喘振的形成
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．
喘振时的现象是；发动机的声音由尖哨转变为低沉；发动机的振动加大；压气机出口总压和流量大幅度的波动；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，造成超温；严重时会发生放炮，气流中断而发生熄火停车。因此，一旦发生上述现象，必须立即采取措施，使压气机退出喘振工作状态。
喘振的根本原因，由于攻角过大，使气流在叶背处发生分离而且这种气流分离严重扩展至整个叶栅通道。
压气机由定子(stator)页片与转子(rotor)页片交错组成，一对定子页片与转子页片称为一级，定子固定在发动机框架上，转子由转子轴与涡轮相连。现役涡喷发动机一般为8－12级压气机。级数越多越往后压力越大，当战斗机突然做高g机动时，流入压气机前级的空气压力骤降，而后级压力很高，此时会出现后级高压空气反向膨胀，发动机工作极不稳定的状况，工程上称为“喘振”，这是发动机最致命的事故，很有可能造成停车甚至结构毁坏。防止“喘振”发生有几种办法。经验表明喘振多发生在压气机的5，6级间，在次区间设置放气环，以使压力出现异常时及时泄压可避免喘振的发生。或者将转子轴做成两层同心空筒，分别连接前级低压压气机与涡轮，后级高压压气机与另一组涡轮，两套转子组互相独立，在压力异常时自动调节转速，也可避免喘振。
文名称：压气机
英文名称：compressor
定义1：
以机械动力提高工质压力并伴有温升的，向燃气轮机燃烧室输送工质的旋转叶轮机械。
所属学科：电力（一级学科）；汽轮机、燃气轮机（二级学科）
定义2：向气体输入机械功并提高其压力的旋转机械装置。
所属学科：航空科技（一级学科）；推进技术与航空动力装置（二级学科）
本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
压气机
压气机 compressor ，燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。压气机由涡轮驱动，其主要性能参数有：转速、空气流量、增压比和效率等。
目录
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编辑本段机器简介
压气机出口空气总压与进口空气总压之比称为压气机增压比，增压比相同时，理论上所需的压缩功与实际消耗的机械功之比称为压气机效率。压气机可分为离心式与轴流式两大类，兼有两类特点的称为混合式压气机。按气流流入压气机转子叶片的相对速度，压气机又可分为亚音速的、跨亚音速的和超音速的三种。
编辑本段机构组成
离心式压气机由导风轮、叶轮、扩压器等组成(图1)。空气由进气道进入压气机、经过
压气机
与叶轮一起旋转的导风轮的导引进入叶轮。在高速旋转叶轮作用下，空气由叶轮中心被离心力甩向叶轮外缘，压力也逐渐提高，由叶轮流出的空气进入扩压器后速度降低，压力再次提高，最后由出气管流出压气机。
离心式压气机的空气流量为数公斤至数十公斤每秒。亚音速离心式压气机的增压比约为4.5,超音速离心式压气机可达8～10，效率约为0.78。
轴流式压气机空气在轴流式压气机中主要沿轴向流动。它由转子（又称工作轮，图2有色部分）和静子（又称整流器，图2 无色部分）两部分组成。由一排转子叶片和一排静子叶片组成一级，单级的增压比很小，为了获得较高的增压比，一般都采用如图所示的多级结构。空气在压气机中被逐级增压后，密度和温度也逐级提高。
轴流式压气机的空气流量为几公斤每秒到二百公斤每秒，单级增压比一般约为1.1～2.0，效率约为0.85～0.88。多级轴流式压气机的增压比可达25以上。轴流式压气机的面积小，增压比和效率都高，已广泛用于燃气涡轮发动机中。
编辑本段性能特性
压气机都是按给定的进气条件、转速、增压比和空气流量设计的，但其工作状态（工作环境的温度、压力、转速和空气流量等）实际上是变化的，压气机在各种工作状态下的性能称为压气机特性。在一定转速下，当压气机的增压比增大到某一数值时，压气机就会进入不稳定的工作状态，很容易发生喘振，使整个系统产生低频大振幅的气流轴向脉动，甚至会发生瞬间气流倒流的现象。压气机喘振可能导致叶片断裂、结构损坏、燃烧室超温和发动机熄火停车。为避免发生喘振可以采取下列措施：
①按转速调节某几级整流叶片的安装角，使流入的气流具有合适的迎角，避免气流分离而造成喘振。
②将多级压气机分成2个不同转速的转子,分别由高、低压涡轮驱动。有些发动机采用3转子结构。
③多级轴流式压气机从中间级放气，以增加前面各级的空气流量，避免气流的迎角过大，产生分离，出现喘振。
④多级轴流式压气机在第一级压气机的机匣上开槽，使第一级工作轮叶片尖端部分的气流通过机匣上的槽道产生回流，减小气流的迎角，这种方法称为机匣处理。
叶片振动压气机叶片常因振动而产生裂纹甚至断裂。振动分为两类：一类是在周期性外力作用下发生的叶片振动，称为强迫振动。周期性的外力来自工作轮叶片和整流器叶片之间的相互干扰、工作轮叶片的旋转失速等。另一类是由叶片自身的振动以及与相邻叶片自身振动相互干扰而形成的，称为叶片自激振动或叶片颤振。为了避免叶片颤振，工作轮上两相邻叶片可采用不同的厚度，以改变它们的固有频率。
编辑本段工作原理
涡轮喷气发动机按照“工作循环”工作。它从大气中吸进空气，经压缩和加热
轴流式压气机的主要部件
[1]
这一过程之后，得到能量和动量的空气以高达2000英尺/秒(610米/秒)或者大约1400英里/小时(2253公里/小时)的速度从推进喷管中排出。在高速喷气流喷出发动机时，同时带动压气机和涡轮继续旋转，维持“工作循环”。涡轮发动机的机械布局比较简单，因为它只包含两个主要旋转部分，即压气机和涡轮，还有一个或者若干个燃烧室。然而，并非这种发动机的所有方面都具有这种简单性，因为热力和气动力问题是比较复杂的。这些问题是由燃烧室和涡轮的高工作温度、通过压气机和涡轮叶片而不断变化着的气流、以及排出燃气并形成推进喷气流的排气系统的设计工作造成的
编辑本段喘振原理
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．
编辑本段喘振时的现象
发动机的声音由尖哨转变为低沉；发动机的振动加大；压气机出口总压和流量大幅度的波动；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，造成超温；严重时会发生放炮，气流中断而发生熄火停车。因此，一旦发生上述现象，必须立即采取措施，使压气机退出喘振工作状态。
编辑本段喘振的根本原因
由于攻角过大，使气流在叶背处发生分离而且这种气流分离严重扩展至整个叶栅通道。
编辑本段用途
1、给气动设备以气源
2、（轮胎）充气
3、喷漆、喷涂
4、好氧发酵罐内充气（经过杀菌、过滤）
5、等离子切割的气源
6、气动工具气源等。
编辑本段压气机的分类
离心式压气机
由进气系统、叶轮、扩压器、集气管等四部分组成
在叶轮的中央(入口)吸入空气，离心力使空气以高速自径向进入扩压器通道，在扩压器中，气流被减速，获得压升
转子和扩压器的叶片，有各种形状，根据压力-速度特性要求选用
优点：结构简单，工作可靠，性能比较稳定
缺点：效率较低，迎风面积大
20世纪50年代以后，除小型涡轴、涡桨发动机以外，不再使用离心式压气机
与轴流压气机配合，作为压气机的最后一级
研究中的离心式压气机增压比可以达到12以上
离心压气机最小流量受喘振工况的限制，最大流量受阻塞工况的限制可以采用变转速、进口节流、出口节流和可调进口导叶等方法进行调节，以扩大运行工况范围
阻塞：气流受到叶片的作用和流线曲率的影响而收缩，
在进口附近形成局部的超声速区，超声速去扩展到整
个喉部截面时，气体流量达最大值，不能再增加的现象
轴流式压气机
气体沿接近轴向流动的压气机，一般又称为轴流鼓风机；动叶加速
轴流式压气机
流体，静叶起扩压器作用，把速度转化成压升。近似于反动式涡轮机的逆过程
轴流压气机广泛用于燃气轮机装置、高炉鼓风、空气分离、天然气液化、重油催化等装置中压送空气和其他气体
轴流式压气机的级= 一列转子叶列+ （紧接着的）一列静子叶列
转子叶片固定在转鼓上，静子叶片固定在气缸上
流体，压力稍稍升高；静子列，流体的压力进一步升高 动叶，动能高压比的装置，压气机级数>20
进口导叶，没有压升，不属于压气机第一级。
目的：气流在进入第一级时获得所需要的流场分布
空气通过轴流压气机不断受到压缩，空气比容减小、密度增加。因而，轴流压气机的通道截面积逐级减小，呈收敛形，压气机出口截面积比进口截面积要小得多
压气机流道vs涡轮流道
动能转化成升压?减速、升压?截面积↗
动能增加?增速、降压?截面积↘
注意：相对速度
轴流式压气机基元级增压原理
气流通过基元级时，转子叶片给气流作功加压，使气流在基元级出口处总压和总温都比进口处高
压气机基元级效率：获得相同的总压增压比，
理想绝热压缩功 / 实际压缩功
压气机基元级气流参数沿叶高方向变化很大因为：
工作轮基元级的切线速度u沿叶高不相等，使得工作轮对气流所作的功沿叶高不相等。
工作轮后空气旋转流场中，必然产生径向压力差，半径越大，静压越高，使气体微团产生向心加速度
改变叶片形状（工作轮叶片和导流器叶片呈扭曲状）[
轴流式压气机某一级出现失速，并不是沿整个环面同时发生，而是在部分叶片中某个部位上首先发生，而且失速区不是固定在这些叶片上。失速区相对于工作轮叶栅向与旋转方向相反的方向移动。
多级轴流压气机，在下面两种情况下容易发生喘振：
在一定转速下工作时，若出口反压增大，使空气流量降低到一定程度时，就会出现喘振
当发动机偏离设计工作状况而降低转速时容易发生喘振
设计增压比较低的多级轴流压气机，进出口截面积的变化较小，不容易发生喘振
喘振发生时，出现强烈的不稳定工作现象：流过压气机的气流沿压气机的轴线方向产生低频高振幅的强烈振荡，压气机出口平均压力急剧下降，出口总压、流量、流速产生大幅度脉动，并伴随有强烈放炮声
主要的防喘措施：
①从多级轴流压气机的某一个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。中间级放气也避免了后几级压气机进口流速过大，攻角过小，甚至为负值，使增压比和效率降低的现象
简单，不经济（把已经压缩过的空气放到周围大气中去，损失了压缩这部分空气的机械功）
?②第一级采用可调进口导叶和静叶，低转速时，它们可以闭拢提高气流的轴向速度，防止失速，以致可以接近最佳运转工况。（最后几级用可调进口导叶和静叶也可）
③采用双轴或三轴结构
单级增压比很小1.15~1.35，为了获得较高的增压比，一般采用多级结构。空气在压气机中被逐级增压后，密度和温度也逐级提高
轴流压缩机的主要性能参数：压力、流量、功率、效率、转速。
最小流量受喘振工况限制，最大流量受阻塞工况限制。可以采用变转速、进口节流、出口节流和可调静叶等方法进行调节，以扩大运行工况范围
轴流式与离心式压气机的比较
离心式压气机
优点：压气机级压比高、有良好的运转范围、在运转范围内能保持良好效率制造容易、成本低重量轻
最多2级?缺点：横截面积大，损失随着级数增大
轴流式压气机
优：峰值效率较高，用损失低的许多级可以达到高压比，横截面积小，质量流量大
缺：效率良好的运转范围狭窄，制造费用高，重量大，起动功率（可能）较高
燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。压气机由涡轮驱动，其主要性能参数有：转速、空气流量、增压比和效率等。压气机出口空气总压与进口空气总压之比称为压气机增压比，增压比相同时，理论上所需的压缩功与实际消耗的机械功之比称为压气机效率。压气机可分为离心式与轴流式两大类，兼有两类特点的称为混合式压气机。按气流流入压气机转子叶片的相对速度，压气机又可分为亚音速的、跨亚音速的和超音速的三种。
离心式压气机离心式压气机由导风轮、叶轮、扩压器等组成空气由进气道进入压气机、经过与叶轮一起旋转的导风轮的导引进入叶轮。在高速旋转叶轮作用下，空气由叶轮中心被离心力甩向叶轮外缘，压力也逐渐提高，由叶轮流出的空气进入扩压器后速度降低，压力再次提高，最后由出气管流出压气机。
离心式压气机的空气流量为数公斤至数十公斤每秒。亚音速离心式压气机的增压比约为4.5,超音速离心式压气机可达8～10，效率约为0.78。
轴流式压气机空气在轴流式压气机中主要沿轴向流动。它由转子和静子两部分组成。由一排转子叶片和一排静子叶片组成一级，单级的增压比很小，为了获得较高的增压比，一般都采用如图所示的多级结构。空气在压气机中被逐级增压后，密度和温度也逐级提高。
轴流式压气机的空气流量为几公斤每秒到二百公斤每秒，单级增压比一般约为 1.1～
2.0，效率约为0.85～0.88。多级轴流式压气机的增压比可达25以上。轴流式压气机的面积小，增压比和效率都高，已广泛用于燃气涡轮发动机中。
压气机特性压气机都是按给定的进气条件、转速、增压比和空气流量设计的，但其工作状态（工作环境的温度、压力、转速和空气流量等）实际上是变化的，压气机在各种工作状态下的性能称为压气机特性。在一定转速下，当压气机的增压比增大到某一数值时，压气机就会进入不稳定的工作状态，很容易发生喘振，使整个系统产生低频大振幅的气流轴向脉动，甚至会发生瞬间气流倒流的现象。压气机喘振可能导致叶片断裂、结构损坏、燃烧室超温和发动机熄火停车。为避免发生喘振可以采取下列措施：
①按转速调节某几级整流叶片的安装角，使流入的气流具有合适的迎角，避免气流分离而造成喘振。
②将多级压气机分成2个不同转速的转子,分别由高、低压涡轮驱动。有些发动机采用3转子结构。
③多级轴流式压气机从中间级放气，以增加前面各级的空气流量，避免气流的迎角过大，产生分离，出现喘振。
④多级轴流式压气机在第一级压气机的机匣上开槽，使第一级工作轮叶片尖端部分的气流通过机匣上的槽道产生回流，减小气流的迎角，这种方法称为机匣处理。
叶片振动压气机叶片常因振动而产生裂纹甚至断裂。振动分为两类：一类是在周期性外力作用下发生的叶片振动，称为强迫振动。周期性的外力来自工作轮叶片和整流器叶片之间的相互干扰、工作轮叶片的旋转失速等。另一类是由叶片自身的振动以及与相邻叶片自身振动相互干扰而形成的，称为叶片自激振动或叶片颤振。为了避免叶片颤振，工作轮上两相邻叶片可采用不同的厚度，以改变它们的固有频率。
.. 压缩机性能实验报告 实验小组： 小组成员：0
实验时间： 一、实验目的 1.了解制冷循环系统的组成及压缩机在制冷系统中的重要作用 2. 测定制冷压缩机的性能 3.分析影响制冷压缩机性能的因素 二、实验装置 实验台由封闭式压缩机、冷凝器、蒸发器、储液罐、节流阀、电加热器、冷水泵、热水泵、冷水流量计、热水流量计、排气压力表、吸气压力表、测温显示仪表、测温热电偶等组成小型制冷系统（如下图所示）。 三、实验步骤 1. 将水箱中注满水，接通电源后，开启冷水泵和热水泵，并调整其流量； 2. 打开吸、排气阀、储液罐阀门，启动压缩机，开节流阀，右旋调温旋钮，调整电压使蒸发器进口水温稳定在某一温度值，作为一个实验工况点； 3.当各点温度趋于稳定时，依次按下测温表测温按键，观测各点温度值； 4.将数据进行记录，该工况点实验结束。 5.改变热水箱加热电压，使热水温度上升，稳定后再对温度、电流、电压等数据进行记录，一般可作3个工况点结束； 6.实验完成后，停止电热水箱加热，关闭吸气阀门，等压力继电器动作，压缩机自停，关闭压缩机开关，关闭节流阀，关排气阀，继续让水泵循环5分钟后断电，系统停止工作。 四、实验数据 1. 压缩机制冷量： ' 171112"" 161()i i v Q GC t t i i v -=-- (1) 式中：G — 载冷剂（水）的流量(kg/s)； C — 载冷剂（水）的比热(kJ/kg)； t1、t2 — 载冷剂（水）的进出蒸发器的温差(℃)； i1 — 在压缩机规定吸气温度，吸气压力下制冷剂蒸汽的比焓(kJ/kg)； i7 — 在压缩机规定过热温度下，节流阀后液体制剂的比焓(kJ/kg)； i1″— 在实验条件下，离开蒸发器制冷剂蒸汽的比焓(kJ/kg)； i6″— 在实验条件下，节流阀前液体制冷剂的比焓(kJ/kg)； v1 — 压缩机规定吸气温度，吸气压力下制冷剂蒸汽的比容(m 3/kg)； v1′— 压缩机实际吸气温度、压力下制冷剂蒸汽的比容(m 3/kg)。 2.压缩机轴功率： i N W η=? (2) 式中：W —压缩机配用电动机输入功率(kW)； i η—压缩机电动机效率，一般取0.8～0.9。 3.制冷系数： 0Q N ε= (3) 4.热平衡误差： 011 () Q Q N Q --Λ= (4) 式中： Q1 —冷凝器换热量(kW)
进口、收缩器、导向叶片（导叶）、动叶片、转子、扩压器、出口 增压原理：伯努利方程，气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导向叶片使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使压力有所提高。转子在外力作用下作高速转动，固装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。高速气流进入导叶（静叶），气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管。气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高 伯努利方程：理想正压流体在有势体积力作用下作定常运动时，运动方程（即欧拉方程）沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒的方程。因著名的瑞士科学家 D.伯努利于1738年提出而得名。对于重力场中的不可压缩均质流体，方程为: 式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和线性速度；h为铅垂高度；g为重力加速度；c为常量。 上式各项分别表示单位体积流体的压力能p、重力势能ρgh和动能(1/2)*ρv ^2，在沿流线运动过程中，总和保持不变，即总能量守恒。但各流线之间总能量（即上式中的常量值）可能不同。对于气体，可忽略重力，方程简化为p+(1/2)*ρv ^2=常量(p0)，各项分别称为静压、动压和总压。显然，流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。飞机机翼产生举力，就在于下翼面速度低而压强大，上翼面速度高而压强小，因而合力向上。据此方程，测量流体的总压、静压即可求得速度，成为皮托管测速的原理。在无旋流动中，也可利用无旋条件积分欧拉方程而得到相同的结果但涵义不同，此时公式中的常量在全流场不变，表示各流线上流体有相同的总能量，方程适用于全流场任意两点之间。在粘性流动中，粘性摩擦力消耗机械能而产生热，机械能不守恒，推广使用伯努利方程时，应加进机械能损失项[1]。
天津市高等教育自学考试 模具设计与制造专业 热工基础与应用 综合实验报告 （一）压气机性能实验 主考院校: 专业名称： 专业代码： 学生姓名： 准考证号：
一、活塞式压气机概述 1.活塞式压气机结构及工作原理 （1）活塞式压气机结构 压气机在现代工业以及现代人的生活中被越来越多的广泛应用，不论是汽车上的涡轮增压系统还是航空航天发动机中的涡喷应用，随着技术的不断革新，其结构、性能也在不断的优化、提高。本实验旨在通过对简单形式的压气机，进行结构、工作原理以及性能的实验，以达到验证并深刻理解、掌握热工学课程中所学得的知识并应用于实际生产实践中。 本次实验所用压气机为“活塞式压气机”，现就其结构及特点作简要说明。 活塞式压气机是通用的机械设备之一，是一种将机械能转化为气体势能的机械。 图1.1 活塞式压气机机构简图 图1-2 三维仿真示意图
（2）活塞式压气机工作原理： 电机通过皮带带动曲柄转动，由连杆推动活塞作往复移动，压缩汽缸内的空气达到需要的压力。曲柄旋转一周，活塞往复移动一次，压气机的工作过程分为吸气、压缩、排气三步。 具体为：在气缸内作往复运动的活塞向右移动时，气缸内活塞左腔的压力低于大气压力pa ，吸气阀开启，外界空气吸入缸内，这个过程称为压缩过程。当缸内压力高于输出空气管道内压力p后，排气阀打开。压缩空气送至输气管内，这个过程称为排气过程。 这种结构的压缩机在排气过程结束时总有剩余容积存在。在下一次吸气时，剩余容积内的压缩空气会膨胀，从而减少了吸人的空气量，降低了效率，增加了压缩功。且由于剩余容积的存在，当压缩比增大时，温度急剧升高。特别的是，单级活塞式空压机，常用于需要 0 . 3 — 0 . 7MPa 压力范围的系统。压力超过 0 . 6MPa ，各项性能指标将急剧下降。故当输出压力较高时，应采取分级压缩。分级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。 活塞式空压机有多种结构形式。按气缸的配置方式分有立式、卧式、角度式、对称平衡式和对置式几种。按压缩级数可分为单级式、双级式和多级式三种。按设置方式可分为移动式和固定式两种。按控制方式可分为卸荷式和压力开关式两种。其中，卸荷式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时，空压机不停止运转而通过打开安全阀进行不压缩运转。这种空转状态称为卸荷运转。而压力开关式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时，空压机自动停止运转。 二、实验内容 1.实验目的 （1）压气机的压缩指数和容积效率等都是衡量其性能先进与否的重要参数。本实验是利用微机对压气机的有关性能参数进行实时动态采集，经计算处理、得到展开的和封闭的示功图。从而获得压气机的平均压缩指数、容积效率、指示功、指示功率等性能参数。 （2）掌握指示功、压缩指数和容积效率的基本测试方法。 （3）对使用电脑采集、处理数据的全过程和方法有所了解。 2.实验装置及测量系统 本实验仪器装置主要由：压气机、电动机及测试系统所组成。 测试系统包括：压力传感器、动态应变仪、放大器、计算机及打印机， 压气机型号：Z—0.03/7 汽缸直径：D=50mm 活塞行程: L=20mm 连杆长度：H=70mm，转速：n=1400转/分
一、目的要求 1．了解往复活塞式压缩机的结构特点； 2．了解温度、压差等参数的测定方法，计算机数据采集与处理；3．掌握压缩机排气量的测定原理及方法； 4．掌握压缩机示功图的测试原理、测量方法和测量过程； 5．了解脉冲计数法测量转速的方法； 6．掌握测试过程中，计算机的使用和测量。 单作用压缩机工作原理图
二、实验仪器、设备、工具和材料
往复活塞式压缩机性能测定实验验装置简图 1－消音器2－喷嘴3－压力传感器4－温度传感器5－减压箱6－调节阀7－压力表8－安全阀9－稳压罐10－单向阀11－温度传感器12－压力传感器13－温度传感器14－吸入阀15－控制柜16－计算机17－接近开关18－冷却水排空阀19－进水阀20－排水管 注：图中虚线为信号传输线 三、实验原理和设计要求 活塞式压缩机原理示意简图 1．活塞压缩机排气量的测定实验的实验原理
用喷嘴法测量活塞式压缩机的排气量是目前广泛采用的一种方法。它是利用流体流经排气管道的喷嘴时，在喷嘴出口处形成局部收缩，从而使流速增加，经压力降低，并在喷嘴的前后产生压力差，流体的流量越大，在喷嘴前后产生的压力差就越大，两者具有一定的关系。因此测出喷嘴前后的压力差值，就可以间接地测量气体的流量。排气量的计算公式如下： 式中： q V：压缩机的排气量，m3／min， C：喷嘴系数，根据喷嘴前后的压力差，喷嘴前气体的绝对温度，在喷嘴系数表中查取，见本实验教材； D：喷嘴直径，D=19.05mm： H：喷嘴前后的压力差，mmH20； p0：吸入气体的绝对压力，Pa； T0：压缩机吸入气体的绝对温度，K； T1：压缩机排出气体的绝对温度，K。 通过测量装置，计算机采集吸入气体温度T0、排出气体温度T1、喷嘴压差H，并由计算机已存储的喷嘴系数表，计算出喷嘴系数，用上述公式计算出排气量q V。 2．传感器的布置和安装 排气量的测试需要测量出喷嘴前后的压力差、环境温度、排气温度三个参数，因此需要安装测量这三个参数的传感器。它们的布置如图1－2所示。
轴流压气机设计 压气机是航空发动机的核心部件，压气机内部流场存在很大的逆压梯度，有着高度的三维性、粘性及非线性和非定常性，而多级压气机还存在复杂的级间匹配，这些都使得压气机的设计难度很大，一直是发动机研制中的瓶颈技术。 一、压气机设计方法的发展 一个世纪以来，伴随着气动热力学和计算流体力学的发展!轴流压气机的设计系统在不断进步，带动着压气机设计水平的提高。 20世纪初采用螺桨理论设计叶片；20-30年代采用孤立叶型理论设计压气机；30年代中期开始，由于叶栅空气动力学的发展和大量平面叶栅试验的支持，研制了一系列性能较高的轴流压气机；50年代开始采用二维设计技术，用简单径向平衡方程计算子午流面参数，叶片由标准叶型进行设计；70年代建立了准三维设计体系，流线曲率通流计算和叶片流动分析是这一体系的基础，可控扩散叶型等先进叶型技术开始得到应用；90年代初以来，以三维粘性流场分析为基础的设计体系促进了压气机设计技术的快速发展。 风扇/轴流压气机的设计体系以流动的物理模型发展为线索，以计算能力的高速发展为推动力，大致经历了一维经验设计体系、二维半经验设计体系、准三维设计体系、三维设计体系四个阶段。并正在朝着压气机时均（准四维）和压气机非定常（四维）气动设计体系发展。 目前的压气机的设计体系大致可以分为四个阶段：初始设计、通流设计、二维叶型设计、三维叶型设计。 二、压气机设计体系 1.初始设计 这是一个建立压气机的基本轮廓的阶段，根据给定的流量、压比、效率、稳定裕度等参数，来确定压气机级数、级压比、效率、子午面流道、各排叶片数等，并可以进一步可估算重量。而且整体设计的决策还要统筹风险、技术水平、时间和花费等。 初始设计主要依据一维平均流线计算程序进行计算，在给定设计点流量、压比、转速及转子进口叶尖几何尺寸的条件下，可确定压气机级数、轴向长度、并且优化载荷轴向分布，得到设计点在平均半径处的速度三角形和各级平均气动参数。初始设计阶段包括压气机主要参数的确定以及同其它部件的协调，并且为S2流面计算提供初始流道几何尺寸。而这个程序主要依赖于经验以及以往积累的数据库。 初始设计它是方案设计中的基础阶段，不管计算流体动力学如何发展，该设计过程仍是压气机设计中不可缺少的一部分。正是这个部分是整个设计过程中最重要的部分，因为如果在这里发生了基本的错误，之后就无法通过优化或者其他改变来纠正这一情况，压气机基本结构设计出现错误会带来严重的后果。 2.通流设计 通流设计根据叶片扭向设计规律，采用S2流面流场计算方法，分析并确定各排叶片进出口速度三角形及各排叶片匹配关系。 S2流面气动计算一般采用流线曲率法，求解S2平均流面上的完全径向平衡方程。最初的压气机通流设计计算采用忽略流线坡度和流线曲率的“简化径向平衡方程”获取叶片设计需要的速度三角形，这种方法在低压比的压气机设计中起着基本的作用。后来发展了考虑流线坡度和流线曲率影响的“完全径向平衡方程”和S2流面理论，使压气机的设计计算结果更加准确，特别是针对跨音速流也促进了压气机性能的提高。不过，直到上世纪80年代，由于理论和数值计算方法的原因，通流设计求解方法都是在忽略了气流粘性的影响的简化方程下完成。随着压气机设计的实践的深入和计算方法的发展，上世纪80年代开始在压气机
实验二压气机的性能 压气机在工程上应用广泛，种类繁多但其工作原理都是消耗机械能（或电能）而获得压缩气体，压气机的压缩指数和容积效率等是衡量其性能优劣的重要参数，本实验是利用微机对压气机的有关参数进行实时动态采集，经计算处理，得到展开的和封闭的示功图，从而获得其平均压缩指数n、容积效率η ，指示功W c、指示功率P等性能参数。 v 一、实验目的 1．掌握用微机检测指示功，指示功率，压缩指数和容积效率等基本操作测试方法； 2．掌握用面积仪测量不同示功图的面积，并计算指示功，指示功率，压缩指数和容积效率。 3．对微机采集数据和数据处理的全过程和方法有所了解。 二、实验装置及测量系统 本实验装置主要由压气机和与其配套的电动机以及测试系统所组成，测试系统包括压力传感器，动态应变仪，放大器，A/D板，微机，绘图仪及打印机，详见图2-1所示。 1
压气机的型号：Z——0.03/7 气缸直径：D=50mm，活塞行程：L=20mm 连杆长度：H=70mm，转速：n=1400转/分 为获得反映压气机性能的示功图，在压气机气缸上安装了一个应变式压力传感器，供实验时输出气缸内的瞬态压力信号，该信号经桥式整流以后送至动态应变仪放大；对应着活塞上止点的位置，在飞轮外侧粘贴着一块磁条，从电磁传感器上取得活塞上止点的脉冲信号，作为控制采集压力的起止信号，以达到压力和曲柄转角信号的同步，这二路信号经放大器分别放大后送入A/D板转换为数值量，然后送到计算机，经计算机处理便得到了压气机工作过程中的有关数据及展开示功图和封闭的示功图，详见图2-2和图2-3。 三、实验原理 1．指示功和指示功率 指示功——压气机进行一个工作过程、压气机所消耗的功W c，显然其值就是P—V图上工作过程线cdijc所包围的面积，即 W W=W?W1?W2×10?5（kgf—m） 式中S——测面仪测定的P—V图上工作过程线所围的面积（mm2） K1——单位长度代表的容积（mm3/mm）；即 W1=WWW2 4WW 1
理想循环过程中压气机效率计算 受环境的影响，压气机运行过程中，叶片不会结垢，甚至腐蚀，影响的压气机的性能。为恢复压气机的性能，必须对压气机进行水洗。GE公司推荐，如果压气机效率下降10%，建议进行离线水洗。分析压气机的效率，可为燃机离线水洗周期的提供理论参考。 燃机轮机以空气为介质，基于Brayton循环为理论基础，如下图： 压气机入口空气状态为1，经过压缩后，压气机排气点空气状态为2，如为理想循环，即空气经过等熵压缩过程，则排气口空气的状态2s。 为简化计算，计算理想循环状态下的压气机效率，根据Brayton循环，理想循环下压气机效率计算公式为： Nc = (h2s-h1)/(h2-h1) = (T2s-T1)/(T2-T1) 其中： Nc—压气机效率 h2s—经等熵压缩后压气机排气口空气的焓值 h2—压气机排气口空气实际焓值 h1—压气机进气口空气焓值 T2s—经等熵压缩后压气机排气口热力学温度 T2—压气机排气口空气实际热力学温度，即CTD T1—压气机进气口空气热力学温度 注：公式所有温度为热力学温度，在华氏温标下，需在实际测得的温度基础上加460℉. 上述公式中，T1，T2为可直接从现场测点，只需计算T2s即可，根据Brayton循环公式 T2s =（P2/P1）^[k/(k-1)]*T1 其中： P2—压气机排气口空气压力，即CPD P1—压气机进气口空气压力，对于燃机而言，等于大气压力 k—比热比，即定压比热Cp与定容比热Cv之比，k=Cp/Cv，在空气动力学中，空气的k值常取为1.40。 所以通过测量T1，P1，P2的数值，便可计算T2s，从而计算压气机效率。
制冷压缩机性能测试实验 一、实验目的 通过制冷压缩机实际运行测试实验，使学生了解并掌握以下内容： 1、制冷压缩机制冷量的测试方法； 2、蒸发温度、冷凝温度与制冷量的关系； 3、制冷系统主要运行参数及其相互之间的影响； 4、有关测试仪器、仪表的使用方法； 5、测试数据处理及误差分析方法。 二、实验原理 1、制冷压缩机的性能随蒸发温度和冷凝温度的变化而变化，因此需要在国家标准规定的工况下进行制冷压缩机的性能测试。 2、压缩机的性能可由其工作工况的性能系数COP 来衡量： Q COP W = 式中，0Q 为压缩机的制冷量； W 为压缩机输入功率。 3、在一个确定的工况下，蒸发温度、冷凝温度、吸气温度以及过冷度都是已知的。这样，对于单级蒸气压缩式制冷机来说，其循环p-h 图如图3 所示。 图3 图中，1点为压缩机吸气状态；4-5为过冷段。 在特定工况下，压缩机的单位质量制冷量是确定的，即：015q h h =- 。这样只要测得流经压缩机的制冷剂质量流量m G ，就可计算出压缩机的制冷量，即 0015()m m Q G q G h h =?=?- 4、压缩机的输入功率：开启式压缩机为输入压缩机的轴功率，封闭式（包括半封闭式和全封闭式）压缩机为电动机输入功率。 三、实验设备
整个实验装置由制冷系统及换热系统、参数测量采集和控制系统共三部分组成： 1、制冷系统采用全封闭涡旋式制冷压缩机，蒸发器为板式换热器，冷凝器为壳管式换热器，节流装置为电子膨胀阀。 1.1冷却水换热系统由冷却水泵、冷却水塔、调节冷凝器进水温度的恒温器和水流量调节阀门及管路组成； 1.2冷媒水换热系统由冷媒水泵、调节蒸发器进水温度的恒温器、调节水流量的阀门组成； 2、六个绝对压力变送器、十个PT100温度传感器、两个涡轮流量变送器分别对应原理图位置及安捷伦34970型数据采集仪和压缩机性能测试软件； 3、控制系统：通过三块山武SCD36数字调节器分别根据设定值与实测值的差值来调节冷却水、冷媒水的加热量和电子膨胀阀的开度，将机组运行控制在设定工况允许的范围内。 图4 四、实验方法 制冷工况由两个主要参数来决定，即蒸发温度和冷凝温度，制冷压缩机性能测试的国家工况名称 蒸发温度 ℃ 冷凝温度 ℃ 吸气温度 ℃ 标准工况 -15 +30 +15±3 最大压差工况 -30 +50 最大轴功率工况 +10 +50 空调工况（水冷） +5 +35 空调工况（风冷） +5 +55 试验工况的稳定与否，是关系到测试数据是否准确的关键问题，工况稳定的标志是主要的测试参数都不随时间变化。调节时需要特别地耐心、细致。 实际试验中是根据吸气压力来确定蒸发温度，冷凝温度是根据排气压力来确定。如果吸气温度也达到稳定，表明制冷量也达到稳定。本装置是通过： 1、调整冷却水流量和温度来稳定压缩机的排气压力； 2、调整冷媒水流量和温度来稳定压缩机的吸气温度；
航空发动机原理
压气机的工作原理 根据气流在压气机的流动方向，可将压气分为两大类，气流沿离开叶轮中心方向流动的叶做离心式压气机；气流沿与叶轮轴平行方向流动的叫做轴流式压气机。此外还有轴流式与离心式压气机混合而成的混合式压气机。目前使用最广泛的是轴流式压气机，以下将作重点介绍。 轴流式压气机的基本组成，由静子和转子组成。静子由多排叶片组成，这些叶片叫做整流叶片，由一排流叶片组成的圆环叫做整流环，各整流环固定在机匣上。转子由多排叶轮组成，每一排叶轮上固定了许多工作叶片，压气机叶轮最终能过叶轮轴与涡轮的工作叶轮轴相连，并由涡轮带动高速旋转。 轴流式压气机的叶轮和整流环是交错排列的。一个叶轮和后面相邻的整流环构成了压气机的一级。单级压气机增压比不高。一般约为1.2-1.8。为了得到更高的增压比，目前用在民航机上的涡扇发动机的轴流式压气机级数常为10-20级，压气机增压比高达30-40。 有些轴流式压气机的进口安装了一排固定的导流叶片，它们所组成的圆环叫做导流环。空气在压气机中的流动 从进气道流入压气机的空气，首先流过导流环，然后依次流过各级的叶轮和整流环，最后从末级整流环流出进入燃烧室。由于空气在压气机中的流动较为复杂，同时气流在不同半径叶片通道内的流动大体相仿，为了便于分析，我们假想用一条通过各级叶轮平均地半径处的直线绕叶轮旋转，来切割叶轮和整流环叶片，得到压气机——“基本级”，每级压气机可看成是很多基元级相叠加而成。
所以空气在基元级中的流动可看成压气机工作的缩影。把所得到的基元级切片在平面上展开，就得到——平面叶栅图形。 目前大多数航空燃气轮机都采用轴流式压气机，只有小功率、小流量的涡轴和涡浆发动机上才采用离心式压气机。在20世纪40年代末和50年代初、涡喷发 动机也曾采用离心式压气机。 离心式压气机由导流器, 叶轮, 扩压器, 导气管等部分组成，叶轮和扩压器是其中两个主要部件。导流器：安装在叶轮的进口处，其通道是收敛形的使气流以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失，空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降。叶轮：是高速旋转的部件，叶轮上叶片间的通道是扩张形的，空气在流过它时, 对空气作功, 加速空气的流速, 同时提高空气的压力。扩压器：位于叶轮的出口处，其通道是扩张形的，空气在流过它时将动能转变为压力位能，速度下降, 压力和温度都上升。导气管：使气流变为轴向, 将空气引入燃烧室。 离心式压气机属于叶片机械，其工作原理是以高速气流与工作叶轮和固定叶片的相互动力作用为基础，与容积式压气机相比离心式压气机的优点是：消耗同样的功率时，比容积式压气机的效率高，并能得到较高的增压压力，一般能达到0.147～0.196MPa以上；结构简单紧凑，重量轻，金属消耗量少。目前离心式压气机在内燃机增压方面获得广泛的应用。离心式压气机的缺点是随着转速的降低，增压压力便急剧下降。空气经滤清器进入气道，进气道的断面沿气流方向逐渐缩小，以便提高气流的稳定性。进气道一定要能保证在流动损失为最小的情况下，把空气均匀地导向工作轮。工作轮装装花链轴上，尺寸小的可安装在光轴上。工作轮可由曲轴通过机械驱动，也可直接由涡轮机驱动。 空气沿进气道进入工作轮随工作轮一起旋转，受到离心力的作用沿着工作轮上叶片所构成的通道流动，使空气受到压缩，这时压力从P1增加到P2，气流速度从c1增加到c2，驱动工作轮的机械功转化为空气在工作轮中获得的动能，和以压力形式表现的势能。工作轮出口处的功能一般为气流总能量的一半，因此，
风扇/压气机设计技术 ——气动设计技术；间隙控制；旋转失速；防喘技术 ——发动机；风扇；压气机； 定义与概念：压气机是燃气轮机的重要部件，它的作用是提高空气的总压。压气机包括"转子"和"静子"两部分，"转子"是沿轮缘安装许多叶片的几个轮盘组合而成的，每个轮盘及上面的叶片称为一个"工作轮"，工作轮上的叶片称为工作叶片。"静子"是有几圈固定在机匣上的叶片组成的。每一圈叶片称为一个整流器。工作轮和整流器是交错排列的，每一个工作轮和后面的整流器为一个"级"。 风扇是涡轮风扇发动机的重要部件之一，它的作用与压气机的相同。风扇后面的空气分为两路，一路是外涵道，一路是内涵道。风扇一般为一级，使结构简单。 风扇/压气机设计技术主要包括气动设计技术、全三元计算技术、间隙控制技术、旋转失速和喘振控制技术、结构设计技术、材料与工艺技术等方面。 国外概况：目前，战斗机发动机的推重比在不断提高，因此要求风扇/压气机级压比不断提高但又保持效率在可接受范围内，这始终是风扇/压气机设计所追求的目标。美国80年代中期开始实施的"综合高性能涡轮发动机技术"计划（即IHPTET计划）的目标是在下世纪初验证推重比为20的战斗机发动机技术，风扇结构最终实现单级化，压气机也由9级减为3级。俄罗斯的风扇/压气机的研制计划与美国IHPTET计划相类似。也就是说，研制高压比风扇/压气机已经成为风扇/压气机的发展趋势。美国、俄罗斯等国家都已制订研究计划并已取得阶段性成果。 风扇单级压比在目前最先进战斗机发动机F119上已达1.7；在预研的试验件上，美国达2.2，叶尖速度475m/s；而俄罗斯试验件单级压比达2.4和3.2，叶尖速度则分别为577m/s和630m/s。转子叶片展弦比则减小到1.0左右。 对于核心压气机，也呈现大致相同的发展趋势。核心压气机平均级压比从50年代的1.16提高到90年代的1.454，而叶尖速度从291m/s提高到455.7m/s。目前，美国现役战斗机发动机和正处于工程和制造发展阶段的90年代先进战斗机（ATF），其核心压气机基本上是70年代研制成功的。GE公司下一代核心压气机正处于研究起步阶段，目标是比目前最高级压比再提高25%。由此可见，追求更高的级压比一直是各国研制风扇/压气机的发展方向。 风扇/压气机的级压比的提高主要有以下途径：一是进一步发展传统的跨音级风扇/压气机。传统的跨音级风扇/压气机是指转子相对来流叶尖超音、叶根亚音，静子绝对来流亚音。目前各国现役发动机风扇/压气机进口级均属此类型。进一步发展传统的跨音级风扇/压气机即进一步提高叶尖切线速度，如采用小展弦比前缘后掠式叶片，将叶片设计成掠式几何形状以合理控制通道激波的强度，在利用气流跨越激波产生压比突跃的同时控制激波的损失。二是研制超音通流风扇。80年代后期NASA 刘易斯研究中心开始实施一项超音通流风扇计划，研制出的此类风扇进出口轴向气流速度均超音。与传统跨音风扇相比，当叶尖切线速度相同时，超音通流风扇可实现更高的级增压比。
压气机的性能 压气机在工程上应用广泛，种类繁多但其工作原理都是消耗机械能（或电能）而获得压缩气体，压气机的压缩指数和容积效率等是衡量其性能优劣的重要参数，本实验是利用微机对压气机的有关参数进行实时动态采集，经计算处理，得到展开的和封闭的示功图，从而获得其平均压缩指数n、容积效率，指示功、指示功率P等性能参数。 一、实验目的 1．掌握用微机检测指示功，指示功率，压缩指数和容积效率等基本操作测试方法； 2．掌握用面积仪测量不同示功图的面积，并计算指示功，指示功率，压缩指数和容积效率。 3．对微机采集数据和数据处理的全过程和方法有所了解。 二、实验装置及测量系统 本实验装置主要由压气机和与其配套的电动机以及测试系统所组成，测试系统包括压力传感器，动态应变仪，放大器，A/D板，微机，绘图仪及打印机，详见图2-1所示。 压气机的型号：Z——0.03/7 气缸直径：D=50mm，活塞行程：L=20mm 连杆长度：H=70mm，转速：n=1400转/分 为获得反映压气机性能的示功图，在压气机气缸上安装了一个应变式压力传感器，供实验时输出气缸内的瞬态压力信号，该信号经桥式整流以后送至动态应变仪放大；对应着活塞上止点的位置，在飞轮外侧粘贴着一块磁条，从电磁传感器上取得活塞上止点的脉冲信号，作为控制采集压力的起止信号，以达到压力和曲柄转角信号的同步，这二路信号经放大器分别放大后送入A/D板转换为数值量，然后送到计算机，经计算机处理便得到了压气机工作过程中的有关数据及展开示功图和封闭的示功图，详见图2-2和图2-3。
三、实验原理 1．指示功和指示功率 指示功——压气机进行一个工作过程、压气机所消耗的功，显然其值就是P—V图上工作过程线cdijc 所包围的面积，即 式中S——测面仪测定的P—V图上工作过程线所围的面积（mm2） K1——单位长度代表的容积（mm3/mm）；即 L——活塞行程（mm）； ——活塞行程的线段长度（mm）； ——单位长度代表的压力（at/mm）； ——压气机排气工作时的表压力（at）； ——表压力在纵坐标上对应的高度（mm）； P——指示功率，即：单位时间内压气机所消耗的功，可用下式表示： 式中N——转速（转/分）。 2．平均多变压缩指数 压气机的实际压缩过程介于定温压缩与定熵压缩之间，即多变指数n的范围为，因为多变过程的技术功是过程功的n倍，所以n等于P—V图上压缩过程线与坐标轴围成的面积同压缩过程线与横坐标轴围成的面积之比，即： 3．容积效率（） 由容积效率的定义得：
图说燃气涡轮发动机的原理与结构 曹连芃 摘要：文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理；对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍；对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。 关键字：燃气涡轮发动机，燃气轮机，轴流式压气机，燃烧室，轴流式涡轮 1. 燃气涡轮发动机的工作原理 燃气涡轮机发动机（燃气轮机）的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转，见图1。 图1-走马灯与燃气涡轮 燃气轮机属热机，空气是工作介质，空气中的氧气是助燃剂，燃料燃烧使空气膨胀做功，也就是燃料的化学能转变成机械能。图2是一台燃气轮机原理模型剖面，通过它来了解燃气轮机的工作原理。 从外观看燃气轮机模型：整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口（燃气出口）。 燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。
图2-模型燃气轮机结构 在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。 图3-燃气轮机工作过程 在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子，如图4所示。
第9章压气机 一、教案设计 教学目标:使学生熟悉压气机热力过程，活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。知识点：活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。 重点：压气机耗功量的计算方法，提高压气机效率的方法和途径。 难点：多级压缩过程中各级增压比的确定，提高压气机效率的方法和途径。教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论 师生互动设计：提问+启发+讨论 问：余隙容积的存在使压气机产气量下降，对实际耗功有没有影响？。 问：活塞式压气机为什么应采用隔热措施？ 问：为什么若实施定温压缩产生高压气体，可不必分级压缩、中间冷却？ 问：为什么活塞式压气机适用于高压比、小流量；叶轮式压气机适用于小压比、大流量？ 学时分配：2学时 二、基本知识 第一节气体的压缩及压气机的耗功 一、气体压缩 1压气机:用来压缩气体的设备 2.。压气机的分类 1）压气机按其产生压缩气体的压力范围,习惯上常分为： ①通风机（pg<0.01MPa）; ②鼓风机（0.01MPa
三、压气机的实际耗功（压气机的效率）21 '2'1 cs cs cs w h h w h h η-== -21 '2'1 cs cs cs w T T w T T η-= = -1.压气机的实际耗功 对于理想气体 1 2s p 1 p 2 s T 22.压气机的绝热效率 '2'1 cs w h h =-压气机的实际耗功 第二节 单机活塞式压气机 一、单机活塞式压气机工作过程
制冷压缩机性能测试实验 试验台简介 本试验台采用图1所示系统，通过阀门的转换，可进行制冷压缩机性能测试实验、冷水机组性能实验、水-水换热器性能实验和水泵性能实验。 制冷压缩机性能实验系统由压缩机、冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀、恒温器电参数仪等设备组成。压缩机吸气压力、吸气温度、排气压力分别控制在国家标准规定的状态下。吸气温度由恒温器2调节蒸发器冷媒水进口温度T9控制，吸气压力由电子膨胀阀控制，排气压力由恒温器1调节冷凝器冷却水进口温度T7控制。压缩机的实际制冷量由通过蒸发器的冷媒水进出口温度和流量测出，冷凝换热量由通过冷凝器的冷却水进出口温度及流量测得。由此得到压缩机的主辅测质量流量，进而计算出标准工况下的主辅侧制冷量。压缩机的输入功率由电参数仪测得。在制冷系统内部安装多个压力和温度测点，可以方便地确定系统内部的状态。 冷水机组性能实验系统，由压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、恒温器等设备组成。实验时，可以设置不同的冷媒水和冷却水温度。冷水机组冷媒水进口温度通过调节恒温器2中的电加热器控制，冷却水进口温度通过调节恒温器1中的电加热器控制，而出口温度则通过阀门调节。冷水机组的输入功率通过电参数仪表测得。冷水机组的制冷量由通过蒸发器的冷媒水进出口温度和流量测出，冷凝换热量由通过冷凝器的冷却水进出口温度及流量测得。同时在系统中加入了相应的温度和压力测点，可以使学生能更加深入地了解冷水机组的工作特性。 水－水换热器性能实验系统，由冷水机组、恒温器、流量计、水泵等设备组成。冷热侧流体分别通过冷水机组和恒温器1获得。换热器冷侧和热侧流体进口温度分别通过恒温器2和恒温器1控制。通过测量换热器两侧流体进出口温度和两侧的流量，可以求出换热量，在已知换热面积的前提下，可以求出换热器的换热系数K。 水泵性能实验系统，由水泵、流量计、电参数仪等设备组成。水泵的流量通过流量计测得，水泵的扬程通过水泵进出口压力变送器测得。在水泵的出口处设立调节阀，通过改变阀门的开度来改变水泵进口处的参数，获得水泵变工况运行特性曲线。
第三章压气机 恰当半径：在盘鼓式转子中，随着圆周速度的增大，鼓筒和轮盘都会发生形变，这里有三种情况：一是在小半径处，轮盘的自由变形大于鼓筒的自由变形；二是在大半径处，轮盘的自由变形小于鼓筒的自由变形；三是在中间某个半径处，两者的自由变形相等。对于第三种情况，联成一体后，相互没有约束，即没有力的作用，这个半径称为恰当半径。 在第二种情况下，实际变形处于两者自由变形之间，对于鼓筒，自由变形变小，轮盘则相反。这种情况是盘加强鼓。 5.转子级间联接方法有哪些? 转子级间联接方法有用拉杆联接、短螺栓连接和长轴螺栓连接等几种。 7.如何区分盘鼓式转子和加强的盘式转子？ 区分方法在于辨别转子的传扭方式。鼓盘式转子靠鼓筒传扭，而加强的盘式转子主要靠轴来传扭。 9.风扇叶片叶身凸台的作用是什么？ 风扇叶片叶身凸台的作用：在叶片较长的情况下，为了避免发生危险的共振或颤震，叶身中部常常带一个减振凸台。 11.压气机机匣的功能是什么？ 压气机机匣是发动机的主要承力壳体之一，又是气流通道的外壁。工作时，机匣承受静子的重力、惯性力，内外空气压差，整流器上的扭矩，轴向力，相邻组合件传来的弯矩、扭矩和轴向力等。此外，机匣还承受着热负荷和振动负荷，传递支撑所受的各种载荷，如径向力、剪力和弯矩等。
13.列举整流叶片与机匣联接的三种基本方法。 一、在锻造的分半式机匣内，机匣壁较厚，整流叶片用各种形式的榫头直接固定在机匣内壁机械加工的特定环槽内。 二、整流叶片还可以通过焊接直接与机匣联接。 三、在目前大多数整体式机匣和分段式机匣内，整流叶片广泛采用间接固定的方案。即整流叶片安装在专门的整环或半环内，组成整流器或整流器半环，然后固定在机匣内。15.简述篦齿密封的基本原理。 篦齿密封装置是由篦齿所形成的若干个空腔组成。工作时，封气装置两侧总的压差没有变化，但是由于篦齿的分割，漏气截面两端（相邻空腔）的压差减小。同时可以尽可能小地保留间隙，因为篦齿为刀刃式，齿尖做得很薄，一旦与静子相碰，也不会引起严重后果。这样在减少压差的同时又减少了漏气面积，因而有效地减小了漏气量。 17.简述压气机主要的防喘振措施及原理。 一、放气机构。把空气从压气机中间级放出（或从压气机后放出）是改善压气机特性，扩大稳定工作范围的简单而有效的方法，可用于防止前喘后涡型的喘振。 二、进口可转导流叶片和变弯度导流叶片。当压气机在非设计状态工作时，进口变弯度导流叶片的尾部扭转一个角度，使压气机进口预旋量改变。这样就可以使第一级转子叶片进口气流的攻角恢复到接近设计状态的数值，消除叶背上的气流分离，避免喘振发生。若采用进口可转导流叶片，则是整个叶身一起扭转。这样在改变第一机转子叶片进口气流攻角的同时，还改变了压气机进口的流通面积，减小空气流量。 三、多级可调静子叶片。使用多级可调静子叶片就可以使第一级后面的若干转子叶片进口气流的攻角恢复到接近设计状态的数值，使压气机的稳定工作范围更宽，达到更好的防喘作用。 四、机匣处理。在机匣内壁上加工成环槽、斜槽或安装蜂窝结构环，可使失速裕度大大改善，从而防喘。 五、双转子或三转子压气机。在相同总增压比及总级数时，当压气机转子分开后每个转子的级数减少，同时个转子可以在各自的最佳转速工作（如风扇要求的工作转速低，嘎亚压气机需要高转速以增大加功量。当压气机在非设计状态工作时，较少的技术可以减少前后各级压气机流通能力的差异。另外，转子的转速可以实现自动调节：前面的抵押压气机转速降低，从而减少进入压气机的空气流量；后面的高压压气机转速提高（但不超过最大限制速度），从而流通能力提高，因而使压气机前后各级的流通能力自动相匹配。
离心压气机设计方法综述 压缩机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械，分为容积式和透平式两种。透平式压缩机是一种叶片式旋转机械，其中气体压力的提高是利用叶片和气体的相互作用来实现的，按照结构分为离心式压气机和轴流式压气机两种。离心式压气机中气体压力的提高，是由于气体流经叶轮时，由于叶轮旋转，使气体受到离心力的作用而产生压力，与此同时气体获得速度，而气体流过叶轮，扩压器等扩张通道时，气体的流动速度又逐渐减慢从而使气体压力得到提高。 设计一台离心压气机包括多方面的内容，主要有：结构设计；通流部分的选择和计算；强度与振动计算；工艺设计；自动控制和调节；以及驱动型式等问题。这里主要讨论前两项。 在离心压气机设计方法上，先后出现了几何设计方法，二维气动设计方法，准三维气动设计方法，全三维气动设计方法。以这些方法为理论基础，建立了离心压气机计算机辅助集成设计系统。这种设计系统的建立，为高性能离心压气机设计提供了有效工具。 最早用于离心压气机叶轮叶片的成形方法是几何成型方法，这是一种比较简单的成型方法。国内增压器研究领域在50年代从前苏联引进的径向叶片的“双回转中心法”是几何成型方法中的代表，并在国内涡轮增压器领域得到广泛的应用。该方法成型规律比较简单，使用该方法设计前倾后弯曲线不太可能。于是产生了离心压气机叶轮的“骨架成型法”，这种方法可以弥补“双补转中心法”的不足。但是，成型后弯叶片时，需要数控铣床。 早期设计离心压气机叶轮时，设计人员认为叶片型线是由二次曲线组成的，如使用圆弧线，抛物线等代表叶型、轮缘、轮毂型线形状。使用二次曲线表示的叶片型线形状的一般表达式为 f ez dr cz brz ar +++++=2222 2γθ 式中，r 为半径，z 为叶轮轴向坐标，a,b,c,d,e,f 为系数。系数决定叶轮进口角度和叶型型线。Eckerdt 即采用上式设计了Eckerdt 叶轮。Whitfield 等人认为叶轮型线可由下式表示：
活塞式压缩机性能实验台实验指导书 重庆科技学院机械设计制造教研室 2010.3
活塞式压缩机性能实验 实验指导书 一、实验目的 1. 了解活塞式压气机的工作原理及构造，理解压气机的几个性能参数的意义。 2. 熟悉用微机测定压气机工作过程的方法，采集并显示压气机的示功图。 3. 根据测定结果，确定压气机的耗功W C、耗功率P、多变压缩指数m、容积效率ηv 等性能参数，或用面积仪测出示功图的有关面积并用直尺量出有关线段的长度，也可得出压气机的上述性能参数。 二、实验原理 本活塞式压缩机性能实验台，采用传感器技术，在微机控制下采集处理数据，绘制压缩机的示功图，并据此进行压缩机性能指标的计算和热力过程的分析，以加深对压缩机热力学原理的理解，提高运用微机对实验压缩机进行性能分析的能力。通过该实验能加深学生对压缩机工作过程的理解。 压气机的工作过程可以用示功图表示，示功图反映的就是气缸中的气体压力随体积变化的情况。本实验的核心就是用现代测试技术测定实际压气机的示功图。实验中采用压力传感器测试气缸中的压力，用接近开关确定压气机活塞的位置。当实验系统正常运行后，接近开关产生一个脉冲信号，数据采集板在该脉冲信号的激励下，以预定的频率采集压力信号，下一个脉冲信号产生时，计算机中断压力信号的采集并将采集数据存盘。显然，接近开关两次脉冲信号之间的时间间隔刚好对应活塞在气缸中往返运行一次(一个周期)，这期间压气机完成了膨胀、吸气、压缩及排气四个过程。 实验测量得到压气机示功图后，根据工程热力学原理，可进一步确定压气机的多变指数和容积效率等参数。 另外，通过调节储气罐上的节气阀的开度，以改变压气机排气压力实现变工况测量。 三、实验装置 实验装置简图如图1所示，主要由YQJ-V型活塞式空气压缩机(包括压气机本体、电动机、储气罐及节气阀等)和测试系统（包括压力传感器、磁电脉冲传感器、A/D采集板和计算机等）组成。系统总面貌如图2所示。 为了获得压气机工作过程的封闭示功图，对压气机气缸缸体、缸盖、飞轮等进行了改造，通过特殊设计的接头将气缸中的瞬时压力直接引出到压力传感器。另外在压气机飞轮上安装感应头，用接近开关产生曲轴转角所对应的活塞下止点的脉冲信号；下止点两次脉冲信号用来控制数据采集的始末，以达到压力和活塞位置两信号的同步。计算机采集板实时采集这两个信号，经过数据处理即可得到压气机的实际示功图。
压气机性能试验台操作规程 一准备 1 安装好试机，检查压进、压出、涡进、涡出、油进、油出6个接口是否对准，拧紧，回油畅通。 2 打开电门，预热机油至60℃。 3检查压进、压出、涡进、涡出4接口的测温装置是否接通，测压管无折叠，无阻塞，无积水,各U形管液面是否在O线上。4小开风源进气阀门，检查各接合面是否密封，不得漏气。 5检查控制台面版各仪表是否正常。 二冷吹 1 关闭自循环阀。 2 开大压气机出气阀。 3 逐渐开大风源送风阀，直至增压器达到所测最低转速时为止。 4 根据该工况流量计压差等分8-10个点，分别测录各工况的压前、压后、涡前、涡后的温度与压力及相应流量计压差、温度。 5 输入上述参数，即得对应的压比、流量和绝热效率。 6.每个工况稳定3-5分钟后测录数据。 7 出现湍振时，立即放大压气机出气阀,稳定5min后再测。 8 同一方法测录高一档等转速线的相应参数。一般测录6-8条等转速线。 三热吹 1 适当关小风源送风阀。
2 接通点火电源，着火后油门由小逐惭开大，当达到所测增压器转速后，稳定5分钟开始测录上述参数。 四自循环 1 热吹时逐惭开大自循环闸阀，同时逐惭关闭压后出气阀及风源送风阀。 2 当全部关闭压后出气阀及风源送风阀时油门应该在最小开度上。 3 适当加大油门，自动提高增压器转速，直至所需转速值，稳定3-5min再测。 五注意事项： 1 进油压力小于0.15MPa时应停机，立即检查原因，排除故障后再试。 2 涡前温度不得超过650℃，1小时内不得超还750℃。特殊材质可根据耐高温程度适当提高涡前温度。 3 最高转速不得超过规定值。 4 机油温度不得超过设定值±1℃。 5 喘振时立即开大压后出气阀或关小风源送风阀。 6 试验时严防U形管汞及水柱外溢。一旦汞柱溢出，立即清除现场，以防污染环境。 六停机 1 关闭燃烧室油门。 2 冷风吹5分钟后关闭风源送风阀。