壓縮機的喘振與失速-譯文第5章

1、第5章 多級壓縮機5.1 導(dǎo)論為了滿足性能和穩(wěn)定運行的并行要求，必須細(xì)心執(zhí)行通過單級的聯(lián)合到形成多級壓縮機。目標(biāo)是為了獲得理想的循環(huán)壓比和效率，并且提供了為了穩(wěn)態(tài)和順態(tài)的發(fā)動機運行的穩(wěn)定運行范圍。全部的多級壓縮機特性線圖，在單級間存在矛盾的性能匹配。在一個軸流壓縮機上，在多級組中沒有獲得第1級性能的全部范圍。在非常低的轉(zhuǎn)速時，在組中最后一級的小面積強迫使第一級運行時接近于喘振或失速。在設(shè)計轉(zhuǎn)速下，全部的壓比得到發(fā)展，且第一級運行接近于節(jié)流。另一方面，依賴于第一級和最后一級的配合以及其流量范圍，當(dāng)?shù)谝患壢匀贿\行在穩(wěn)定范圍時，最后一級可能引起了喘振。在50和70的轉(zhuǎn)速之間，在多級喘振之前的有一級或

2、多級的旋轉(zhuǎn)失速是普通的。在這章中將評述多級特性。然而在試驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)之前，將討論復(fù)雜的級間匹配出現(xiàn)的背景以及理解單級性能聯(lián)合程度的要求。通過4個獨立級間的模型性能來計算4級軸流壓縮機的性能。這種練習(xí)將闡明獨立級間的性能匹配，并且為解釋試驗結(jié)果設(shè)置了理解基礎(chǔ)。5.2 級間匹配在多級壓縮機中，只有使用了獨立級的部分的性能特性。在任何給定轉(zhuǎn)速下，一些級的流量范圍可以允許在不同級范圍的有限量上運行。這決定了多級組的凈流量范圍。同樣的在變化的級中，效率可能沒有達(dá)到明顯一致的峰值。為了闡明典型的多級匹配，在壓縮機四個級聯(lián)合形成4級組的工作特性上提出了討論。從大陸航空工程公司(1966)在圖2.22所示的性能

3、之后模擬出獨立級的工作特性。這幅性能特性圖有多級匹配需要的性能范圍。規(guī)格參數(shù)表顯示了從40到100轉(zhuǎn)速以及從節(jié)流到喘振。另外，兩條轉(zhuǎn)速線表示允許喘振的性能。這提供了估計在不同轉(zhuǎn)速下流量低于喘振時的壓比特性的良好基礎(chǔ)。為了產(chǎn)生在匹配時出現(xiàn)的失速特性，在圖3.4上從失速單元總表建立了假設(shè)的失速結(jié)構(gòu)。為了確定在流量小于喘振時的性能和失速結(jié)構(gòu)，根據(jù)流量特性重新繪制圖2.22得到所示的圖5.1。在圖上顯示了流量系數(shù)的定義。對于多級圖解的目的選擇的最大單元數(shù)目是4。在圖3.3上數(shù)據(jù)集的分布暗示了平均失速結(jié)構(gòu)是1個起初形成3個單元，隨后增加到4，然后減少到3，隨后是2，1，然后是大規(guī)模的湍流。對于這幅圖是選

4、擇離散的接觸面。實際模式大概存在關(guān)于1、3、4單元出現(xiàn)瞬時重疊的較寬范圍的流量系數(shù)。由于這筆練習(xí)需要的更復(fù)雜，所以沒有包括。圖2.22上的喘振線也表示在這幅圖上，并且作為單級模式的喘振線使用。為了獲得關(guān)于第1級的壓縮機特性線圖，在圖5.1上定義的失速特性被調(diào)換到圖2.22上，且結(jié)果顯示在圖5.2上。在100、90、70和50的轉(zhuǎn)速下歸納了壓比特性。歸納作為在這幅圖上表示的效率特性也是非常必要的。在這幅圖上顯示了用失速數(shù)目表示每個區(qū)域的失速區(qū)域。關(guān)于喘振與失速特性的模型圖給出了合理的解釋。當(dāng)獲得峰值壓比時，末端失速開始。最終喘振發(fā)生。在喘振循環(huán)恢復(fù)部分的過程中，3單元局部范圍旋轉(zhuǎn)失速出現(xiàn)在70或

5、更高的轉(zhuǎn)速上。在60轉(zhuǎn)速以下，在喘振過程中的旋轉(zhuǎn)失速是4單元。當(dāng)流量減少且運行變?yōu)榉€(wěn)定時，在60轉(zhuǎn)速上的失速結(jié)構(gòu)從3個局部范圍的單元變化到在躍遷到整體范圍失速的4個。在較低轉(zhuǎn)速時，單元數(shù)目逐漸減少到1并且最終在足夠的轉(zhuǎn)速時，存在簡單的大規(guī)模的湍流。作為單獨的級聚合在一起將遇到這些模式。從第1級的線圖闡述了關(guān)于第2、3和4級的壓縮機特性線圖。當(dāng)校正關(guān)于第1級出口條件時，在圖上表示設(shè)計點的條件變?yōu)殛P(guān)于第2級的校正設(shè)計點流量和轉(zhuǎn)速，以及其他兩級的條件等。其次，必須進(jìn)行決定選擇參考轉(zhuǎn)速和流量在圖5.2上用來模擬其他級的情況。平常在設(shè)計轉(zhuǎn)速和流量下的有關(guān)多級分組建立了矢量圖。損失、阻塞以及轉(zhuǎn)角的數(shù)據(jù)能被

6、應(yīng)用來估計獨立級的線圖。有許多方法規(guī)定了設(shè)計條件級載荷，限制的擴壓因子等。由于在這里沒有使用這個過程，所以決定選擇基于近似相等工作的級間的設(shè)計匹配點。這是闡明級間匹配的合理假設(shè)。對于第2級有如同第1級大約相同的工作，并且在特性線圖上使用通用的點表示選擇的第2級的設(shè)計點，選擇第1級90的速度特性作為在圖5.3上顯示。對于第2級就變?yōu)?00的速度特性線。在這種轉(zhuǎn)速下選擇的設(shè)計點流量是在最大效率處。當(dāng)校正第1級出口條件時，設(shè)計點流量當(dāng)然與在圖上表示的流量不同。因此必須應(yīng)用到的流量數(shù)量，并且顯示在這幅圖的右下側(cè)。為了清楚的表述，雖然失速特性不再重復(fù)，但是規(guī)定了與顯示在圖5.2的那些相同。特別的，對于第

7、2級100速度特性的失速模式與在第1級90速度線的第1級失速模式相同。圖上的x坐標(biāo)是下面要討論的非設(shè)計匹配點。相同的逼近(近似相等的工作和使用的流量數(shù)量)將第1級特性線圖的應(yīng)用來達(dá)到第3和4級的模型。結(jié)果顯示在圖5.4和圖5.5上。作為圖5.3上表示第1級85的速度線上挑選出的設(shè)計點選擇為第3級的設(shè)計轉(zhuǎn)速。作為圖5.4上表示第1級80的速度線上挑選出的設(shè)計點選擇為第4級的設(shè)計轉(zhuǎn)速。流量的數(shù)量顯示在兩幅圖的右下側(cè)。當(dāng)進(jìn)行匹配運算時，在兩條已確立的速度線上插入獲得的數(shù)據(jù)是必要的。這是通過在圖上顯示x坐標(biāo)的半直線來表示。也注明了設(shè)計轉(zhuǎn)速的百分?jǐn)?shù)值是為了獨立級間選擇的失速轉(zhuǎn)速的校準(zhǔn)。計算程序是使用從基

8、于那個級出口溫度的前級和熱力學(xué)級的校正速度和流量的組合。例如，為了獲得第2級校正流量的匹配點，從第1級的流量是通過校正其出口壓力與溫度來獲得關(guān)于第2級的參考校正流量。然后應(yīng)用流量的數(shù)量來獲得實際校正流量的尺寸。第1級的旋轉(zhuǎn)速度由于校正其出口溫度來獲得第2級的校正速度。然后應(yīng)用速度量獲得實際校正的轉(zhuǎn)子速度。例如當(dāng)校正其出口溫度時，雖然第1級100的速度是92.6，但是90的速度線用來作為第2級100的速度線。因此，也就是說速度標(biāo)量是0.972。所以匹配點的位置是由圖上第2、3和4級的x坐標(biāo)表示。在圖5.6上顯示的結(jié)果是4級壓縮機特性線圖。計算局限在100、70和50的轉(zhuǎn)速。這已充分顯示了4級連接

9、組成的匹配結(jié)果。喘振流量是選擇在壓比特性的導(dǎo)數(shù)將隨著流量的輕微減少變?yōu)檎堤幍哪切┝髁?。在多級軸流壓縮機中不一定是這種狀態(tài)。喘振能在這種狀態(tài)之前發(fā)生，依賴于失速狀態(tài)的強度導(dǎo)致了這種狀態(tài)。然而使用這種標(biāo)準(zhǔn)將產(chǎn)生多級壓縮機的失速特征。從圖5.7一直到5.10顯示了4個性能特性匹配的影響。在圖上包括了多幅的隨重疊的獨立級的失速與喘振特性的4級線圖。每一個重疊表示作為4級匹配結(jié)果的在獨立級圖上截取的不同失速區(qū)域。獨立級的喘振線也如參考資料中的所示。實踐表示獨立級的喘振線不需要變?yōu)槎嗉壗M的喘振線。這條線變?yōu)槎嗉墘嚎s機的失速線，并且作為產(chǎn)生負(fù)向斜率壓比特性的其他級相互作用的結(jié)果將會獲得穩(wěn)定運行。圖5.7表

10、示在4級特性線圖上第1級特性的重疊。在100轉(zhuǎn)速時選擇的4級喘振流量下，第1級末端失速剛剛開始，并且第1級的喘振流量發(fā)生在小于4級喘振點的流量處。在70轉(zhuǎn)速時，第1級的失速模式覆蓋了多數(shù)的4級流量范圍。當(dāng)峰值效率逼近時，末端失速開始。第1級喘振流量(當(dāng)作為孤立級試驗時)發(fā)生在峰值效率處，并且在流量時伴隨有3和4單元的旋轉(zhuǎn)失速模式。4級的喘振不可能要求在第1級喘振時的流量處；可能代替的是可聽見的高頻顫動的噪音。在50的轉(zhuǎn)速時，通過第1級的失速模式覆蓋了所有的4級流量范圍。節(jié)流發(fā)生在末端失速處，隨后在低流量時有第1級喘振點和4與3單元失速模式。對于第1級在低流量時處于失速狀態(tài)以及在設(shè)計轉(zhuǎn)速時決定多

11、級的節(jié)流是普通的。圖5.8表示在4級特性線圖上的第2級特性的重疊。在所有轉(zhuǎn)速時，第2級末端失速出現(xiàn)大約部分通過流量范圍。第2級喘振線實際上與4級喘振線一致。在50的轉(zhuǎn)速時，4個失速單元在4級喘振之前出現(xiàn)。在50和70的轉(zhuǎn)速下的失速圖片不如第1級的劇烈。圖5.9表示在4級特性線圖上的第3級特性的重疊。在100的轉(zhuǎn)速時，末端失速出現(xiàn)部分的通過流量范圍。在50和70的轉(zhuǎn)速時，末端失速正好在4級喘振時開始。在圖5.1上，第4級的失速特征沒有起到影響在50和70轉(zhuǎn)速時喘振的作用。在100轉(zhuǎn)速時，末端失速恰好在4級喘振點開始。這個4級模式顯示了多級壓縮機典型的喘振與失速特征。通過如圖5.5所示的第4級來表

12、示在50和70轉(zhuǎn)速下的節(jié)流。其他各級間的相互匹配防止了從作為對圖5.10和5.9上分別顯示的4級喘振與失速起作用的第4級以及第3級。另一方面第1級被強迫在50轉(zhuǎn)速的所有流量以及70轉(zhuǎn)速的大部分流量的某種失速條件下運行。因為在100和70轉(zhuǎn)速時的峰值壓比出現(xiàn)在第2級喘振上，所以第2級對4級喘振起決定作用。與第1級所有的旋轉(zhuǎn)失速特征一致，這將明確的規(guī)定了4級喘振。在100轉(zhuǎn)速時，第2和3級在流量范圍的大半部分都出現(xiàn)末端失速。當(dāng)?shù)?和4級末端失速開始時，這些中間級將會最終啟動4級的喘振。由于在四個級間的設(shè)計點流量匹配的選擇以及在性能模式中假定的流量范圍，所以在這個實例中這種情況不會發(fā)生。在50和70

13、轉(zhuǎn)速下對于4級組的合成失速單元模式取決于前兩級獨立的失速模式的耦合。在50轉(zhuǎn)速時，由于第2級沒有處于失速狀態(tài)，所以第1級的4單元失速模式占優(yōu)勢。當(dāng)?shù)?級末端失速開始時，第1級有3個失速單元，且這級可能依然決定了主要模式。在較低流量時，第2級變化到4個單元而第1級有3個單元。這將是在3和4單元之間轉(zhuǎn)換或形成其他多重的周期旋轉(zhuǎn)失速單元的條件。最終達(dá)到了第2級的喘振線，并且促成了4級的喘振。這個實例用來闡明多級壓縮機要求的喘振與失速特性。在高轉(zhuǎn)速時，入口的級要求定義為多級節(jié)流，并且中間級或末級被期望決定失速與喘振。在低轉(zhuǎn)速時，末級決定節(jié)流，且這使得第1級進(jìn)入失速狀態(tài)。沒有復(fù)雜的級間匹配計算，可以非常

14、簡單的闡明這點。考慮了對于第4級(圖5.5)在50轉(zhuǎn)速下的節(jié)流值。當(dāng)流量被校正為如圖5.5上的流量標(biāo)量，節(jié)流量為8.4Ibsec，且在近似的大氣壓條件下(壓比等于1)。在這個流量時，第1級(圖5.2)處于失速狀態(tài)。在50的轉(zhuǎn)速和以下時，以及在50轉(zhuǎn)速之上的一些速度范圍，因此旋轉(zhuǎn)失速模式將要求出現(xiàn)在4級壓縮機上。在下一部分，自許多的多級壓縮機的試驗數(shù)據(jù)將研究如何證實。5.3 多級壓縮機性能試驗數(shù)據(jù)存在于類似于在上文顯示的分析模式中描述的實際多級軸流壓縮機的喘振與失速特性的許多參考資料中。失速單元結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速以及詳細(xì)的喘振循環(huán)可通過熱線風(fēng)速儀和靜壓傳感器來測量。當(dāng)對作為獨立級以及作為多級組中的一

15、段測試時，引入試驗來決定獨立級在喘振與失速特性上的相互作用。試驗也被引入來決定儲液器容量在喘振與失速特性上的影響。5.3.1 NACA的10級軸流壓縮機在1953年，為了進(jìn)行空氣動力學(xué)試驗的探索，NACA設(shè)計并試驗了1個10級亞音速軸流研究壓縮機。圖5.11顯示了這個壓縮機的橫截面。末端流跡的半徑是20英寸。設(shè)計壓縮機達(dá)到在校正質(zhì)量流量為57.5Ibsec時的整體壓比為6.45:1。安裝葉片設(shè)計為軸對稱的速度分布圖以及從中心到末端近似以恒定功率增加?？諝鈩恿W(xué)設(shè)計是Johnsen(1952)文獻(xiàn)中報道，并且試驗結(jié)果在Budinger和Thomson(1952)文獻(xiàn)中出現(xiàn)。喘振與失速特性在Hup

16、pert等人(1953)的文獻(xiàn)中出現(xiàn)過。熱線風(fēng)速儀被安裝在如圖5.11上定義的2到22測量點。探針位于前4級，第7級以及第10級的出口處。其他的探針放在轉(zhuǎn)子1和5的后面。所有的探針都被安裝在徑向旋轉(zhuǎn)的激勵器上。這個儀器設(shè)備允許在旋轉(zhuǎn)失速如同通過壓縮機長度的軸向旋轉(zhuǎn)失速持續(xù)性過程中的流量脈沖振幅徑向變化的測定。另外，兩個或多個探針安裝在轉(zhuǎn)子1、定子1和轉(zhuǎn)子5之后來決定在這些位置處失速區(qū)域的數(shù)目。壓力傳感器放置在入口的0測點以及壓縮機出口的23和24測點。輪蓋靜壓以及通道中部的總壓是在0測點處測量。氣缸靜壓是在23測點處測量，而中部通道總壓是在24測點處測量。圖5.12顯示了壓縮機的性能。除了采用

17、不同速度定義線上的點之外，另外的點是采用在70和80速度之間更為精確定義的喘振線。熱線探針在50、60和70轉(zhuǎn)速是探測到旋轉(zhuǎn)失速。圖5.13顯示了旋轉(zhuǎn)失速位置處的質(zhì)量流量區(qū)域。在50轉(zhuǎn)速時，從節(jié)流到喘振的整個流量范圍上發(fā)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)失速模式。在這個范圍之上，失速單元數(shù)目從3變化到7，分別的從節(jié)流到喘振。在60轉(zhuǎn)速時，在流量稍微低于節(jié)流流量時發(fā)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)失速；失速結(jié)構(gòu)從這個流量下的3個單元變化到接近喘振時的4個單元。在70轉(zhuǎn)速時，旋轉(zhuǎn)失速局限到接近喘振時的流量處，且只探測到3個單元。在這個試驗上獲得的數(shù)據(jù)總結(jié)在表51中，主要是采用Huppert等人(1953)的文獻(xiàn)。作用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度比的失速轉(zhuǎn)速在57

18、的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速平均值時近似為恒量。這低于期望的基于單級數(shù)據(jù)繪制的圖3.7上關(guān)于失速結(jié)構(gòu)為3個或多個單元。然而，當(dāng)流量減少時在失速轉(zhuǎn)速上有輕微的增加，這個圖3.7上顯示的趨勢一致。這是基于圖5.13表示失速單元數(shù)目隨流速減小而增加的事實。根據(jù)分布于整個壓縮機的熱線探針的示波圖，可能判定出通過壓縮機長度的失速區(qū)域是否是螺旋的。這個決定可以從附錄A中的Huppert等人(1953)文獻(xiàn)中描述的方法進(jìn)行估計。這個結(jié)果表示少量或沒有螺旋式的失速單元。探針分布也顯示了從轉(zhuǎn)子1出口到轉(zhuǎn)子5出口的每個失速模式中的單元數(shù)目是相同的，并且失速影響的僅是葉片的上半部分。圖5.14顯示了轉(zhuǎn)子1和轉(zhuǎn)子5在葉片中心，中間以及

19、末端之間波形圖的比較。在這三個徑向位置處的波形對于壓縮機內(nèi)的兩個位置上的是非常相似。圖5.15顯示了對轉(zhuǎn)子1和定子7繪制的示波圖。相對于圖5.14，脈動的波形與振幅在定子7出口處嚴(yán)重減弱。在壓縮機出口的結(jié)果顯示了相同的衰減，這表示失速單元的流動混合以及分解。在50、60以及70轉(zhuǎn)速時通過壓縮機流量脈動的變化分別地概括在圖5.16、5.17以及5.18中。這些圖顯示了作為在轉(zhuǎn)子末端處的流量脈動比的每個軸向測點的流量脈動。每一幅圖都是通過壓縮機變化位置的中心、中間以及末端的流量脈動變化圖，并且數(shù)據(jù)集是由在每個轉(zhuǎn)速下觀測到的每個失速模式提供。作者指出構(gòu)成這些圖的點代表了一些波形圖在每一點的平均。因此

20、這些圖代表了流量脈動振幅的平均分布。在一些圖上的短劃線表示圖中受影響區(qū)域上數(shù)據(jù)的不足。圖5.16表示了在50的轉(zhuǎn)速下通過壓縮機流量脈動振幅的分布。在圖5.16ae上顯示了分別隨單元數(shù)目從3變化到7的失速模式的分布。這些圖表示脈動持續(xù)通過低4級然后在轉(zhuǎn)子5上急劇下降。在圖5.16a和b上，末端脈動在有三到四個單元失速模式的第2級出現(xiàn)峰值。在圖5.16c和e上，峰值出現(xiàn)在有五個單元的第3級和有七個單元的第4級。在圖5.16d上峰值是通過適合6單元模式的第24級同等的均分。中間以及中心的分布通常遵循這種趨勢。雖然脈動在第5級處急劇下降，但是峰值脈動的位置之上部分地適合末端的結(jié)果。在中間和中心時，類似

21、于末端脈動，峰值出現(xiàn)在單元數(shù)目為3和4的第2級。對于5個單元，雖然類似于末端脈動，中間徑向的峰值出現(xiàn)在第3級，但是中心處的峰值繼續(xù)保持在第2級。對于6個單元，中間徑向脈動第2級出現(xiàn)峰值在且在隨后的級中減少，然而末端脈動在第2、3和4級上保持恒值。對中心處作比較觀測顯示了沒有足夠的數(shù)據(jù)。對于7個單元(圖5.16e)，中間徑向和中心的脈動在第3級出現(xiàn)峰值，然而末端脈動在第4級出現(xiàn)峰值?？傊?0的轉(zhuǎn)速時，在級上的脈動最大趨向是從中心變化到末端。圖5.17a和b表示對于單元數(shù)目為3和4在60轉(zhuǎn)速時通過壓縮機的流量脈動振幅的分布。對于3個失速單元(圖5.17a)，雖然對于末端和中間脈動的峰值振幅出現(xiàn)在

22、第2級，但是中心脈動的峰值振幅出現(xiàn)在第4級。末端和中間脈動在轉(zhuǎn)子5處急劇減小。在4個失速單元時(圖5.17b)，對于所有三種徑向位置處的振幅峰值不相同。然而末端和中間的分布在轉(zhuǎn)子5處再次急劇減小。圖5.18表示對于3個失速單元在70轉(zhuǎn)速時的分布。雖然末端和中間的振幅峰值在不同的級上出現(xiàn)，但是如另外兩種轉(zhuǎn)速一樣，脈動在轉(zhuǎn)子5處急劇減少。作者指出不可能確定是那一級啟動旋轉(zhuǎn)失速。然而他們也注明在40轉(zhuǎn)速時，旋轉(zhuǎn)失速被探測到在定子2之后，而不是在安裝探針的其他任何葉排之后，甚至不在轉(zhuǎn)子1的出口。如同通過5.2部分?jǐn)?shù)例的表示，將期望通過級間匹配來考慮表示第1級啟動失速。然而數(shù)據(jù)集表示在第2級之后比轉(zhuǎn)子1

23、之后的脈動強烈。如同作者表明的，當(dāng)對于第2級的脈動比較高時，也許可能是由第2級啟動失速或擴大第1級的失速。由于3個失速單元從50和70轉(zhuǎn)速時顯示的數(shù)據(jù)也顯著地表示第4級的脈動逐漸變大。從級間匹配考慮將期望失速啟動級是位于當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時的壓縮機后段。在這個試驗中主要關(guān)心的是由于旋轉(zhuǎn)失速單元強迫頻率的影響導(dǎo)致潛在的葉片和輪葉的斷裂。雖然在這個試驗中沒有發(fā)生斷裂，但是在入口導(dǎo)葉片上的葉片與基座的接觸點處發(fā)現(xiàn)裂痕。然而潛在的疲勞失效比較高。表52表示了根據(jù)坎貝爾圖上關(guān)于入口導(dǎo)葉片與不同級間葉片的干涉點的分布。這些點也表示了有關(guān)的基頻與第1、2級諧頻。圖上包括變化的失速模式提供了在不同轉(zhuǎn)速百分比時的變化級

24、葉片上的潛在強制函數(shù)。作為圖中所示，疲勞破壞可能存在于從40到70的轉(zhuǎn)速時，并且影響所有的級。由失速模式激勵的唯一基頻是入口導(dǎo)葉片與定子1的頻率。對于其他葉片，失速模式激勵出第1、2級諧頻。對于喘振研究只在50轉(zhuǎn)速時得到熱線數(shù)據(jù)。探針上的金屬線失效阻止了對60和70轉(zhuǎn)速時的喘振研究。試驗結(jié)果的報告是在轉(zhuǎn)子1入口與出口處；轉(zhuǎn)子5出口處；定子3、7和10出口處。波形圖的數(shù)據(jù)集是采用圖5.13上點處的，顯示了在喘振前的7失速單元的模式。波形圖的數(shù)據(jù)表示喘振由大的單個旋轉(zhuǎn)失速單元在從中心和末端整個徑向距離上延伸而開始。圖5.19表示在喘振前的瞬時事件。左側(cè)的波形圖表示7個失速單元的失速頻率為340cp

25、s或獨立單元的頻率為48.6cps的波形。波形表示采用轉(zhuǎn)子1和轉(zhuǎn)子5出口處的數(shù)據(jù)。當(dāng)失速模式變化時對于轉(zhuǎn)子1的波形也將變化。關(guān)于中心的波形在流速上存在急劇下降表明了喘振的開始。這幅圖表明在喘振發(fā)生之前大的失速單元延續(xù)了30毫秒。雖然失速單元持續(xù)背離轉(zhuǎn)子5足夠遠(yuǎn)，但是當(dāng)激勵起喘振時質(zhì)量流量減小的速率更加緩慢。壓縮機旋轉(zhuǎn)的一個周期為12毫秒。這意味著當(dāng)大的單元出現(xiàn)在壓縮機進(jìn)入喘振之前時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)2.5次。圖5.20表示在較長時間量程上喘振循環(huán)過程中的事件。這幅圖表示壓縮機出口壓力、轉(zhuǎn)子1的流速以及入口總壓的瞬時變化。大的失速單元的存在觸發(fā)了導(dǎo)致突變排出的出口壓力正向通過壓縮機的不穩(wěn)定性。這導(dǎo)致流速下

26、降并且入口壓力增加。在下一個二分之一秒上，出口壓力持續(xù)下降，并且流速恢復(fù)到單元喘振之前的值。這將表明當(dāng)壓縮機抽入新鮮的供應(yīng)空氣時通過試驗臺出口管道減少出口高壓。最終當(dāng)壓縮機開始從失速恢復(fù)時，出口壓力減小到最小。流速峰值出現(xiàn)在這一點，然后減小到喘振前的值。在這段時間(大約1秒)過程中，出口壓力持續(xù)增加。在這個增加過程中，熱線探針探測到3個失速單元在140cps的頻率上旋轉(zhuǎn)或者對于單個單元頻率為46.7cps。這實際上是相同的單個單元的頻率如同在喘振前的7單元模式的頻率。最終，出口壓力的峰值出現(xiàn)，并且系統(tǒng)的不穩(wěn)定性阻止其維持超過200毫秒。喘振又一次被激勵，并且循環(huán)重復(fù)。喘振循環(huán)的頻率大約是0.6

27、cps，如同通過波形圖表明的。從轉(zhuǎn)子1后面的探針記錄的波形圖表示在失速恢復(fù)過程中大的失速單元與失速模式的徑向范圍。圖5.21表示在中心、中間以及末端流速脈動的跡線。相對于圖5.19表示在喘振之前和過程中的事件嚴(yán)重壓縮了其時間量程。左側(cè)的跡線表示對于局部范圍7單元模式的波形。對于整體范圍單個單元模式的不連續(xù)變化明顯是可以確認(rèn)的。從這幅圖中的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)低頻率脈動的流速能激勵喘振。如果根據(jù)流速脈動的出口流量正向通過壓縮機，那么能阻止完整通過壓縮機排出的唯一方法是通過旋轉(zhuǎn)的組阻止從入口到達(dá)的高壓流量來產(chǎn)生足夠高的壓力響應(yīng)。如果流量脈動足夠低(或者周期足夠長)，那么高壓流量能達(dá)到入口并且喘振將被激勵。1

28、0級組合的長度大約是34英寸。假設(shè)聲速是1000fps，那么出口流速將花3毫秒到達(dá)入口。雖然大的失速單元的周期是30毫秒，但是在這個脈沖內(nèi)將出現(xiàn)遠(yuǎn)小于3毫秒周期的高頻率變動。然而在脈沖結(jié)束(接近圖5.19的中心)時，存在一個3毫秒的流速下降。對于高壓可能需要足夠長的時間沿著壓縮機足夠遠(yuǎn)的長度起反應(yīng)和排出流量將啟動喘振。圖5.22顯示的在轉(zhuǎn)子1和定子3、7與10之后的末端徑向位置的波形跡線支持這條。數(shù)據(jù)集表示單個單元模式是普遍深入到整個壓縮機。這給出低頻脈動能允許通過壓縮機長度的高壓脈沖流動時間來激勵喘振的論點的可信度。這些多級數(shù)據(jù)集提供觀測在單級試驗中沒有探測到第4章中討論的結(jié)果的喘振起始狀態(tài)

29、。類似于一些單級結(jié)果，由多單元失速模式領(lǐng)先于喘振。然而觸發(fā)多級喘振的是單個單元突變的、短暫的轉(zhuǎn)換。接近于喘振點，旋轉(zhuǎn)失速模式有7個在葉片上半部分存在劇烈脈動與在中心處存在非常微弱脈動的單元。單個失速單元恰好是在延展到整個葉片范圍上的喘振之前突然的形成。這些不規(guī)則的失速模式最終產(chǎn)生足夠長的流量減少周期以至于允許高壓排出75的壓力增量。當(dāng)質(zhì)量流量處于最低值時，單元覆蓋了整個環(huán)面。這些結(jié)果出現(xiàn)在通過自壓縮機的振蕩輸出將壓力增量傳送到出口高壓處的實際圖上。在高壓處輸出信號低的部分在時均壓力下是暫時不平衡的。然后局部的自高壓的流量向前移動。由下一個壓力脈動的推移限制了向前的移動。如果周期足夠短，那么能容

30、納高壓壓強。如果周期足夠長，那么向前進(jìn)入壓縮機存在“漏損量”，并且啟動了喘振。然后根據(jù)這些結(jié)果，通過由壓縮機產(chǎn)生的高頻壓比和在高壓處確立的時均壓力間的平衡決定了相應(yīng)的穩(wěn)定性。參考Toyama等人(1976)和Dean與Young(1976)的文獻(xiàn)可知道離心壓縮機存在有相同的趨勢。高頻脈動出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子出口、擴壓器入口以及擴壓器喉部。脈沖的振幅在擴壓器喉部達(dá)到最大，并且當(dāng)擴壓器失速進(jìn)行時，脈動變得更加劇烈。最終脈沖有足夠大的下降信號或在整流器中的時均壓力之下的壓力所用時間足夠長，達(dá)到允許高壓流量流出擴壓器并且能激勵喘振。5.3.2 儲液器容量的影響在16級J35A23亞音速軸流壓縮機上研究了儲液器容

31、積對喘振特性的影響。在Huppert(1952)文獻(xiàn)中以及由Huppert(1965)報告了這個結(jié)果。壓縮機被設(shè)計為設(shè)計質(zhì)量流量為155IB/sec時的整體壓比為8.75:1。由于喘振與失速的研究，所以壓力傳感器被安裝在壓速機的入口和第1級與最后1級的出口；熱線風(fēng)速儀安裝在第7級的后面。在壓縮機入口和出口的整體壓力振幅的變化表現(xiàn)在圖5.23上。這幅圖顯示了通過兩個喘振脈動的振幅變化。在喘振開始時，入口壓力增加了大約8并且出口壓力下降了大約40。喘振頻率從1cps變化到2cps。流量脈動的變化出現(xiàn)在表示第7級后面的熱線波形圖的圖5.24上。最大的流量脈動的振幅是±30。出現(xiàn)在喘振循環(huán)中

32、的旋轉(zhuǎn)失速模式包括了旋轉(zhuǎn)速度等于45壓縮機轉(zhuǎn)速的1個單元。作者指出像10級壓縮機一樣，喘振循環(huán)是在單個單元模式形成下開始。不像10級壓縮機，這個失速模式持續(xù)了整個喘振循環(huán)而不是轉(zhuǎn)換成多單元模式。記錄的所有波形圖的數(shù)據(jù)表示在50轉(zhuǎn)速下，壓縮機處于劇烈的，聽得見的喘振中。報告表示不僅在這個轉(zhuǎn)速下，而且從每一個超過30的設(shè)計轉(zhuǎn)速下都可以聽到劇烈聲響的喘振。在隨后的試驗上，出口高壓的容量減少到初始容積的1/10。出口總壓的波形圖表示在圖5.25上(Huppert，1965)。在喘振線的交叉點上雖然沒有聽見的喘振，但是在壓比上有急劇下降。出口壓力下降到大約為大容積儲液器中的相同數(shù)量。如同這幅圖中顯示的，

33、在壓力突然下降之后沒有失速恢復(fù)。在旋轉(zhuǎn)失速頻率為23cps時，壓縮機保持失速運行。作者指出輕微沒有聲響的喘振是由顯示波形圖上的波形來標(biāo)明，并且擴展到運行區(qū)域的不穩(wěn)定狀態(tài)。這個試驗表示在出口高壓大小上的重要減少下可除去有聲響的喘振。然而與有聲響的喘振相聯(lián)系的壓力出現(xiàn)突然下降，失速發(fā)生在喘振線上并且當(dāng)試驗引起較大出口壓力時存在相同量的壓降。然而代替在喘振脈動上發(fā)生的喘振循環(huán)恢復(fù)，建立了不穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)失速。作者指出減少的出口容量允許伴隨突變失速的出口高壓上的更快的調(diào)整，并且因此 在凈流量上出現(xiàn)較小的脈動(沒有顯示)。5.3.3 喘振循環(huán)的動力學(xué)存在不同儲液能力的16級壓縮機的試驗結(jié)果是涉及突變失速的喘

34、振循環(huán)動力學(xué)的理想分布的試驗實例。在Huppert(1965)文獻(xiàn)中描述的特性顯示在圖5.26上。這幅圖繪制的是在如同用實線標(biāo)明的儲液器的壓力和質(zhì)量流量上的壓縮機性能特性。突變失速發(fā)生在節(jié)流特征線與壓縮機特性線的交點A。曲線DBC是關(guān)于運行后來達(dá)到突變失速的穩(wěn)定特征線。由于較小流量的微小干擾使壓縮機進(jìn)入不能保持將壓力輸送到下游容器的運行，所以A點是不穩(wěn)定的。壓力不平衡激發(fā)了喘振或突變失速。這個響應(yīng)取決于儲液器的容量。如果儲液器容量無窮大，那么將存在喘振的回流通過壓縮機到達(dá)點D。如果容量比較小，那么回流流動的時間長度將變小，并且壓縮機將突然地重新調(diào)整在儲液器中處于平衡的點，例如B點。存在實際儲液

35、器的真實系統(tǒng)可能如同根據(jù)圖上的箭頭方向標(biāo)明的一樣運行。如果儲液器容量比較小，在少量振動之后壓縮機性能可能恢復(fù)。在這段時間里，流量脈動比較小且出現(xiàn)在低于失速恢復(fù)點C的流量范圍上。在流量高于C點時，在高壓特性上存在如第2章中的圖2.15所示的不連續(xù)轉(zhuǎn)移。這些螺旋形軌道闡明了這種運行。如果儲液器容量足夠大以至于能引起流量恢復(fù)的振動到大于C點的質(zhì)量流量時，那么壓縮機恢復(fù)將發(fā)生在上面的特性線上?，F(xiàn)在當(dāng)質(zhì)量流量減少時，將達(dá)到A點并且循環(huán)重復(fù)。在實際試驗臺運行時，這個循環(huán)操作由開著的出口節(jié)流來停止，因此節(jié)流特征的部分將遠(yuǎn)離A點。如果節(jié)流結(jié)束那么喘振將停止也是正確的。在曲線DBC上將建立平衡。如圖5.25所示

36、，當(dāng)處于平衡時， 通過在波形圖上出現(xiàn)的輕微喘振證明了這個運行是不穩(wěn)定的。不同的突變失速、漸進(jìn)失速特征可能適合于唯一的喘振循環(huán)特性。圖5.27表示在漸進(jìn)失速下的壓縮機特性。A點的左側(cè)，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，并且儲液器通過壓縮機來減少容量。當(dāng)質(zhì)量流量被退回時，運行進(jìn)行到A點的右側(cè)知道失速恢復(fù)。當(dāng)質(zhì)量流量減少時，達(dá)到了A點，且循環(huán)重復(fù)。由圖上顯示的路徑表示了無阻尼的振動。5.3.4 瞬態(tài)影響喘振線通常由試驗臺上的節(jié)流運動獲得。它也可以由通過燃油流量調(diào)節(jié)脈沖或通過在壓縮機出口排出的質(zhì)量流量的發(fā)動機試驗來確立。試驗臺或發(fā)動機排放的方法通常足夠慢以至于考慮到處于穩(wěn)定狀態(tài)界限的喘振線。發(fā)動機調(diào)節(jié)脈沖非?？?，并且響

37、應(yīng)時間只有段段的200毫秒。這增加了喘振界限的穩(wěn)態(tài)方法有效性的問題。Lubick和Wallner (1959)文獻(xiàn)中的工作顯示了穩(wěn)態(tài)喘振數(shù)據(jù)使用范圍的證明。圖5.28出現(xiàn)了隨壓縮機校正轉(zhuǎn)速變化的喘振線壓比。這幅圖顯示了作為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的失速界限或喘振確定的實線。在或接近這條線上的點是采用燃料流量瞬變的離散數(shù)據(jù)點。瞬變的時間大約是200毫秒。在瞬變數(shù)據(jù)與喘振線間的符合非常好，并且確認(rèn)了穩(wěn)態(tài)喘振線能被用作發(fā)動機運行的精確限制。作者提出了一些理解在壓縮機內(nèi)當(dāng)由燃料流量調(diào)節(jié)脈沖接近喘振時的變化條件。圖5.29顯示了在加速進(jìn)入喘振過程中的瞬時壓力數(shù)據(jù)。在燃料流量上一步的增加，那么在壓縮機出口壓力上也會存在增加

38、。這將要求當(dāng)在渦輪入口溫度的增加時，減少渦流的質(zhì)量流量和壓縮機的質(zhì)量流量。在A點之前，所有的壓力達(dá)到最大。在A點時，第10級的壓力開始急劇增加。在第10級的壓力峰值時，所有的壓力開始下降，并且在第5級和入口處的壓力開始急劇增加。這一系列的事件表示了第10級首先進(jìn)入失速狀態(tài)。自失速的阻塞降低了質(zhì)量流量并且驅(qū)使第5級以及所有的級向前進(jìn)入失速。當(dāng)喘振被激發(fā)時，存在如由第5級以及前面的壓力劇增表示的壓力波形的正向移動。在出口處，當(dāng)質(zhì)量流量瞬時流出沒有被從壓縮機的高壓流量補充的儲液器時，在壓力上存在減少。同樣的資料表示了壓縮機喘振時入口壓力和溫度的瞬態(tài)影響。如果入口的瞬變值足夠大，根據(jù)穩(wěn)態(tài)喘振線的確定，

39、那么在前面的和后面的級間存在嚴(yán)重的不匹配將引起出現(xiàn)在早于要求情況下的喘振。圖5.30上顯示了代表性的結(jié)果。喘振線用實線表示，并且根據(jù)入口瞬變的溫度與壓力繪制了離散點。入口瞬態(tài)的影響將引起前面的和后面的級間不匹配，這與期望的由穩(wěn)態(tài)或調(diào)節(jié)脈沖時出現(xiàn)了喘振線的確定的不匹配不相同。如這個例子中的參考資料上引用的入口溫度瞬變值是歸結(jié)于自機載導(dǎo)彈發(fā)射器的排氣。溫升比為1000degsec表示正常狀態(tài)。對于這本書中涉及到的壓縮機，流量從入口到出口通過需要花費20毫秒。在這段時間內(nèi)，入口溫度能從500增加到700。由于隨溫度的變化校正轉(zhuǎn)速改變18左右，所以入口級會受到影響。由于熱蒸汽還沒有到達(dá)最后一級，所以出

40、口級沒有受到影響。在這些條件下，第以一級的壓升會突然地(在20毫秒內(nèi))減少，因此使得壓縮機沒有能力支持出現(xiàn)在20毫秒之前的儲液器的壓升。突變喘振可能發(fā)生，并且早于在試驗臺條件下期望的。最后，參考文獻(xiàn)表示在不同儲液器的壓力上的振蕩入口壓力的影響，以及在振幅足夠大的入口壓力振動時對喘振的效果。雖然試驗大概是由固定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速指導(dǎo)，但是轉(zhuǎn)速沒有給出。圖5.31闡述了在入口壓力振動情況下的壓縮機入口與出口壓力間的關(guān)系。在低的入口壓力頻率時，出口壓力波形非常類似入口的波形。周相移動相對較小，并且出口波形的振幅與入口模式以及壓縮機壓比的振幅一致。在高頻率時，由于在入口與出口波形間的相當(dāng)大的周相移動導(dǎo)致出口

41、波形的振幅減弱。試驗結(jié)果表示當(dāng)頻率增加時，相位角增加而出口壓力振幅減小。圖5.32顯示了當(dāng)入口壓力頻率增加時出口壓力振幅的相關(guān)變化。作為在任意給定頻率下的振幅比對應(yīng)于在最低頻率下的振幅時給出的振幅。例如在40cps時，出口壓力振動的振幅只是在3cps時振幅值的15。圖5.33表示相位角隨頻率的變化。當(dāng)頻率增加時，在周相移動上存在重要的增加。在3cps時，周相移動大約是30°；在35cps時，周相移動大約是120°。這兩幅圖上的實線表示基于論文中標(biāo)識但沒有詳細(xì)描述的分析方法的計算預(yù)估值。在足夠大的振幅下，可能開始喘振。圖5.34顯示了必須在激發(fā)喘振時的作為頻率函數(shù)的入口壓力振

42、幅。結(jié)果表示在壓力振幅等于在從4到7cps頻率范圍上入口壓力穩(wěn)態(tài)值的50到60時能激發(fā)起喘振。5.3.5 多級相互作用由于在壓縮機內(nèi)徑向分布的空氣動力學(xué)參量，自單級特性線圖上的多級喘振與失速特性的預(yù)報可能部分是精確的。單級性能通常是在與試驗臺入口條件一致的情況下獲得。當(dāng)任意給定級與其他的級組合時，從上游的級的阻塞、氣流角、馬赫數(shù)、壓力與溫度的徑向分布能影響那一級損失、阻塞與轉(zhuǎn)角的特性。上游條件激發(fā)末端失速可能早于期望的；不存在單級試驗時可能激發(fā)起中心失速。在單級試驗中探測到的局部范圍失速可能是多級失速試驗中的整體范圍失速。自上游的級的阻塞與損失的累積能改變附加能量與效率的分布。這將影響相鄰級的

43、預(yù)計匹配點。在連續(xù)級的阻塞能迫使一級運行接近于失速。結(jié)果，在多級情況下，給定級可能不同的運行。Budinger和Serovy(1953)文獻(xiàn)中提供了自NACA表示從第1級壓比與附加能量徑向分布的10級壓縮機的試驗數(shù)據(jù)。這些分布闡明了級間匹配的雙向影響。除了通過用出口級的排水能力表明第2級的運行情況外，自第1級的排放條件也影響了與轉(zhuǎn)子2匹配的葉片單元。圖上呈現(xiàn)的是表示第1級從節(jié)流到喘振的出口條件以及沿著自50設(shè)計轉(zhuǎn)速的喘振線的徑向分布變化。圖5.35顯示了轉(zhuǎn)子在最大和最小沖角以及最大效率時的流量條件下的壓比和總體溫度比的徑向分布。最大沖角出現(xiàn)在50轉(zhuǎn)速時，最高效率是在90轉(zhuǎn)速時得到，而最小沖角出

44、現(xiàn)在設(shè)計轉(zhuǎn)速節(jié)流時的情況。在最高效率時的分布比其他兩種的更加接近于徑向的一致。由于為了恒定附加能量(Johnsen，1952)而設(shè)計轉(zhuǎn)子，所以不需要驚訝最高效率時有一條近似恒定的溫度比。當(dāng)運行條件變?yōu)闆_角增加時，附加能量在末端時增加而在中心時減少。這個分布是由于末端阻塞導(dǎo)致中心速度輔助增加情況下局部范圍旋轉(zhuǎn)失速的反映。通過壓比的反向分布表示了在末端損失的劇烈增加。在節(jié)流處，較高沖角時反向分布的附加能量存在較大的擺幅。第1級出口條件下的擺幅提供了與第2級設(shè)計條件以及試驗臺試驗時一般的入口條件不同的入口矢量圖的分布范圍。結(jié)果由于從第1級的雙向影響，第2級與第1級的匹配不僅依賴于整體性能特性的疊加，

45、也依賴于葉片局部單元性能的影響。出口條件的徑向分布是特別嚴(yán)格的沿著多級喘振線進(jìn)行的。在不同轉(zhuǎn)速喘振點的壓比和溫度比的徑向分布圖由圖5.36表示。在70轉(zhuǎn)速或以下時，分布是表示局部范圍的末端失速。溫度比曲線表示第1級在從70到80轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生失速的清晰圖像。90的轉(zhuǎn)速曲線表示進(jìn)入恒定能量補充時的第1級。這幅圖與Budinger和Serovy(1953)文獻(xiàn)中顯示的運行特性一致，文獻(xiàn)里第1級在50轉(zhuǎn)速時運行處于失速狀態(tài)，從70到80轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生失速，且在90轉(zhuǎn)速時出現(xiàn)最高效率。圖5.37顯示了葉片單元變化的不同圖像。在這幅圖中，變化測點處的壓比和溫度比的數(shù)據(jù)由作為轉(zhuǎn)速百分比的函數(shù)進(jìn)行繪制。這幅圖清晰表

46、示了葉片單元的失速。溫度比的圖形表示第1級失速出現(xiàn)在74轉(zhuǎn)速的兩個末端測點(a和b)。在c和d位置，失速出現(xiàn)在大約70的轉(zhuǎn)速處。中心處表示了沒有失速；e位置是在壓比特性的高流量一側(cè)運行。五組曲線清晰顯示了第1級失速開始和葉片單元受到影響的轉(zhuǎn)速。這能在溫度狀態(tài)的儀表設(shè)備下顯示是非常重要的。盡管旋轉(zhuǎn)失速單元結(jié)構(gòu)不是通過這些探針顯示，但是對于允許不使用復(fù)雜的熱線探針表示失速的壓縮機發(fā)展提供經(jīng)濟(jì)的測量方法。5.3.6 級間性能10級壓縮機的試驗數(shù)據(jù)表示了作為由5.2部分討論的分析模型闡明的剩余級的節(jié)流迫使入口級的運行進(jìn)入低轉(zhuǎn)速失速的情況。由于探針在高轉(zhuǎn)速時失效，所以沒有呈現(xiàn)高轉(zhuǎn)速的喘振與失速的詳細(xì)狀況

47、。然而10級壓縮機的獨立級的特性通過級間的測量得到。這些數(shù)據(jù)集證實了根據(jù)分析計算法要求的匹配特性。圖5.38表示了根據(jù)壓力系數(shù)和流量系數(shù)(Budinger和Serovy，1953)得到的第1、5和10級的性能特性。這種類型的性能表示的崩潰使得壓縮機特性線圖變?yōu)閱渭壧匦缘膱D是可能的，因為多數(shù)壓縮機的級處于亞音速運行狀態(tài)。然而對于第10級來說，節(jié)流值從50的設(shè)計轉(zhuǎn)速開始變化。這歸結(jié)于在負(fù)的沖角值時葉排失速的變化。當(dāng)馬赫數(shù)增加時，圖5.39舉例說明了隨葉柵空氣動力面沖角變得陡峭時的損失變化。節(jié)流發(fā)生在轉(zhuǎn)子和定子的喉部，開始于轉(zhuǎn)子的末端以及定子根部。雖然壓速失速發(fā)生在正沖角處，但是節(jié)流發(fā)生在負(fù)沖角處。

48、這個圖例表示當(dāng)馬赫數(shù)在負(fù)沖角處增加時，損失增加。這也意味著當(dāng)壓縮機轉(zhuǎn)速增加時，對于給那個葉排的節(jié)流系數(shù)值將減小。這發(fā)生在第10級上并且也可能發(fā)生在所示的其他兩級上。然而因為級間匹配的方式，這些級的運行只在設(shè)計轉(zhuǎn)速部分地節(jié)流，而在其他轉(zhuǎn)速下一點也不會發(fā)生節(jié)流。壓力系數(shù)與效率的變化可能是試驗精確性以及馬赫數(shù)效應(yīng)的聯(lián)合。由于效率的存在使得期望在不同轉(zhuǎn)速時最高效率的變化將孤立出現(xiàn)在壓縮機特性線圖上。因為都反映了輸出工作，所以效率的散布將與壓力系數(shù)一致。在圖5.38上的圖像表示了在不同百分比的設(shè)計轉(zhuǎn)速時，第1、5和10級在各自的工作特性上運行。在50的轉(zhuǎn)速時開始，圖形表示了第10級在流量系數(shù)值從0.95

49、到1.3時特性的節(jié)流側(cè)運行。第5級在流量系數(shù)從0.53到0.67時的特性的低流量側(cè)運行。第1級在流量系數(shù)從0.39到0.51時運行深入到失速狀態(tài)。這些運行特性和5.2部分的4級分析期望一致。在50轉(zhuǎn)速時，第4級運行從節(jié)流變化到近似喘振(圖5.5)；第2和3級運行從失速到中間的轉(zhuǎn)速線(圖5.3和5.4)；第1級運行深入到失速狀態(tài)(圖5.7)。在10級壓縮機的70轉(zhuǎn)速時，第10級仍然在流量系數(shù)從0.95到1.09時特性的高流量側(cè)運行。第5級正脫離失速狀態(tài)并且在流量系數(shù)從0.62到0.69的中間范圍附近運行。第1級正開始脫離失速狀態(tài)并且在流量系數(shù)從0.51到0.61時運行。在4級的實例中，第4級持續(xù)

50、從節(jié)流到喘振附近運行。第2級已大部分脫離了失速狀態(tài)，且第3級已完全脫離了失速狀態(tài)。第1級部分地運行于進(jìn)出的失速狀態(tài)。在10級壓縮機的設(shè)計轉(zhuǎn)速時，第10級在流量系數(shù)從0.72到0.97時運行狀態(tài)從節(jié)流變化到最大壓力系數(shù)。第5級在流量系數(shù)從0.69到0.84時運行狀態(tài)從節(jié)流變化到峰值壓力系數(shù)。第1級在流量系數(shù)從0.81到0.88時主要運行于節(jié)流狀態(tài)。在4級的實例中，第4級的匹配接近于峰值壓比；第2和3級從中間范圍到失速時運行；而第1級運行狀態(tài)處于節(jié)流情況。這些比較證實了由4級實例圖解的分析期望。這些結(jié)果通常表示了入口、出口以及中間級的類似運行趨勢。由于最后一級處于節(jié)流狀態(tài)，入口級在50轉(zhuǎn)速時運行處

51、于失速狀態(tài)。在設(shè)計轉(zhuǎn)速時，其作用是相反的。盡管對于10級壓縮機沒有提供其暫態(tài)的數(shù)據(jù)，但是最后一級由最低的流量系數(shù)，因此在設(shè)計轉(zhuǎn)速時必須控制喘振。10級壓縮機的第5級產(chǎn)生的效果像在4級壓縮機的兩個中間級的混合。壓力系數(shù)流量系數(shù)的數(shù)據(jù)使用能對分析和優(yōu)化性能起到幫助作用。在圖5.38a的效率圖像是入口級在多級喘振發(fā)生時如何深深處于失速狀態(tài)的極好圖例。從這些符合可清晰了解直到80轉(zhuǎn)速時才可能變?yōu)槲词贍顟B(tài)。在70的壓力系數(shù)數(shù)據(jù)暗示在流量系數(shù)為0.6時存在突變失速。節(jié)流數(shù)據(jù)表明第1和10級在最大流量時都處于節(jié)流狀態(tài)。這兩級或許是盡可能的較好匹配。為了提供較低的喘振流量，第10級的葉排閉合將降低最大的壓縮

52、機流量并且趨勢第1級在50的轉(zhuǎn)速時深入到失速狀態(tài)中。葉片的開啟將減少多級設(shè)計轉(zhuǎn)速自由喘振的范圍。由于第10級失速將出現(xiàn)在較高流量系數(shù)上，所以在設(shè)計轉(zhuǎn)速時的喘振將發(fā)生在較高的流量狀態(tài)。然而由于第1級決定節(jié)流的流量，最大的多級流量將保持不改變?？墒菍⒋嬖谝恍┑娃D(zhuǎn)速失速的消除。在低和高轉(zhuǎn)速時為了獲得良好自由喘振范圍的平衡，將擴大了級間匹配時改變的靈敏度與困難性。5.3.7 單級模擬壓縮機分元件的匹配不能約束多級壓縮機的獨立級。這也可以適用于單個壓縮機級的轉(zhuǎn)子和定子(或擴壓器)。在圖5.40上顯示了類似于多級分析實例中的有關(guān)離心壓縮機的轉(zhuǎn)子。級的壓比為5:1。在每個轉(zhuǎn)速下的最低流量是在級的喘振時的流量

53、。在50轉(zhuǎn)速時，葉輪實際上是處于完全失速狀態(tài)。在60和70轉(zhuǎn)速時，葉輪逐漸地在低于失速狀態(tài)和超過最高效率時運行。80轉(zhuǎn)速附近，葉輪開始沿著節(jié)流線運行并且在90轉(zhuǎn)速以及設(shè)計轉(zhuǎn)速時持續(xù)這樣運行。在低轉(zhuǎn)速時，葉片擴壓器決定了級的節(jié)流量(像后級一樣)，并且迫使葉輪運行處于失速狀態(tài)。在高轉(zhuǎn)速時，葉輪在節(jié)流狀態(tài)附近運行，而葉片擴壓器決定了喘振。5.3.8 綜述 直到這個要點，本章已涉及到多級軸流壓縮機喘振與失速特性的分析期望和所要求的從獨立的級形成多級組合的運行范圍，并且伴隨有試驗數(shù)據(jù)的圖解實例。在5.2部分給出的4級壓縮機實例將闡明多級組的匹配特性。在5.3部分，提供的多級軸流壓縮機的試驗數(shù)據(jù)證實了一般

54、的匹配特性。提供的熱線數(shù)據(jù)給出了流量脈動的絕對值以及失速與喘振結(jié)構(gòu)。這個數(shù)據(jù)表明了多級喘振是由突變失速激發(fā)的。4級實例在漸進(jìn)失速時是使用單級特性。在漸進(jìn)與突變失速時，級間相互作用的研究是由NACA執(zhí)行，并在Johnsen和Bullock(1965)文獻(xiàn)中報道過。這個報告的討論接著在下一部分?jǐn)⑹觥?.4 級間作用研究在Johnsen和Bullock(1965)文獻(xiàn)中報道的通過Benser的研究考慮了在不同級間的漸進(jìn)與突變失速特性的混合引起的級間的匹配特性。在失速特性的要求下，壓縮機包含了12個級，根據(jù)作為流量系數(shù)函數(shù)的壓力系數(shù)每一級都具有相同的性能。在4級組合里定義了失速特性。存在適合于入口級、

55、中間級以及后級的組合。對于第14級、58級以及912級的失速特性不同的假設(shè)引起三種匹配的研究。在實例中，三種組合的特性表示在圖5.41上。第14級是漸進(jìn)失速，第58級有小范圍的漸進(jìn)失速隨后存在有突變失速，而第912級只有突變失速。這種研究的目的是為了研究在入口級為漸進(jìn)失速而在其他級上是突變失速時的匹配特性。作者基于三種假設(shè)情況的觀測結(jié)果為入口級在低的中心末端比值(0.5)時趨向于局部范圍的漸進(jìn)失速，然而后面的級隨高的中心末端比值(0.80.9)時趨向于整體范圍的突變失速。中間的級反映了這些失速特性的組合。在實例中，圖5.42上顯示了校正的第14級。對于這個例子，突變失速引入到前4級中。在這個實

56、例中，多級性能上微小間斷的影響歸結(jié)于入口的級的相互作用效應(yīng)，并且當(dāng)通過從低轉(zhuǎn)速使得失速到設(shè)計轉(zhuǎn)速時的節(jié)流時檢測到第1級未失速的滯后。在實例中，圖5.43中顯示了研究了變成第58級時具有更加明顯的相互作用。在實例上只要任何一級遇到失速時，則假設(shè)第14級在失速的曲線部分運行。在實例上只要第1級處于失速狀態(tài)，則假設(shè)第58級在圖5.43的短劃線上運行。當(dāng)?shù)?級脫離失速時，第58級也離開失速狀態(tài)。在實例中，估計了企圖在低轉(zhuǎn)速時減少入口失速時匹配點選取的變化。在追求再次匹配的過程中，喘振線上的壓比存在大的減少。執(zhí)行實例進(jìn)行估計通過增加第13級來增加壓比的性能變化。在實例中使用的獨立級性能是相同的。實例中第

57、13級具有與第912級相同的特性。 對于實例中整體性能的計算顯示在圖5.44上。通過在出口葉片(最后一級的定子)的節(jié)流和整體壓縮機失速來限制其性能特性。后來的標(biāo)識認(rèn)同了出現(xiàn)在其中一級上的不連續(xù)性能。如圖上文討論的以儲液器量值效應(yīng)為基礎(chǔ)，這可能導(dǎo)致整體壓縮機的失速或喘振。在實際情況下，可能同意更多近似的結(jié)果將導(dǎo)致喘振。不管可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定特性，突變失速是個合乎邏輯的限度。然而在這個討論中，將簡單地調(diào)用到多級失速。作為在圖5.41上顯示的在特性線圖上的參考點是涉及所有級的設(shè)計點的疊加。圖5.45表示了在不同轉(zhuǎn)速上作為獨立級匹配結(jié)果的第18級遇到漸進(jìn)失速的點所表示的線。對于從80和80以下的所有轉(zhuǎn)速

58、在所有流量從節(jié)流到多級喘振失速時，壓縮機的運行處于漸進(jìn)失速狀態(tài)。從80到90轉(zhuǎn)速時，相當(dāng)數(shù)量的漸進(jìn)失速持續(xù)進(jìn)行。超過90轉(zhuǎn)速時，在多級失速之前不存在失速。直到70轉(zhuǎn)速時，由第5級引起了多級失速。從72到94轉(zhuǎn)速時，由第9級引起多級失速。對于超過94的轉(zhuǎn)速時，由第12級引起多級失速。由實例表示的結(jié)果與在5.2部分的計算實例中10級壓縮機的結(jié)果以及由多級軸流壓縮機表示的一般趨勢相一致。在實例中，研究了第14級特性上的從漸進(jìn)失速變化到突變失速的影響。期望這種變化將產(chǎn)生類似于在Foster(1952)以及Lucas和Filippi(1954)文獻(xiàn)中顯示的試驗數(shù)據(jù)的多級性能曲線。由于在圖5.42上表示失速與失速恢復(fù)的疊加，將出現(xiàn)多級的性能特性。在圖5.46上顯示了計算結(jié)果。圖5.46a顯示壓縮機特性線圖上未失速的部分。除