轴流压缩机的工作原理详解，值得收藏

图1所示为一轴流压缩机的基本结构。它主要由两大基本部分组成：一是以转鼓及其上所安装的动叶片（动叶）等可以旋转的零部件组成压缩机转子；二是以机壳及其上所安装的静叶片（静叶）等固定的零部件组成压缩机定子。

图1 轴流压缩机基本结构示意图

1—进气导流叶片；2—动叶片；3—静叶片；4—机壳；5—转鼓；6—整流叶片；7—出口扩压器；8—密封

轴流压缩机一般是多级的。由一排动叶与紧跟其后的一排静叶构成一个级，是轴流压缩机的最基本工作单元。多级压缩机是由首尾相接，串联而成的多个级组成。第一级动叶前的进气导流叶片（进气导叶或导流器）控制进入第一级的气流方向。如果不用进气导叶，那么气流一般是以轴向进入第一级动叶，即轴向进气。在末级静叶后面有时再加一排出口导叶（导流器），可称整流叶片，它使末级静叶出来的气流变为轴向流动后，进入后面的环形出口扩压器。

轴流压缩机工作时，气体质点大体上是沿着与旋转轴线相平行的圆柱形回转面上运动。气体在压缩机中的流动是较复杂的三元流动。由于多级轴流压缩机具有每个级中的流动情况相似、工作原理相同的特点，所以只要研究一个级中气体的流动情况和增压原理，即可了解多级轴流压缩机整机的工作原理。

图2是轴流压缩机级的简图。一排动叶（旋转的）与紧跟其后的一排静叶（静止的）构成一个级。在级中，动叶和静叶所组成的气体通道，一般称为级的流通部分。由各级动叶和静叶交替串联所组成的气体通道，则称为多级压缩机的通道，或称为轴流压缩机的通流部分。图3为一台五级轴流压缩机的通流部分。

图2 轴流压缩机级的简图

图3 五级轴流压缩机通流部分示意图

在实际研究一个级的环形空间中的气流时，主要是研究动叶及静叶前、后气流参数的变化。在图2中所标出的与转轴相垂直的截面1-1、2-2和3-3称为特征截面。截面1-1为动叶进口截面，截面2-2为动叶出口截面，也是静叶进口截面；截面3-3为静叶出口截面，也是下级动叶的进口截面。截面1-1和3-3又分别称为级的进口、出口截面。在叙述中，对各特征截面上的气流参数以分别带上相应截面的代号脚标来表示（图2），例如c1、w1、p1分别表示动叶进口截面上气流的绝对速度、相对速度和压力。

对特征截面的研究，首先是将三元流动简化为不考虑特征截面上气流参数沿径向变化的流动。因此，设想用一个直径小于级外径且大于级内径的同心圆柱面去切割级的叶片排，可以得到动叶和静叶两排环形叶片截面。在截面上，由形状相同，沿周向方向均布的叶片截面组成的环形表面称为环形叶栅[图4（a）]，叶片截面即为该叶片在此半径处的叶型。一对动叶环形叶栅和静叶环形叶栅组成一个所谓“基元级”。为便于研究，可将环形叶栅进一步展开成平面叶栅[图4（b）]，并且以分析气流在平面叶栅中的流动情况来说明压缩机的工作原理。研究实践表明，在分析基元级中的气体流动时，用平面叶栅代替环形叶栅，既简化又基本符合实际情况。

图4 基元级环形叶栅和平面叶栅

如图5所示，气体在基元级中的流动可以简化为一元流动。

图5 气体在轴流压缩机基元级中的流动

A1，A2，A3，A'2—分别为各截面的有效流通面积；1-1，2-2，3-3—分别为各截面

气体流过基元级叶栅时，以绝对速度c1流入动叶栅通道，由于动叶栅同时以圆周速度u1运动，因此，气体便以相对速度w1流入动叶栅通道。速度c1、w1和u1构成动叶栅进口速度三角形，即：

c1= u1+ w1

气体沿着动叶栅的弯曲叶片方向流过通道后，会改变流动方向，并以相对速度w2从动叶栅通道流出。动叶栅上两相邻叶片间的通道，其通流截面积是沿着气流运动方向逐渐增加的，属于扩压流道，即A2>A1。结果，气体在动叶栅出口的相对速度会减小，即w2<w1，而压力会得到增加，即p2>p1。动叶栅出口处气流的绝对速度c2可根据相对速度w2和圆周速度u2求出，即：

c2= u2+ w2

气流以绝对速度c2流入静叶栅通道，因在静叶栅通道内无牵连运动，故气流经静叶流道后以绝对速度c3流出静叶栅（不存在静叶出口速度三角形）。静叶使气流沿动叶旋转方向偏移，又以与c1方向相一致的绝对速度c3流向下一级动叶栅。因为两相邻静叶片构成的通流截面沿气流方向是逐渐增大的，即A3>A'2，所以气流在静叶片通道中逐渐减速，即c3<c2，而压力则逐渐增大，即p3>p2。

气流之所以能从压缩机进口沿压力递增的方向在一组扩压通道中流动，是由于外界通过旋转动叶片对气流施加了机械功。由此可见，轴流压缩机中压缩气体的原理是通过动叶片对气体做功，提高了气体的压能与动能，然后再通过静叶片的扩压作用，使气体所具有的动能进一步转换成压能。