透平式壓縮機如何防止和抑制喘振現象？

防止喘振和抑制喘振的發生方法歸納起來分為兩類：一是在壓縮機本體設計時采取的，以擴大穩定工況范圍為目的；二是針對壓縮機運行條件即從壓縮與管網聯合運行上采取的。

第一類方法中，軸流式壓縮機設計時，除采用一些變工況性能好的葉型如大圓頭葉型、相關的葉型和葉柵參數、從保持變工況性能好出發選擇相關的級的氣動和結構參數（如反動度、流量系數、輪縠比等）等外，還應根據壓縮機用途帶來的工況特點而選擇合理的設計參數。例如對運輸式燃氣輪機裝置的多級軸流式壓氣機，轉速降低時壓氣機流量也減少，于是前幾級的φ_1z就減小，正沖角i增加，工況點向喘振邊界靠近，一般來說，低速時，會先出現喘振。而對最后幾級來說，情況則相反，因為前面級由于轉速降低而壓比降低，致使氣流密度迅速降低，因此流量系數反而增加，沖角減小，工況點移向阻塞限。由于后面級的阻塞更加重了前面級的氣流脫離現象。針對如上情況在設計時，在級分配加功量時很有必要減輕前面級和后面級的加功量，而加大工況變化較小的中間級負載。

在運行上抑喘，如在結構上采用較多的是靜葉部分或全部可調，實踐證明很有效，在固定式軸流式壓縮機中普遍采用。離心式壓縮機設計上采取的措施與軸流式相類似，一是在氣動參數和結構參數選擇上，如采用后彎式葉輪，無葉擴壓器，出口寬度減窄的無葉擴壓器，葉輪葉片進口邊適當加厚等；二是在設計時采用導葉可調機構或者增設專用噴嘴，以便運行需要時，將部分氣流從葉輪出口引噴入到葉輪入口，改變葉輪入口氣流的預旋，抑制喘振發生。在軸流式壓縮機上行之有效的機匣處理技術，也可以應用到離心式壓氣機，如對半開式離心式葉輪，在輪蓋側靠近葉輪入口處機殼上開設軸向斜槽和在葉輪出口無葉過渡段機殼上開設環形縫隙與一容積腔相連等。

第二類方法中除了已提到的軸流式壓縮機靜葉可調和離心式壓縮機的導葉可調外，比較普遍的是采用防喘裝置。一方面設法在管網流量減少過多時增加壓縮機本身的流量，始終保持壓縮機在大于喘振流量下運轉；另一方面就是控制管網的壓力比和壓縮機的進、出口壓比相適應，而不至高出喘振工況下的壓比。圖1示意表明，當管網需要的流量g_a減少到壓縮機喘振流量時，旁通閥打開，讓一部分氣體回流到入口[圖1（b）]或放空[圖1（a）]，使實際通過壓縮機的流量為g，大于喘振流量，防止喘振發生，它常應用于工業離心式壓縮機。

圖1 防喘原理示意

對軸流式壓縮機來說，除了在連接管上采取放氣措施外，還常采用級間放氣和雙轉子等防喘方法。級間放氣如圖2所示，放氣孔用放氣鋼帶或閥門控制。打開放氣孔，使放氣孔前級的流量加大，防止前幾級的喘振發生，改善流動條件，提高前幾級的效率和壓比。在低轉速時壓縮機的壓比低，通過末級的體積流量比較大，打開中間級放氣孔，減小后面幾級的體積流量，還可以防止后面幾級的氣流阻塞。當然這種防喘方法和管網放氣法一樣，把一部分氣體放掉，顯然是不經濟的。不過這種方法結構簡單，使用方便，在低轉速、小流量的情況下能有效地防止喘振，故常被采用。

圖2 級間放氣

一般軸流式壓縮機壓比不超過4~4.5時不需要在壓縮機上設專門防喘裝置，當壓比為6~7時就需要采用中間級放氣。當壓比更高，僅采用上述措施，已無法有效防止喘振發生，而必須采用雙轉子法（圖3）。壓縮機轉子分為高壓和低壓兩部分，分別與驅動機轉子相連，具有不同轉速。這樣每部分的壓比降低，可以得到較好的級間協調關系。另外，通過改變轉速來改變圓周速度，減小進氣沖角，改善流動條件。例如低轉速、小流量時，低壓部分轉子容易發生喘振，可相對減小低壓轉子的轉速以減小圓周速度u，使正沖角減小[圖3（b）]，防止喘振發生，而高壓轉子相對適當提高轉速，加大u，使負沖角不過大[圖3（c）]，避免高壓級的阻塞現象。由于這個方法比較有效，在多級高壓比軸流式壓縮機中已廣泛采用。

圖3 雙轉子示意圖及速度三角形