軸流壓縮機的案例
TurboTides:軸流壓縮機設計技術發展
我國的軸流壓縮機發展起步較晚，也是從燃氣輪機中的壓縮機研究開始起步的，到二十世紀六十年代末期第一臺試制成功，1970年開始投運。該軸流壓縮機為全部靜葉固定，效率為85～86%。一般軸流壓縮機分為：等中徑軸流壓縮機、等內徑軸流壓縮機和等外徑軸流壓縮機，如下圖所示：
等內徑軸流壓縮機的典型結構示意圖
等外徑軸流壓縮機的典型結構示意圖
等中徑軸流壓縮機的典型結構示意圖
由于軸流壓縮機技術是非常成熟的，氣體壓縮過程的流道短且簡單，氣體轉向變化小，基本是沿軸流動，離心壓縮機壓縮氣體的流道長且有較多的急劇轉彎，因而軸流壓縮機損失小，效率高。再次，軸流壓縮機的葉柵在空氣動力學方面的理論研究和試驗工作相對比較充分，試驗數據和設計方法比較成熟，所以軸流壓縮機效率通常比離心壓縮機高8%～10%。
展開 陳海生團隊：跨聲速軸流壓縮機動靜葉彎參數耦合關系
壓縮空氣儲能(CAES)系統既可用于削峰填谷，也可使不穩定電力平滑輸出，增強電網的抗沖擊能力，提高調節幅度，更好地實現供需平衡，從而提高供電安全性和經濟性。壓縮機是CAES系統的關鍵部件之一，其作用是利用待存儲的電能對空氣做功使其壓縮，將電能轉化為壓力勢能和內能存儲起來。CAES系統采用的壓縮機需要有流量大、工況寬、效率高等特點，而軸流壓縮機雖然具有流量大、效率高等優點，但是其穩定工作范圍較窄。因此，要將軸流壓縮機廣泛應用于CAES系統，就需要針對提高其穩定工作范圍進行深入研究。
就這一研究課題，諸多學者開展相關研究工作，包括主動流動控制措施，如附面層抽吸、葉尖噴氣等，以及被動控制方法，如機匣處理、渦流發生器、非軸對稱端壁成型、彎掠技術等。由于主動流動控制會增加系統的復雜性和維護成本，在壓縮空氣儲能系統中更傾向于采用被動控制方法。彎掠技術是提高軸流壓縮機氣動性能的有效措施之一。
1963年，Smith等針對NACA翼型進行彎掠葉片的實驗研究，提出在軸流葉輪機械設計中考慮彎和掠影響的近似方法。1984年，Breugelmans等針對NACA葉片進行實驗研究，發現彎葉片對二次流的發展有著較大的影響。1990年，王仲奇等研究彎葉片對氣流參數沿葉高方向分布的影響，發現彎葉片能夠增大最小氣流角，減小最大氣流角，在葉展方向，使氣流角更加接近設計值，從而改善葉片的氣動性能。1997年，Weingold等對三級軸流壓縮機進行研究，發現彎葉片會使流場產生徑向力，降低吸力面角區的擴散速度，延遲角區分離。1999年，Denton等指出彎葉片可以減少端壁損失、葉尖泄漏損失，并總結出3種機理，這3種機理從不同的角度解釋為什么采用彎葉片會減少端壁損失。
展開 ANSYS Fluent驗證案例：軸流壓縮機
本案例計算單級軸流壓縮機內部流場，并驗證出口壓力及流量。
1 問題描述
計算模型如圖所示。
采用單個轉子葉片與單個定子葉片進行計算，利用旋轉參考系模型模擬轉子的轉動，計算參數如表所示。
采用穩態、湍流計算，考慮氣體的可壓縮性，利用理想氣體模型計算密度。
2 Fluent設置
2.1 Models設置
右鍵選擇模型樹節點Models > Energy，點擊彈出菜單項On打開能量模型
右鍵選擇模型樹節點Model > Viscous，點擊彈出菜單項Model → Standard k-epsilon開啟湍流模型
2.2 Materials
鼠標雙擊模型樹節點Materials > Fluid > air，彈出材料屬性設置對話框，如下圖所示進行設置
2.3 Cell Zone Conditions
鼠標雙擊模型樹節點Cell Zone Conditions > fluid-rotor，彈出對話框中激活選項Frame Motion
設置Rotational Velocity為-37500 rpm，設置Rotation-Axis Direction為X軸方向，如下圖所示
注：旋轉方向根據旋轉軸方向及旋轉速度，由右手定則來確定。
展開 如何防止壓縮機阻塞和喘振
如對AxSTREAM想了解更多，可點擊下方連接：
軸流壓縮機：https://www.softinway.com/cn/machine-type/axial-compressor/
離心壓縮機：https://www.softinway.com/cn/machine-type/centrifugal-compressor/
論文分享 | 壓縮機設計:軸流式、混流式還是離心式？
2021年我最喜歡的是一篇名為《選擇一臺壓縮機的子午向拓撲形式：軸流式、混流式、離心式》的論文。一篇好的論文不僅應顯示出作者有多聰明(盡管他們顯然是聰明的)，更重要的是教給讀者一些他們可以在自己的行業中使用的東西。這篇論文的主要作者為Smyth 和 Miller，來自劍橋大學的惠特爾實驗室。這位Smyth不是著名的史密斯圖表中的史密斯，但顯然是受到了與他同名的史密斯的啟發。
這篇論文的基本前提是通過將離心式、混流式、軸流式壓縮機的布局視為流量“負荷”的函數來找到最佳設計點。多年來，很多論文都是以此為思路展開了研究。多種不同的方法按照旋轉機械的不同種類（泵、壓縮機、渦輪）和不同的設計形式（離心式、混流式、軸流式）被開發出來。針對不同類型的渦輪機械(泵、壓氣機、渦輪)和不同類型的設計(徑向、混合、軸向)開發了不同的方法。這些方法在設計的初始階段是有效的，因此被廣泛使用。但是這些有效的方法到底有多好還有待商榷。這些方法中的部分方法的確相對其他方法更好，但在我看來，所有這些方法都有三個基本的弱點：
○需要恰當選擇相關設計參數
○校正時都是基于有限的數據集
○設計起點沒有考慮（工況）范圍
（那么如何恰當的選擇相關設計參數呢？）作者并不認可比轉速這一離心式壓縮機的設計概念，聲稱它沒有物理意義，因此不適合用作選擇標準。相反，他們將“負載”定義為m1/r1 r3 W，這使得它大致相當于進口流量系數。我不認為這是最終的相關設計參數（如果這個所謂最終的相關設計參數真的存在的話）。但我同意這個參數是一個很好的選擇，遠比比轉速有價值。另一個相關參數就是傳統的載荷系數Dh/U22。
本篇論文克服第二個潛在弱點（校正時都是基于有限的數據集）的方法是利用大量CFD使得結論具有統計學意義。
展開 鼓風機葉輪結構有限元分析
陜西鼓風機(集團)有限公司，是中國設計制造以透平機械為核心的大型成套裝備的集團 企業。承擔著軸流壓縮機、能量回收透平裝置（TRT）、離心壓縮機、離心鼓風機、通風機 等五大類共 80 個系列近 2000 個品種規格的產品生產任務。其中，主導產品軸流壓縮機和能 量回收透平裝置，均屬高效節能環保產品，在國內市場上處于相對壟斷地位,。近年來主要 采用國外的商用軟件進行數值模擬計算與分析，并與西安交大、西安理工大學等院校合作進 行物理模型實驗、分析及方案優化。由于商用軟件源代碼不開放，無法有效的進行產品優化 和創新，如果能擁有自主知識產權的開發軟件將會在國際同行業中處于領先地位。
2005 年 11 月鼓風機廠提出進行風機葉輪結構三維有限元分析與優化，我們采用并行有 限元程序自動生成系統 PFEPG 生成了三維計算程序，分別于 2005 年 12 月和 2006 年 9 月進 行了葉輪結構及體型分析和優化。該項成果可用于指導風機設計和制造。
葉輪機分析模型
葉片網格圖
總位移結果（單位：mm） 第一
主應力云圖（單位：MPa） 第
三主應力云圖（單位：MPa）
展開 防止壓縮機中的阻塞和喘振
渦輪壓縮機用于增加氣體壓力，壓縮機是燃氣輪機等推進系統以及能源部門以及石油和天然氣、化學工業等各種其他重要行業的許多生產過程氣體增壓所必需的設備。 還有很多氣體行業應用。
壓縮機對于所使用的工作流體（氣體）以及其設計過程的特定操作條件具有高度的針對性。 這使得它們非常昂貴。 因此，此類渦輪壓縮機的設計和操作應高度謹慎和準確，以避免任何故障并盡可能從設備應用中獲得最佳性能和經濟效益。
圖(A) 軸流式壓縮機 (B) 離心式壓縮機
渦輪壓縮機特性曲線
任何渦輪壓縮機的特性曲線（各種轉速下，流量和出口壓力）都定義了壓縮機在不同轉速下的工作區域，并受到稱為阻塞和喘振的兩種現象的限制。 這兩個相反的約束如圖 2 所示。
當壓縮機以最大質量流量運行時，就會出現阻塞情況。 當壓縮機某些通道部分的馬赫數達到一致時，就會出現最大流量，即當達到音速時，流量被稱為“阻塞（Choke）”。 換句話說，壓縮機通道中的最大體積流量受到喉部區域的有限尺寸的限制。 一般來說，這種計算對于壓縮過程中涉及高分子量流體的應用非常重要。
喘振（Surge）是渦輪壓縮機在低流量條件下的特征行為，此時穩定流量會完全崩潰。 由于喘振，壓縮機的出口壓力急劇降低，并導致流量從排出到吸入逆轉。 這是一種不良現象，會產生高振動，損壞轉子軸承、轉子密封件、壓縮機驅動器并影響整個循環運行。
e圖2 壓縮機性能曲線
防止阻塞和喘振情況
對于渦輪壓縮機的最佳運行來說，阻流條件和喘振條件都是不希望的。 設計過程中必須考慮每種情況，以確保避免出現這些情況。
l 預防阻流
為了防止壓縮機在阻流區域運行，可以通過在排氣口設置防阻閥來保持流體流動的最小流動阻力，該閥關閉以限制流量，從而防止阻流。
展開 透平壓縮機和離心泵技術標準的比較與選用
透平壓縮機和離心泵技術標準比較
01
透平壓縮機技術標準比較
煉化行業透平壓縮機主要適用的技術標準如下。
可以看出，透平壓縮機現行的產品標準都是行業標準。從采標情況看，SY/T 6651和JB/T6443都是等同采用（IDT）美國石油協會標準API 617-2002的。SH/T 3144是在API 617-2002的基礎上補充了一些技術規定，適用范圍僅限于離心/軸流式壓縮機一類機型。API 617-2002這版標準和之前版本最顯著的不同是增加了適用物資范圍（擴大至軸流/離心式壓縮機、整體式齒輪增速離心壓縮機和膨脹機-壓縮機等3類機型），標準整體結構分為4個部分（第一部分是通用要求，其他3個部分針對3類機型提出具體要求）。
另外API 617-2002在設備設計、制造、動力學等方面的技術要求也有所提高，比如設備不間斷連續運轉時間由3年提高至5年、轉子動力學部分的規定也增加了大量篇幅。JB/T 4359最早是等同采標ISO 8011-1988的，僅適用于介質為空氣的軸流式壓縮機，它在特殊工況下的材料選擇、轉子帶阻尼不平衡響應分析及穩定性分析、性能試驗執行標準等方面的規定，與API 617標準相比要簡單一些。
透平壓縮機輸送各種工藝氣體時，為了防止或限制這些氣體沿壓縮機旋轉軸泄漏到大氣中，就必須采用軸端密封，保證運行安全。透平壓縮機一般選用迷宮密封、浮環密封、機械密封、干氣密封等類型的密封。干氣密封這類非接觸式密封，由于具有可靠性高、無油污染、功率消耗低、壽命長等優點，已成為危險性氣體軸端密封的主要選擇。
展開 直觀動態圖展示6種空壓機工作原理及優缺點對比
4
轉子壓縮機
轉子壓縮機通過由發動機或電動機驅動（多數為電動機驅動），另一轉子（又稱陰轉子或凹轉子）是由主轉子通過噴油形成的油膜進行驅動，或由主轉子端和凹轉子端的同步齒輪驅動。
轉子壓縮機原理：
當轉子旋轉壓縮潤滑劑+氣體（簡稱油氣混合物）時，壓縮腔室容積減小，向排氣口壓縮油氣混合物。當壓縮腔室經過排氣口時，油氣混合物從壓縮機排出，完成一個吸氣--壓縮--排氣過程。
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軸流壓縮機
軸流式壓縮機是屬于一種大型的空氣壓縮機，最大的功率可以達到150000KW，排氣量是20000立方米/分，它的壓縮機能效比可以達到90％左右，比離心機要節能一些。
軸流式壓縮機與離心式壓縮機都屬于速度型壓縮機，均稱為透平式壓縮機。
優點：效率較高，單機效率可達86%～92%，比離心式壓縮機高5%～10%，單位面積流通能力大，徑向尺寸小，適宜流量大于1500m3/min的場合，單級壓力比較低，單缸多級壓力比可達11，結構較為簡單，維護方便。
6
滑片壓縮機
滑片式壓縮機以非常低的速度直接進行驅動，轉子是唯一連續運行的部件，上面有若干個沿長度方向切割的槽，其中插有可在油膜上滑動的滑片，轉子在氣缸的定子中旋轉。
展開 【機械原理】14張動圖解說各種壓縮機的結構原理，直觀易懂
壓縮機是將低壓氣體提升到高壓氣體的從動流體機械。它是制冷系統的心臟，為制冷提供動力。
雙蝸桿壓縮機
單蝸桿壓縮機
汽車壓縮機
不管什么類型的壓縮機，原理都是把吸進的低壓空氣（某介質）壓縮成高壓空氣（介質）
壓縮機按原理可以分為容積型壓縮機和速度型壓縮機
容積型壓縮機又分往復式壓縮機和回旋式壓縮機
一般我們使用的活塞式空氣壓縮機屬于往復式壓縮機。家用空調一般使用回旋式壓縮機。
速度型壓縮機又分軸流式壓縮機、離心式壓縮機和混流式壓縮機。
1.活塞壓縮機動態原理圖
2.單螺旋桿壓縮機原理圖
3.雙螺旋桿壓縮機原理圖
4.渦旋壓縮機原理圖
5.回旋式壓縮機原理圖
6.開啟式活塞制冷壓縮機
壓縮機在日常生產生活中應用特別廣泛，小到汽車空調、家用空調，大到工廠機械設備，醫療器械等等。可謂無處不用，高端壓縮機一直被國外壟斷，國產壓縮機還需要很長時間的路要走，才能趕上西方國家壓縮機。
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展開 壓縮機工作原理動圖與視頻大盤點
導 讀
壓縮機：將低壓氣體提升為高壓氣體的一種從動的流體機械，是制冷系統的心臟。它從吸氣管吸入低溫低壓的制冷劑氣體，通過電機運轉帶動活塞對其進行壓縮后，向排氣管排出高溫高壓的制冷劑氣體，為制冷循環提供動力，從而實現壓縮→冷凝（放熱）→膨脹→蒸發 ( 吸熱 ) 的制冷循環。
螺桿式壓縮機工作原理
離心式壓縮機
離心壓縮機的三維動畫
軸流式壓縮機
活塞式壓縮機
活塞式壓縮機工作原理：
壓縮過程：活塞從下止點向上運動，吸、排汽閥處于關閉狀態，氣體在密閉的氣缸中被壓縮，由于氣缸容積逐漸縮小，則壓力、溫度逐漸升高直至氣缸內氣體壓力與排氣壓力相等。壓縮過程一般被看作是等熵過程。
排氣過程：活塞繼續向上移動，致使氣缸內的氣體壓力大于排氣壓力，則排氣閥開啟，氣缸內的氣體在活塞的推動下等壓排出氣缸進入排氣管道，直至活塞運動到上止點。此時由于排氣閥彈簧力和閥片本身重力的作用，排氣閥關閉排氣結束。
展開 
Cadence CFD（原NUMECA）前處理常見問答匯總（持續更新ing）
原文：
二、冷卻-Autogrid中的端壁孔
Q：您好，我正在進行低速軸流式壓縮機的數值模擬，我在定子排的外殼上放置了噴射孔。我想要一個高保真模擬和一個光滑的接口套管孔，所以我的問題是：是否可以使用一些自動網格功能在端壁頂部構建孔，以便我可以獲得完美匹配的接口？手冊中描述的冷卻端壁孔功能是一種可能的解決方法嗎？
A：它可以作為起點，但它取決于孔的位置和域配置。我猜你還想在定子上方添加域，你打算如何對所有東西進行網格劃分？
Q：我已經在Autogrid中網格化了整個配置（IGV+轉子+串聯定子）。這些位置將是端壁，無論是定子/轉子的輪轂還是外殼。是的，我想在現有壓縮器域之上添加這些域，以一種接口完全匹配的方式。從我在圖像中看到的，冷卻孔移除了域的孔形部分，那么我們如何在壓縮機網格上添加孔幾何形狀？
A：您確實可以使用“冷卻孔”功能添加孔，您將獲得由Autogrid直接創建的域和曲面，但網格節點不會匹配，例如：
-在護罩頂部添加了護罩墻：這代表Autogrid用來生成孔的“矩陣”
-添加冷卻孔：Autogrid將在矩陣中打一個孔并用特殊的網格配置填充它
-在護罩墻的頂部，您可以添加一個zR（子午線）效果（圖中未顯示），它實際上會連接到另一行，因為護罩墻占據了整個護罩。
或者，通過旋轉面手動創建空腔的網格。
原文：
三、引入葉尖間隙時葉尖上的網格不連續
Q：我正在嘗試使用.geomTurbo文件生成單葉片通道軸流風扇的網格。生成的網格沒有任何錯誤，但是當我查看刀片的尖端時，效果并不好。從壓力側出現的網格與吸力側的網格不匹配，并且在網格中產生了很大的不連續性。我在這篇文章中附上了同樣的內容，如果我能做些什么，請告訴我。
展開 SoftInWay公布2010下半年透平機械培訓時間表
2010年度第二部分教室培訓課程安排如下：
內容：軸流渦輪基礎理論+ AxSTREAM葉輪機械設計及優化；時間：2010年09月20日-2010年09月24日；地點：德國杜塞爾多夫
內容：軸流壓氣機基礎理論+ AxSTREAM葉輪機械設計及優化；時間：2010年10月18日-2010年10月22日；地點：美國馬塞諸塞州波士頓
內容：蒸汽輪機及燃氣輪機設計；時間：2010年11月15日-2010年11月19日；地點：美國馬塞諸塞州波士頓
歡迎那些渴望發展葉輪機械設計技能卻無法參與教室培訓的機械工程師及航天工程師們參加在線培訓課程：
軸流渦輪：2010年09月06日-16日、10月25日-11月04日、12月07日-16日
離心渦輪：2010年09月07日-15日、10月26日-11月03日
軸流壓縮機：2010年09月27日-10月07日、11月29日-12月09日
離心壓縮機：2010年09月28日-10月06日、11月23日-12月02日
展開 三維單級軸流壓氣機
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了單級軸流壓氣機。轉子葉片的流動是在旋轉參考框架中計算的，而定子葉片的流動在靜止框架中計算。這種情況的目的是驗證基于壓力的耦合求解器的可壓縮渦輪機械問題與混合平面的性能。流動是可壓縮的、湍流的和穩定的。
計算域：轉子葉片數量為16，定子葉片數量為40
物質屬性：物質密度為理想氣體，摩爾數為28.966，粘度為Sutherland’s law，比熱為1006.43J/kg-K
邊界條件：轉子轉速37,500rpm，入口壓力為 1 atm，溫度為288 K
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為76800
計算設置
本次計算為穩定的、湍流的、可壓縮的，基于壓力的耦合解算器流動。
展開 壓縮機仿真學習：離心壓縮機參數辨識
文章來源：壓縮機網
