｅｉｅｎｌｆｗｆｔｅｍｕｔｓａｅａｉｌｃｍｐｒｓｏｓｃｌｕｌｔｄｂａｅｎＲｅｎｌｖｒｇｄＮ— ｌｅｓｒｗａａｃａｅｓｄｏｙｏｄｓａｅａｅＳ
验数据吻合较好，可为压气机的设计和优化提供参考。关键词：湍流模型；轴流压气机；数值计算；三维流场
分类号：Ｋ７Ｔ４２文献标识码：Ａ文章编号：０１５８（０００－２００１０ —８４２１）４０５－３

轴流式压气机的喘振和预防处理

轴流式压气机的喘振和预防处理作者：廖盛超来源：《科技传播》2016年第14期摘要喘振是航空发动机压气机的一种工作不正常的表现。

喘振影响的不仅是发动机的正常工作，而且影响到飞机的正常使用和安全。

本文介绍了压气机发生喘振现象和原因并总结了飞行人员在各个飞行阶段预防喘振应采取的措施及出现喘振时的处置方法。

关键词压气机；喘振；防喘；气流分离中图分类号 TH13 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）167-0181-021 压气机喘振的现象压气机发生喘振时，会出现一系列的外部特征及仪表特征指示，它们可给飞行员提供判断喘振发生的依据：1）发动机排气温度升高，排气温度表指示增大。

由于喘振时进入燃烧室空气量减小了，使燃烧室出口的燃气温度升高。

2）发动机的功率下降，表现为扭矩压力表指示值减小。

喘振发生后进入发动机的空气流量减小。

3）发动机抖动而引起较强烈的机械振动。

喘振时气流在压气机中的轴向振荡。

4）发动机的声音由正常工作的连续啸声变为低沉的断续声。

5）气流有倒流现象，进气口有时看到冒白烟。

由于严重喘振发生时压气机通道严重堵塞，使已压缩的部份气体从进气口倒流出来，急剧膨胀，温度骤降而使周围水汽凝结而形成白雾。

6）尾喷口喷火，伴有放炮声。

由于发生喘振后，进入燃烧室的空气量减小，燃油不能完全燃烧，但温度较高，当到尾喷口遇到空气而重新快速燃烧，出现火舌和伴有放炮声。

2 喘振的原因压气机喘振是由于压气机工作状态严重偏离了设计工作状态而产生了气流分离引起的。

下面我们分析压气机中气流分离的形成和发展。

就压气机工作叶轮而言，气流是否分离，要看进口相对速度方向而定，而气流相对速度方向与气流流量系数有关。

发动机设计状态是发动机设计的基准状态，通常是一定大气条件下发动机最大连续工作状态。

如果压气机处于设计工作状态，则流量系数等于设计值，气流相对速度方向与叶片前缘方向一致，如图1（a）所示，叶轮内不会出现气流分离现象。

多级高负荷轴流压气机喘振特征分析

多级高负荷轴流压气机喘振特征分析
王进春;曹传军
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】针对某十级高负荷轴流压气机,在第一级和第九级机匣壁面上布置动态压力传感器,通过减小排气阀门开度的方式进行逼喘试验,获得了不同转速下多级高负荷轴流压气机喘振时的动态压力数据,采用时序、FFT结合滤波分析方法研究了多级高负荷轴流压气机在不同转速下的喘振特征。

结果表明:在高转速下,该压气机喘振模式为深度喘振,喘振引起的高温气体倒流使得入口总温瞬时升高约80 K,喘振由出口级的模态波扰动导致流动堵塞引起,模态波频率约为16%~20%转频,喘振时入口级工作于压升特性增长阶段而出口级工作于压升特性顶点位置;在低转速下,该压气机喘振模式为经典喘振,未发生气体倒流,喘振主要由尖脉冲扰动引起,压气机前后级工作于特性线的增长阶段。

高转速喘振恢复阶段,伴随着明显的旋转失速和喘振特征,而低转速下在喘振的第一个周期内以喘振特征为主,之后喘振频率的幅值波动迅速减小,旋转失速频率的幅值逐渐增加并占主导。

高转速下喘振恢复时间约4.1 s,而低转速下喘振恢复的时间为0.56 s。

【总页数】9页(P54-62)
【作者】王进春;曹传军
【作者单位】中国航发商用航空发动机有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】V231.3
【相关文献】
1.多级轴流压气机不同工况下失速/喘振试验研究
2.多级轴流压气机失速/喘振的测量及数据处理
3.多级轴流压气机喘振特性分析
4.多级轴流压气机失稳及喘振的三维数值模拟与分析
5.高负荷轴流压气机喘振时叶片动应力
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6-多级轴流压气机

叶轮机械原理
——第七章多级轴流压气机
主要内容 1、为什么采用多级压气机？ 2、多级轴流压气机的效率及参数。 3、附面层对多级压气机流量的影响。 4、多级压气机通道形式。 5、多级压气机设计过程中参数的选择。学时 2学时
叶轮机械原理
——第七章多级轴流压气机
为什么采用多级压气机？ 1、压比越高燃机效率越高。 2、单级压比较低，一般为1.3左右。
燃机循环T-S图
理想简单循环热效率
叶轮机械原理
——第七章多级轴流压气机
§7.1多级轴流压气机设计概要（一）多级轴流压气机气动设计的主要要求和设计思想尺寸小、重量轻、性能好、安全可靠是对压气机的基本要求，在压气机的气动设计中上述要求可归纳为：在保证压气机安全可靠工作的前提下（应有足够的失速裕度等），使压气机具有高的级加功量（因而压气机级数少、重量轻、轴向尺寸小），高的流通能力（压气机径向尺寸小）和高效率。
叶轮机械原理
——第七章多级轴流压气机
为分析比较方便起见，假定各单级压气机效率相同，即
根据合比定理，得：
所以，得：
即：多级压气机效率比各个分级的级效率（或诸分级的平均级效率）低。
叶轮机械原理
Hale Waihona Puke ——第七章多级轴流压气机
原因分析：从以上推证可以看出，所谓多级压气机效率比诸分级压气机效率低的原因，完全是由于效率定义中的等熵功不同而引起。多级压气机效率定义中的等熵功是由T0*出发的等熵线上的相应点总温计算而得的，而各分级压气机效率定义中的等熵功则是由各级的实际初始温度值Ti *计算的。显然，实际过程终了的温度当然比对应于相同增压比和相同起始温度条件下的等熵过程终了的温度为高。目前：多级压气机的效率约为：0.88左右，如**燃气轮机高、低压压气机效率分别为：0.8662和0.8666。

航空发动机压气机结构和故障分析

航空发动机压气机结构和故障分析发布时间：2022-08-21T01:21:23.959Z 来源：《科技新时代》2022年1月第1期作者：胡文祺[导读] 航空发动机被称作飞机的“心脏”胡文祺空军工程大学陕西省西安市摘要：航空发动机被称作飞机的“心脏”，不仅是飞机飞行的动力，也是促进航空事业发展的动力。

压气机是航空发动机很关键的结构之一，其作用是给燃烧室提供压缩后的高温、高压气体。

风扇叶片是航空发动机的关键转动零件，承担着将空气输送到内、外涵道的重要作用。

在高转速高气压的飞行状态下，压气机主要承受着气动载荷、离心载荷以及温度载荷，常常导致疲劳失效，一旦发生断裂直接危及其它部件的正常运转。

为了保证在飞行过程中发动机稳定、可靠地运行，为了能够全面了解航空发动机，了解压气机的结构、知晓压气机的工作原理、懂得如何减少和排除压气机的故障。

本文将系统地介绍航空发动机的类别、压气机的类别。

简单结合军用和民用层面分析压气机结构和故障，浅析压气机发展趋势，进一步推动我国航空事业的发展。

关键词：航空发动机；压气机；结构分析；故障分析1.现代航空发动机类型1.1活塞型发动机很早在飞机上被应用的航空引擎装置，是用来带动螺旋桨的。

一台活塞式航空发动机功率可达2500千瓦。

后来它被功率大、运行速高的涡轮引擎代替了。

1.2涡轮型发动机该发动机应用最广。

有涡喷式、涡扇式、螺旋桨式和涡轮轴式，都有带压气机、燃烧室及涡轮。

涡桨型应用在飞行时速范围小于800千米的飞机上；涡轴式是用于直升机的驱动力；涡扇式应用在飞行速度快的航空器。

1.3冲压型发动机它的机体构造简单、推动力强，非常适合在高速或者远的任何地方高空飞行。

由于不能自动着陆和低速自行降落，限制了其主要应用领域，只广泛使用在导弹和空中发射靶导弹上。

1.4综述火箭发动机的推进剂（包括氧化物和燃烧剂）全部都是由自己携带，燃料的消耗过多，不能够适合长时间的工作，一般只能用来作为运输火箭的引擎，在飞机上只能被应用于短时内加速。

压气机的喘振及防喘

压气机的喘振及防喘措施
1. 在压气机中发生喘振的原因 2. 压气机中防止喘振的措施
在压气机中发生喘振现象我们在研究压气机特性线时已经指出：在压气机特性线当的左侧，有条喘振边界线。假如流经压气的空气流量减小到一定程度，而使运行工况进入到喘振边界线的左侧，那么，整台压气机就不能稳定工作。那时，空流量就会出现波动，忽大忽小；压力出现脉动，时高时低；到严重时，甚至会出现气流从压气的进口处倒流出来的现象；同时还会伴随着低频的怒吼声响；这时还会使机组产生强烈地振动。这种现象通称为喘振现象。在机组的实际运行中，我们决不能容许压气机在进入喘振工况。
采用进口可转导叶还能带来一些其他好处
采用了进口可转导叶的措施，不仅可以防止压气机的第一级进入到喘振工况，而且还能使其后各级的流动情况也得到改善。因为，当压气机第一级动叶栅中气流的正冲角减小时,级的作功量就会减小。也就是说，在第一级出口处,空气的压力会减小，这样就可以增大流到其后各级中去的空气容积流量，使这些级的气流的正冲角也适当减小，因而也有利于改善这些级的稳定工作特性。静叶的转动，其道理和进口可转导叶一样。考虑到中间级在低速时，偏离设计情况不大，一般就不必转动静叶了。根据实践，对高压比的压气机，一般转动前面一、二级的静叶已效果明显，只有在压比很高时，才需要转动更多的静叶。既然，改变压气机的进口可转导叶的安装角的措施能够改善压气机的喘振特性，其效果就可以在压气机的特性线上得到反映。很明显，减小导叶按装角时，级特性线就向左下方移动，这就意着压气机的喘振边界线朝着流量减小方向移动。显然，这就扩大了压气机的稳定工作范围。在这里还应指出，在燃气轮机起动时，关小压气机进口导叶安装角的措施，对减小机组的起其动功率也是有好处的，这是由于在这种情况下，流进压气机的空气流量将会大大减小的缘故。

03-1轴流式压气机b特性

3
23:06:09
1.单级压气机特性曲线的变化规律分析
设计点工况
大流量工况
小流量工况
23:06:09
4
2. 单级轴流式压气机的流量特性
（1）随着压气机流量Gv的减少，πC＊起初升高，然后下降。每条特性线的高压比点将特性线分成左、右两支。右支对应随Gv减少时压比增加的情况，左支则对应随Gv 减少时压比下降的情况。
实践证明，压气机叶栅中出现的失速区不是静止不动的，它围绕着叶轮轴线以低于叶轮的转速连续地旋转，所以这种失速现象称为旋转失速。
23:06:09 29
当转速一定而空气流量减少时，就会引起转子动叶攻角的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳定流动，同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。在转子后测得的流场表明，有一个或多个低速气流区以某一转速沿动叶旋转方向转动，这种非稳定工况被称为旋转失速。旋转失速出现后，叶片会受到周期性交变的气动力作用，叶片材料会因此而产生疲劳。如失速频率接近叶片自振频率，将会使叶片产生很大的振动应力，造成叶片损坏。
23:06:09
34
2.喘振
旋转失速的发展会导致压气机喘振。压气机的工质流量和气流参数的时大时小的低频周期性强烈振荡，称为喘振。喘振是压气机的一类气动失稳现象，其流量和压升具有周期性的高振幅振荡，时而体现为非失速的正常流动，时而表现为低流量低压升的失速流动。
23:06:09
35
喘振现象
23:06:09
14
2.多级轴流压气机在非设计工况下级间的不协调性
末级第一级第二级
G A 1c1a A2 2 c2 a A3 3c3a＝ Az z cza 1

多级轴流压气机特性预测update

多级轴流压气机特性预测
内容简介
• • • • 第一章概述第二章级叠加法预测性能第三章流线曲率法第四章轴流压气机特性的近似计算
2
K , K ,
第一章概述
• 1.压气机特性
压气机工作参数：压气机进口总压，进口总温；空气流量M(公斤/秒)及转速N(转/分)。压气机性能参数： ,K 。总压比及效率— K (稳定裕度,噪声)
7
K , K ,
第一章概述
• 2.压气机特性线的作用
特性线一般由试验方法得到，计算方法难度大。
压气机特性线的主要作用： 1）便于清楚地看出性能； 2）了解性能参数变化趋势； 3）了解稳定工作范围及不稳定工作边界等。
8
K , K ,
第一章概述
3.压气机特性线变化规律
1）有一条线把平面分成两部分，对应稳定工作区及不稳定工作区；
Lu
第一章概述
5.多级压气机特性特点
1）特性线陡峭
对于n 常数，减少相同的流量，每级压比都升高

k 1k
2k
, 多级压比变化大。
nk
2）多级效率与单级效率
Lad Lu
k
16
K , K ,
第一章概述
Lad两级 C PT1 ( C T ( Lu1
3
K , K ,
第一章概述
• 1.压气机特性(标准状态)
性能参数与工作参数之间的关系称为特性:
K f1 (m a, n, P1 , T1 ) f1 (macor , ncor )
f 2 (m a, n, P , T ) f 2 (macor , ncor )

多级轴流式压气机防喘系统模拟排故方案设计

流式、离心式和混合式。压气机喘振是指非正常工况下气流沿压气机轴线方向发生的低频率（通常有几赫或十几赫）、高振幅（强烈
３多级轴流式压气机防喘系统模拟排故演示面板设计
下面基于Ｖ２５００发动机为例，进行模拟排故方案的设计。Ｖ２５０（）发动机是先进的轴流式、双转子、高涵道比涡扇航空发动机。Ｖ２５００发动机可调静子叶片（ＶＳＶ）通过调整高压胜气机进口导流叶片和
１多级轴流式压气机喘振简介
航空发动机是飞机的核心，而发动机的喘振问题一直制约着涡轮发动机的发展，影响发动机的性能，严重时会损坏发动机，属于
是一台高增压比的压气机就成为两个或三个低增胜比的压气机了。
如果在设计工作状态下，双轴压气机的两个转子的转速是相同的，当转速降低后，压气机的前几级攻角增大，而后几级的攻角减小，因而带动低压压气机需要较大的功率，而带动高压压气机需要较小的功率。形象的说，转动低压压气机比较 “ 重” ，转动高压压气机比较 “ 轻 ”。这两个压气机是由各自的涡轮带动的，于是低压气
三级静子叶片的角度，保证低压压气机的气体流翳和高压压气机的气体流量匹配，这样能在较宽的工作范围内使引擎保持正常的气
振现象必须立刻执行修复程序，使压气机脱离喘振状态。
机特性，避免发动机发生喘振。在防止发动机喘振现象发生的同时，

PT6A_27型发动机压气机喘振问题的分析(精)

TECHNOLOGY科技纵横2010.4CHINA EQUIPMENT【摘要】在Y12型飞机地面开车的时候,从慢车加速到大功率时,偶尔发动机的声音由尖哨转变为低沉;发动机的振动加大;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;严重时会发生放炮偶尔会听到些异常声。

这就是所谓的发动机发生了喘振。

而对于涡轮螺旋桨发动机来说,喘振在压气机工作中危害很大,对于工作人员有些原理,发生原因不很清楚,解决办法也很棘手。

本文对Y12型飞机压气机结构工作原理喘振原理加以分析说明。

对工作中出现的故障从理论角度加以解释,从而使解决这方面问题有所借鉴。

【关键词】喘振压气机发动机流量攻角叶栅1.Y12型飞机发动机简介Y12型飞机的发动机是采用加拿大惠普公司生产的PT6A--27涡轮螺旋桨发动机。

最大应急功率为680SHP 轴马力,最大Ng 为38100rpm 。

它的压气机是三级轴流,一级离心,增压比为7:1.它的轴流压气机由转动件和静子件组成。

转动件包括转子叶片(工作叶片轮盘和轴,被支撑在前后轴承上,静子件包括静子叶片(导向叶片和机匣。

在三级转子中,第一级转子由钛合金制成,44个叶片,第二、第三级转子是不锈钢制成,有40个叶片。

转子叶片是用楔形接合法安装到各自的圆盘中。

2.压气机工作原理2.1基元级速度三角形轴流压气机有多级组成,每级由一圈转子和静子级成。

如果我们用某直径的圆柱面截取压气机的一个级,并展为平面,即得一个由两排平面叶栅组成的基元级。

基元级是构成压气机的基本元素。

当气流经过动叶栅(转子,在它的前后构成两个速度三角,如图aV 表示绝对速度,w 为相对速度,u 为转子轮缘速度由于轴流压气机级的增压比小,且在级的前后流程通道尺寸径向尺寸逐渐缩小,所以可假定在级的进出口的轴向分速不变,即V 1a =V 2a =V 3a 。

如再假定V 1、V 3方向一致。

就可把叶轮前后的两个速度三角形画在一起。

如图b 。

多级轴流压气机失稳及喘振的三维数值模拟与分析

多级轴流压气机失稳及喘振的三维数值模拟与分析赵决正;罗雄麟【摘要】通过划分网格的方法在Gambit中建立了轴流压气机的三维模型,求得了不同边界条件下的可压缩N-S方程,基于双方程模型中的标准k-ε湍流模型,采用有限体积法对方程进行离散,计算了压气机的各类工作参数并绘制了Fluent算法与经典公式算法下数值的压气机特征曲线.然后通过仿真实验,验证了三维数值模拟的可靠性,模拟分析了压气机失稳过程即在不同转速下的旋转失速和喘振特性以及失稳后的恢复计算过程.最后引入了紧连控制阀(CCV)执行机构,通过CCV的不同开度,改变压气机量纲1流量、压升的特性曲线,即压气机的最小流量有所减少,可以将压气机特性曲线向左移动,大大增加了稳定范围,这对于防止失稳是很重要的.%Three-dimensional axial compressor model is established by using the method of mesh in Gambit and the different boundary of compressed N-S equation is evaluated. Based on the turbulent model of standard model k-e of double equation,diversified through the finite volume method and calculated by that the characteristic curve of compressor is plotted with the data of Fluent algorithm and classic formula algorithm. Then through the simulation validates the reliability of the three-dimensional numerical simulation,analysis the instability process of compressor under different rotating speed in the rotating stall and surge characteristics and recovery calculation process after instability. Finally,imported the active actuator close coupled valve (CCV),compressor characteristic curve of non-dimensional flow and pressure is changed because of the different CCV opening. It reduces the least flow of compressor in other words,the resultof importing CCV is that the characteristic curve of compressor moves to the left,and expands the steady operating areas of compressor greatly. It is important for avoiding instability.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2012(063)012【总页数】9页(P3956-3964)【关键词】轴流压气机;三维数值模拟;失稳;N-S方程;CCV【作者】赵决正;罗雄麟【作者单位】中国石油大学自动化研究所,北京 102249;中国石油大学自动化研究所,北京 102249【正文语种】中文【中图分类】TH45轴流压气机［1－3］失稳包括旋转失速和喘振，已严重影响设备的可靠性和安全性。

压气机原理--喘振

▪ 4 进、排气口的流动情况很不均匀的压气机，就越容易发生喘振现象。
第十六页，编辑于星期六：二十点七分。
压气机防止喘振的措施——1、设计
▪ 1 在设计压气机时，应该合理地选择各级之间的流量系数的分配关系，力求扩大压气机的稳定工作范围。
▪ 由于在低速工况下，压气机的前几级最容易发生喘振，因而在设计那种需要经常在低于设计转速工况下运行的压气机时，就应该把压气机前几级的流量系数选得大些。此外，这些级的作功量应该取得小些，这样就能保证压气机前几级不容易进入喘振工况。反之，在设计转速恒定不变的压气机，或者是运转速度容许比设计转速稍微高一些的压气机，我们就应该把这类压气机的后几级的流量系数取得大些，以扩大后面几级叶栅的稳定工作范围，使具备有较大的喘振裕度。
第四页，编辑于星期六：二十点七分。
旋转脱离
▪ 上述气流脱离现象，往往并不是在压气机工作叶栅沿圆周整圈范围内同时发生的。试验研究表明：一般来说，由于叶栅中叶片形状和分布不均匀性以及气流沿周向分布不均匀性，在小流量大冲角的工况下，气流的脱离往往总是在某一个或几个叶片上发生的。一般情况，在整个环形叶栅沿圆周方向范围内，可以同时产生几个比较大脱离区，而这些脱离区的宽度只不过涉及到一个或几个叶片通道而已。这些脱离区并不是固定不动的，这些脱离区会依次沿着与叶轮旋转方向相反的方向转移。因而，这种脱离现象又称为旋转脱离。
▪ 3 在多级轴流式压气机中，发生在最后几级的喘振现象，要比在最前几级中发生的喘振现象更加危险。因为在压气机的最后几级中发生喘振现象时，机组的负荷一定很高，而这些级的叶片又比较短，气流的脱离现象很可能在整个叶高范围内发生，再加上当地的压力又很高，压强的波动就比较厉害，因而气流的大幅度脉动就会对机组产生非常严重的影响；

Y12

技术威果展矛
伍辨技术协作信息
２０１５（１７）总暑匿１２１６
Ｙ１２飞机发动机压气机喘振问题的分析
冯机发动机开车时，从慢车加速排列又使相邻两个级的压力区相互影响。方案也便于实现最佳防喘加速供油曲线。到大车时，偶尔会听到些异常声，类似低沉我们称它为瀑布效应。正是这种效应使气每台压气机在给定增压比、速度和气都有最佳工作状态，这就的放炮声。既所谓的发动机发生了喘振。对流进入压气机象进入泵中一样，气流在第流质量的条件下，于涡轮螺旋桨发动机来说，喘振在压气机级转子高压区被压入第一级静子低压区是最佳设计点。设计点在失速区以下的稳态线上。沿着稳态线改变压气机增压比、发工作中危害很大。以此方式气流流过整个压气机。Ｙ１２飞机发动机简介三、失速和喘振动机速度、气流质量都不能发生喘振。在给在稳态线和失速线之间发动机采用加拿大普惠公司生产的ｌ失速原理。攻角：叶片进口气流的相定压气机速度后，ＰＴ６Ａ一２７涡轮螺旋桨发动机。最大功率为对速度Ｗ。和方向Ｂ在设计条件下也不一的工作区域很窄，通常用喘振裕度表示，它６８０ＳＰＩＰ轴马力，最大Ｎｇ为３８１Ｇ：）ｒｐｍ。它定与叶片几何进口角Ｂ一致，它们的差可以描述压气机可靠工作的程度。如果超的压气机是三级轴流，一级离心，增压比为值称为攻角。过这个区域，压气机就要发生喘振；相反，７：ｌ。它的轴流压气机由转动件和静子件组如果工作区在稳态线以下，就没有达到发ｉ＝ｐｌＫ — ｐ】＝Ｂ］Ｋ－ａｒｃｔｇ（Ｖｊａ／ｕ）成。转动件包括转子叶片（工作叶片）轮盘从速度三角形可看出ＢＩＫ是一定的。动机设计的目标，所要求的功率就不可能和轴，被支撑在前后轴承上，静子件包括静攻角ｉ取决于｛Ｖｉａ／ｕ｝，当｛Ｖｉａ／ｕ｝减小，则ｉ达到。子叶片（导向叶片）和机匣。在三级转子中，增加。攻角过大就会发生气流在压气机叶３防喘放气活门工作原理。发动机的放第一级转子由钛合金制成，４４个叶片，第片的叶背分离。这就是失速。压气机叶片失气活门设计要求是Ｎｇ在８６％开始关，９ｌ％二、第三级转子是不锈钢制成，有４０个叶速造成气流流动减慢、停止、甚至倒流，其全关闭，位置装在燃气发生器外壳的７点片。转子叶片是用楔形接合法安装到各自效率下降。这只是局部的。对于发动机开车钟处，由四个螺栓固定住。它有一个活塞式的圆盘中。时，操作人员无法通过仪器知道哪片叶片的活门装在一个带口的罩壳中。一个滚动二、发动机压气机工作原理失速。而这些失速叶片有连锁反应，当某一隔膜把这个活塞支撑在罩壳的镗孔中。这ｌ基元级速度三角形。轴流压气机由多局部失速，它后面级的叶片都有失速可能，薄膜可以使活塞向开口或闭口方向作全行级组成，每级由一圈转子和静子级成。如果引起压气机喘振。程的移动而同时又有效地在活塞顶部封严我们用某直径的圆柱面去截取压气机的一２失速的原因主要有：（１）进气气流不住空气室。燃气发生器外壳中有一个口子，个级，并展为平面，即得一个由两排平面叶稳定，紊流Ｉｖｌａ下降）。（２）发动机突然加速引让压气机级间的空气流（Ｐ２５）可以直接栅组成的基元级。基元级是构成压气机的起富油，而造成燃烧室压力增￣ｌ（ｖｌａ下降）。通到放气活门活塞的底部。基本元素。（３）叶片形状损坏，影响气动力效果。（４）压气压气机的输出空气（Ｐ３）分支出来，２当气流经过动叶栅（转子），在它的前机涡轮轴损坏｛ｖｉａＬＩ都下降）。通过这个活门件中的一个固定小孔进行计后构成两个速度三角形，ｖ表示绝对速度，３喘振。喘振是气流参数沿压气机轴线量，然后经过活塞的顶上通过一个计量堵Ｗ为相对速度，ｕ为转孑轮缘速度。方向发生的低频率高振幅的一种振荡现塞（收集一扩散小孔）流到活门外面的大气由于轴流压气机级的增压比小，且在象。当失速发展到一定程度，整个压气机通中。在两个小孔之间的控制压力（ＰＸ）作用级的前后流程通道尺寸径向尺寸逐渐缩道受阻，Ｘ大干压比突然下降。后面｝ｉ勺高压气体始在放气活门活塞的顶上，这样当Ｐ小，所以可１限定在级的进出口的轴向分速终有一种回冲趋势。当气流前进的动能不Ｐ２５时放气活门关闭。在关闭位置时由不变，即Ｖｌａ＝Ｖ２ａ＝Ｖ如再假定ｖｌ、ｖ３方向一足以克服气流回冲趋势（或反压作用），气于ＰＸ的作用，活塞压在它的座中而把口致。就可把叶轮前后的两个速度三角形画流就要倒流。可是一发生倒流，随即消除了子封住。相反当ＰＸ小于Ｐ２５，放气活门在一起。反压。气流在叶片推动下，又开始正向流打开，从而让级间空气（Ｐ２５）释放到大气３增压原理。６ｌ速度三角形看，气流经动，流量又嫌小。如此反复，就造成了压气中。从而达到防喘的目的。过动叶栅，相对速度从ｗｌ降为Ｗ２，绝对速机内部气柱的纵向振荡，即喘振。当它发生４放气活门系统容易出现的故障问度从ｖｌ升到ｖ２，叶轮对气流作功，轮缘功时，小面积能引起压气机气动性能恶化，使题。（１）膜片漏气，在这种隋况下，ＰＸ－ＰＺ５活Ｗｕ＝（ｖ２ｖｌ）／２＋｛ＷＦ－Ｗ２）／２叶片受到一种频率低、强度大的振荡力；当门关不严或关闭晚，气流损失大，增压比上式右边第一项为气流经过转子所获喘振严重时，会发出类似于放炮声，低沉，小，从压气机特【生曲线可看出压气机效率动能，第二项表示气流经过转子有多少相甚至引起发动机熄火。对于发动机部件损降低，工作区在稳态线以下，发动机功率也对动能转化为气体静压的提高。害很大。会降低。表现为Ｎｇ上升慢，且达不到最大：由于转子叶片对气流做功增加气流速四、防喘措施扭矩ＴＱ上升更慢，且小得多。（２）ＰＸ孔堵，度，根据气动原理它的冲压也增加，但这些ｌ放气防喘方式。方法就是压气机中间放气活门晚关，现象类似膜片漏气。（３肼量增加量还比不上扩压的影响。当气流流过级放气。放气位置在压气机中部由活门控孔堵，ＰＸ压力上升，活门早关，易发生喘转子叶片时，叶片剖面形状决定了通道是置。放气活门根据发动机转速在一定范围振。发生上述故障后，采取措施是：按＜Ｙ１２