轴流压缩机

轴流压缩机，是一种气体压缩机可以连续加压气体。它是基于翼型的旋转式压缩机，其中气体或工作流体主要平行于旋转轴或轴向流动。这不同于其他旋转式压缩机，例如离心压缩机、轴流离心式压缩机和混流式压缩机，其中流体流将包括通过压缩机的“径向分量”。由于转子叶片的作用，流体的能量水平随着流过压缩机而增加，转子叶片的作用是在流体上施加扭矩。固定叶片使流体减速，从而将周向流动分量转化为压力。压缩机通常由电动机或蒸汽或燃气轮机驱动。

轴流压缩机产生连续的压缩气体流，并具有高效率和大质量流量的优势，特别是在尺寸和横截面方面。但是，它们确实需要几排翼型件才能实现较大的压力升高，这使其相对于其他设计（例如离心式压缩机）而言既复杂又昂贵。

轴流压缩机是大型燃气轮机（例如喷气发动机高速船舶发动机和小型发电站）的设计所不可或缺的。它们还用于工业应用中，例如大容量空气分离设备、高炉空气、流化催化裂化空气和丙烷脱氢。由于在飞行包线期间的高性能，高可靠性和灵活的操作，它们也被用于航空发动机。

轴流压缩机由旋转和固定组件组成。轴驱动中心鼓，该中心鼓由轴承固定在固定的管状壳体内部。在鼓和壳体之间是成排的翼型件，每排以交替的方式连接到鼓或壳体。一对一对旋转翼型和下一排固定翼型称为平台。旋转翼型，也称为叶片或转子，在轴向和圆周方向上都使流体加速。固定的翼型也称为叶片或定子，它们通过扩散将增加的动能转换为静压，并使流体的流动方向重新定向，以将其准备用于下一级的转子叶片。转子鼓和外壳之间的横截面积沿流动方向减小，以在压缩流体时保持最佳马赫数轴向速度。

当流体沿轴向进入和离开时，能量方程中的离心分量不会起作用。这里，压缩完全基于通道的扩散作用。定子中的扩散作用将流体的xxx动力头转换为压力升高。能量方程中的相对动头是仅因转子旋转而存在的一项。转子减小了流体的相对动力学头并将其添加到流体的xxx动力学头，即，转子对流体颗粒的冲击增加了它们的速度（xxx值），从而降低了流体与转子之间的相对速度。简而言之，转子增加了流体的xxx速度，而定子将其转换成压力上升。设计具有扩散能力的转子通道，除了其正常功能外，还会产生压力上升。这会在组成定子和转子的每级中产生更大的压力上升。这是反应原理涡轮机。如果在转子部分获得一个阶段的50％的压力上升，则据说它具有50％的反作用力。

单级产生的压力增加受到转子和流体之间的相对速度以及机翼的转动和扩散能力的限制。在多变量设计条件下，商用压缩机的典型阶段会在15％至60％（压力比为1.15-1.6）之间产生压力增加。效率在90–95％左右。为了获得不同的压力比，轴向压缩机的级数和转速都不同。根据经验，我们可以假定给定压缩机中的每一级都具有相同的温升（Delta T）。因此，在入口处，必须通过压缩机逐步增加每个阶段的温度（Tstage），并且入口的比率（Delta T）/（Tstage）必须减小，这意味着通过该装置的阶段压力比将逐渐降低。因此，后级的压力比明显低于xxx级。如果流体和转子之间的相对速度是超音速的，则更高的级压比也是可能的，但这是以效率和可操作性为代价的。此类压缩机的级压比超过2。

机翼轮廓针对特定速度和转弯进行了优化和匹配。尽管压缩机可以在其他条件下以不同的流量，速度或压力比运行，但这可能导致效率下降，甚至导致流量部分或全部故障（分别称为压缩机失速和压力波动）。因此，在需要脱离设计条件时，级数和总压力比的实际限制来自不同级的相互作用。通过在压缩机中提供一定的灵活性，可以在一定程度上缓解这些“非设计”状况。通常，这是通过使用可调节的定子或使用可以从级间主流中排出流体的阀（级间排出）来实现的。现代喷气发动机使用一系列压缩机，以不同的速度运行；以大约40：1的压力比供应空气以在所有飞行条件下具有足够的灵活性进行燃烧。