压缩机的喘振与失速-译文第4章.doc

第4章 压缩机喘振 4.1 导论 喘振是流动状态在完全压缩系统处于不稳定状态并且在这个过程中平均流量通过整个压缩机时存在波动的情况。通过压缩机的净流量在这个高的不稳定状态可能是正的或负的。这与旋转失速不同，一个条件是通过压缩机系统的平均流量随时间为恒值。在失速时，关于下游节流阀如果能满足第1章中略述的需求稳定性，则系统是稳定的。在喘振过程中系统是不能获得稳定匹配节的流阀。 在第3章中也表示过在失速过程中，压力波动主要地发生在压缩机的叶栅附近。在喘振时，完整的系统实践了在压力上的波动。在质量流量和压力上的波动能在压缩机和连接管道内部产生机械振动以及可听得到的噪音。压缩机的振动载荷以及卸载利用在轴承上的瞬时载荷来支持压缩机的轴系。 这章包括事件有： ·作为喘振的准备， ·在喘振时发生的， ·在喘振后发生的，并且 ·在重新恢复到稳定状态的过程发生的。 4.2 轴流压缩机喘振 由于高声的过热蒸汽通常伴随有喘振，因此自然的联想到基于突变失速的一个喘振模型。当流量减少时，在压比上达到的突变下降点，且下游贮液器的随着通过压缩机的回流而减轻。然而事实上，Huppert(1952)的数据表示喘振能在末端失速开始不久之后遇到。在这个参考文献上的数据表示在一个突变失速时没有发生喘振。在另一个转速时，喘振在末端失速开始之后发生。只有使稳定条件复原之后，最后通过突变失速遇到或伴随有旋转失速。 Huppert(1952)的压缩机有0.8的中心/末端比，且包含有进口导叶片，转子和定子。压缩机性能和喘振与失速事件在图4.1上表示。这幅图上的字母表示不同的失速事件。在转子转速为203rps时，末端失速在E点开始，跟随着听不见的喘振在F点。在喘振过程中选用的波形图的数据表示喘振随质量流量10％的波动的脉动频率是从10到15cps。这些波动包含了在绝对转速等于85％的转子转速时旋转的8单元旋转失速模式。 当流量减少是，喘振停止。在G点，在85％的转子转速时旋转的8个单元遇到了局部范围的旋转失速。在H点时，建立起整体范围失速。当流量进一步减少时，在压比上存在一个突变下降。在I点的测量值表示在37％的转子转速时的单个旋转单元。在162rps的转子转速时，末端失速在流量稍微高于A点处开始。在A点时，在89％的转子转速时旋转的8单元建立起局部范围的旋转失速。这在B点改变为整体范围的旋转失速。随着流量的稍微减少，压比急剧地下降。在C点，只存在一个单元，并且在30％的转子转速时旋转。压缩机在流量稍微高于B点处从突变失速脱离出来。在这个转子转速时，没有喘振发生。 然后在这个实例中，在一个旋转转速时末端失速是领先于喘振的。在喘振过程中，同时存在有低频率的流量波动和高频率的旋转失速。在随后的喘振里，8单元旋转失速模式持续出现在喘振过程中，直到当压缩机在低流量时才脱离喘振。虽然模式作为局部范围失速时开始，但是当流量减少时，变为整体范围失速，最终出现突变失速。在Tysl等人(1955)文献中提供的数据也表示了末端失速是领先于喘振的。因此可以得出在较低流量时，整体范围的旋转失速模式附近的单个单元在一个绝对速率等于56％的转子转速时旋转。然后这里有两个类似顺序事件的实例：末端失速，随后的是喘振，或跟随的是旋转失速。 然而Lewis等人(1954)的工作表示了喘振发生在局部范围和整体范围旋转失速转变之间的关于渐进失速特性的数据。试验的压缩机是一个中心/末端比值为0.5的单转子。局部范围失速模式包括了在绝对转速等于82％的转子转速时的3失速单元的旋转。这非常接近于在Huppert(1952)文献中的局部范围为8单元模式的传播速度比。在喘振时，流量和压力的波动发生在整个叶片高度的上70％的部分。脉动频率为46cps。喘振过后，这个模式变化为传播速度等于63％的转子转速的2单元模式。 这些实例表示喘振发生在旋转失速之前或者过程中，并且同样的旋转失速出现在喘振过程中。实例也表示喘振发生在渐进失速以及连续的突变失速部分的压缩机特性处。显著的是在突变失速时没有出现喘振。同样显著的是这些都是在低压比(1.1到1.3)以及多数在低百分比的设计转速处的实例。在较高的压缩机载荷时喘振与失速特性可能是不同的。压缩机设计者愿意知道在喘振附近关于转速处于且接近设计转速时为发动机运行提供了尽可能宽的稳定流量范围的事件。作为技术进展增加了单级压缩机载荷是尤其正确的。在这里一些见识可通过离心压缩机的数据获得。 4.3 离心压缩机喘振 在Emmons等人(1955)文献中公布的数据表示在插入旋转失速模式的一些转速线上存在两个喘振点的离心压缩机特性。热线数据是采用在声音轻微和猛烈喘振处。这个参考资料在第2章中讨论了离心压缩机失速特性的关系。压缩机的性能表示在图4.2上。曲线上的标注点表示轻微和猛烈喘振位置。在转子