壓氣機(jī)防喘系統(tǒng)

壓氣機(jī)喘振是氣流沿壓氣機(jī)軸線(xiàn)方向發(fā)生的低頻率、高振幅的振蕩現(xiàn)象。壓氣機(jī)喘振是多級(jí)軸流式壓氣機(jī)始終要面對(duì)的課題 。

多級(jí)軸流式壓氣機(jī)喘振本質(zhì)上的原因是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在非設(shè)計(jì)狀態(tài)工作時(shí)，壓氣機(jī)前面增壓級(jí)和后面增壓級(jí)的流通能力不匹配，因而造成了前喘后渦或前渦后喘的現(xiàn)象。

要保證壓氣機(jī)穩(wěn)定工作，根本措施就是合理控制流經(jīng)壓氣機(jī)各級(jí)的空氣流量，使之與流通能力相匹配，保持空氣流動(dòng)的平穩(wěn)與連續(xù)。

把空氣從壓氣機(jī)中間級(jí)放出（或從低壓壓氣機(jī)后放出）是改善壓氣機(jī)特性，擴(kuò)大穩(wěn)定工作范圍的簡(jiǎn)單而有效的方法，可用于防止前喘后渦型的喘振。此種方法的缺點(diǎn)是放氣時(shí)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)和效率降低。

放氣機(jī)構(gòu)的主要類(lèi)型有放氣活門(mén)、放氣帶和放氣窗。它們都是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)（即低增壓比時(shí)）打開(kāi)，當(dāng)接近發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)就關(guān)閉，所以放氣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器通常都感受轉(zhuǎn)速或者增壓比。

（1）放氣活門(mén)

放氣活門(mén)一般由若干個(gè)放氣活門(mén)和控制元件組成。通過(guò)液壓或氣壓作動(dòng)筒來(lái)操縱。氣動(dòng)式放氣活門(mén)結(jié)構(gòu)及工作原理，一般用于雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的放氣。WP7發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)放氣屬于這種類(lèi)型。

（2）放氣帶

放氣帶機(jī)構(gòu)主要由放氣帶、放氣孔、作動(dòng)筒和控制元件等組成。放氣孔在壓氣機(jī)中后部某一級(jí)機(jī)匣外沿周向分布，用彈性鋼制放氣帶束住。放氣帶由作動(dòng)筒操縱，放氣帶松弛時(shí)，氣流可由放氣孔排出，從而減少進(jìn)入壓氣機(jī)后面級(jí)的空氣流量；放氣帶束緊時(shí)停止放氣。

WP6，WP8發(fā)動(dòng)機(jī)都是采用這種方法在起動(dòng)和低功率狀態(tài)防喘。

放氣孔的位置和數(shù)目應(yīng)滿(mǎn)足盡量減少對(duì)轉(zhuǎn)子葉片前的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)影響的要求，否則會(huì)引起葉片劇烈振動(dòng)甚至折斷。放氣帶的束緊度要經(jīng)過(guò)精細(xì)計(jì)算，偏松時(shí)會(huì)產(chǎn)生漏氣，過(guò)緊則可能造成放氣帶折斷。當(dāng)其用于雙發(fā)飛機(jī)時(shí)，還要考慮單發(fā)起動(dòng)時(shí)先起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)放氣對(duì)后起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。

（3）放氣窗放氣機(jī)構(gòu)是大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用的防喘方式，一般用于在低壓壓氣機(jī)出口放氣，以減少進(jìn)入高壓壓氣機(jī)的空氣流量。該機(jī)構(gòu)由環(huán)形放氣窗、放氣封嚴(yán)環(huán)、作動(dòng)筒及控制元件等組成。

防止壓氣機(jī)喘振的另一措施是在壓氣機(jī)進(jìn)口采用可轉(zhuǎn)的導(dǎo)流葉片或變彎度導(dǎo)流葉片。當(dāng)壓氣機(jī)在非設(shè)計(jì)狀態(tài)工作時(shí)，進(jìn)口變彎度導(dǎo)流葉片的尾部扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使壓氣機(jī)進(jìn)口預(yù)旋量相應(yīng)改變。這樣就可使第一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口氣流的攻角恢復(fù)到接近設(shè)計(jì)狀態(tài)的數(shù)值，消除了葉背上的氣流分離，避免了喘振現(xiàn)象的發(fā)生。若采用進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片，則是整個(gè)葉身一起扭轉(zhuǎn)。這樣在改變第一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口氣流的攻角的同時(shí)，還改變（減?。┝藟簹鈾C(jī)進(jìn)口的流通面積，減小空氣流量。

進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片機(jī)構(gòu)由帶內(nèi)外圓柱軸頸的導(dǎo)流葉片、搖臂、聯(lián)動(dòng)環(huán)、作動(dòng)筒和控制器等組成。聯(lián)動(dòng)環(huán)及作動(dòng)簡(jiǎn)組成操縱機(jī)構(gòu)，可分為外操縱和內(nèi)操縱兩種方案。如果操縱機(jī)構(gòu)在機(jī)匣外部，則稱(chēng)為外操縱方案；如果操縱機(jī)構(gòu)在軸承機(jī)匣或整流機(jī)匣內(nèi)殼體里面，則稱(chēng)為內(nèi)操縱方案。進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片系安裝在壓氣機(jī)進(jìn)口處，所以葉片通常都有內(nèi)、外兩個(gè)支座?？赊D(zhuǎn)葉片由作動(dòng)筒在控制器指令下操縱。作動(dòng)筒的操縱桿帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)環(huán)帶動(dòng)該級(jí)全部導(dǎo)流葉片的搖臂使所有葉片同步轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)相應(yīng)角度。

可變彎度的進(jìn)口導(dǎo)流葉片由前、后兩段組成。前段固定，保持氣流軸向進(jìn)入；后段鉸接，可連續(xù)調(diào)節(jié)，保證轉(zhuǎn)子葉片最有利的進(jìn)入角。如在F100發(fā)動(dòng)機(jī)上，進(jìn)口導(dǎo)流葉片前段的內(nèi)、外端分別與整流錐和風(fēng)扇機(jī)匣焊接在一起。后段可轉(zhuǎn)動(dòng)尾部的內(nèi)、外端均有一轉(zhuǎn)軸。外端轉(zhuǎn)軸借搖臂與一共同的作動(dòng)環(huán)相聯(lián)，作動(dòng)環(huán)由兩個(gè)氣壓作動(dòng)筒操縱。在J85發(fā)動(dòng)機(jī)的可變彎度進(jìn)口導(dǎo)流葉片上，后段可轉(zhuǎn)動(dòng)尾部隨發(fā)動(dòng)機(jī)折合轉(zhuǎn)速而改變，與放氣活門(mén)協(xié)同動(dòng)作 。

進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片和變彎度導(dǎo)流葉片都只能使第一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口氣流的攻角恢復(fù)到接近設(shè)計(jì)狀態(tài)的數(shù)值，消除其葉背上的氣流分離，而不能使第一級(jí)后面的若干級(jí)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口氣流的攻角也接近到設(shè)計(jì)狀態(tài)的數(shù)值。所以，在先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用多級(jí)可調(diào)靜子葉片（VSV）的方法，使壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍更寬，達(dá)到更好的防喘作用。

多級(jí)可調(diào)靜子葉片防喘機(jī)構(gòu)均采用外操縱方案，主要由可轉(zhuǎn)靜子葉片、搖臂、聯(lián)動(dòng)環(huán)、曲軸、作動(dòng)筒和控制器等組成。

為了避免在葉尖處產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速，利用吹氣和放氣來(lái)控制附面層是非常有效的。但是試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，即使放氣量為零，只要在風(fēng)扇和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子外側(cè)的機(jī)匣內(nèi)表面上采用一些特殊的結(jié)構(gòu)措施，就能使失速裕度大大改善。

常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)措施有：在機(jī)匣內(nèi)壁上加工成環(huán)槽、斜槽或者安裝蜂窩結(jié)構(gòu)環(huán)。帶有這類(lèi)結(jié)構(gòu)措施的機(jī)匣稱(chēng)為機(jī)匣處理。在WP13發(fā)動(dòng)機(jī)第一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片外圍機(jī)匣內(nèi)表面上安裝的、由吹氣葉片(擾流片)組成的吹氣盒就是機(jī)匣處理的一種形式 。

把壓氣機(jī)設(shè)計(jì)成雙轉(zhuǎn)子的或三轉(zhuǎn)子的，也是重要的防喘措施之一。所謂雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)是由兩個(gè)或三個(gè)轉(zhuǎn)子組成，各轉(zhuǎn)子的軸是套在一起，但轉(zhuǎn)速不同。內(nèi)袖的轉(zhuǎn)速最低，相應(yīng)的壓氣機(jī)在最前端，稱(chēng)為低壓壓氣機(jī)；外軸的轉(zhuǎn)速最高，相應(yīng)的壓氣機(jī)在最后端，稱(chēng)為高壓壓氣機(jī)。對(duì)于三轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)則有中壓轉(zhuǎn)子，其位置、軸和轉(zhuǎn)速都居中。各轉(zhuǎn)子分別由各自的渦輪驅(qū)動(dòng)。

在相同總增壓比及總級(jí)數(shù)時(shí)，當(dāng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子分開(kāi)后每個(gè)轉(zhuǎn)子的級(jí)數(shù)減少，同時(shí)各轉(zhuǎn)子可以在各自的最佳轉(zhuǎn)速工作(如風(fēng)扇要求的工作轉(zhuǎn)速低，高壓壓氣機(jī)需要高轉(zhuǎn)速以增大加功量)。當(dāng)壓氣機(jī)在非設(shè)計(jì)狀態(tài)工作時(shí)，較少的級(jí)數(shù)可以減小前后各級(jí)壓氣機(jī)流通能力的差異。另外，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)：前面的低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速降低，從而減少進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣流量；后面的高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速提高(但不超過(guò)最大限制轉(zhuǎn)速)，從而流通能力提高，因而使壓氣機(jī)前后各級(jí)的流通能力自動(dòng)相匹配。

早期的發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用單一的防喘措施，如中間級(jí)放氣(WP6，WP8)，或采用雙轉(zhuǎn)子(WP7)，或進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)流葉片(MK202)。但現(xiàn)代雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的高增壓比使得高壓壓氣機(jī)的級(jí)數(shù)仍然很多，而且要求其工作范圍更寬，發(fā)生喘振的可能性仍然存在。壓氣機(jī)容易發(fā)生喘振的工作狀態(tài)和外部條件有：起動(dòng)及低功率狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（推力）下降過(guò)程中，民用飛機(jī)打開(kāi)反推、軍機(jī)打開(kāi)加力，殲擊機(jī)作大過(guò)載機(jī)動(dòng)飛行，使用操縱不當(dāng)?shù)取Ｋ栽谙冗M(jìn)的航

空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上是中間級(jí)放氣、雙轉(zhuǎn)子、進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)流葉片和多級(jí)可調(diào)整流葉片等多種防喘擴(kuò)穩(wěn)措施并用，以保證壓氣機(jī)在各種工作狀態(tài)下、各種工作條件下和工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中不發(fā)生喘振 。

壓氣機(jī)氣流控制系統(tǒng)的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、非設(shè)計(jì)狀態(tài)和反推力工作狀態(tài)下，保證壓氣機(jī)穩(wěn)定工作。

該系統(tǒng)一般由放氣系統(tǒng)和可變靜子葉片系統(tǒng)組成。

放氣系統(tǒng)中有起動(dòng)放氣系統(tǒng)、程序放氣系統(tǒng)和打開(kāi)反推放氣系統(tǒng)。程序放氣系統(tǒng)的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、壓比等信號(hào)，程式化的控制各個(gè)放氣機(jī)構(gòu)工作。壓氣機(jī)氣流控制系統(tǒng)一般由發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)控制，系統(tǒng)主要由燃油泵、燃油控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)靜子葉片和放氣控制器（EVBC）、Ma傳感器、操縱機(jī)構(gòu)、控制活門(mén)、作動(dòng)筒和位置開(kāi)關(guān)、反饋裝置、可調(diào)靜子葉片、放氣活門(mén)、放氣帶或放氣窗等元件組成 。

· 功能：發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷急松腳踏板時(shí)，ECU根據(jù)減速信號(hào)，激活燃料切斷功能，在切斷燃料供給的同時(shí)打開(kāi)喘振閥，消除了因節(jié)氣門(mén)關(guān)閉而引起增壓器喘震的可能性，提高了增壓器和節(jié)氣門(mén)的可靠性。

· 原理：喘震閥可以看做一個(gè)常閉電磁閥，不通電的情況，電磁閥閉合，氣體不流通；通過(guò)接收ECU發(fā)出的的電信號(hào)，電磁閥通電導(dǎo)通。

· 安裝位置：喘震閥進(jìn)氣端接節(jié)氣門(mén)前增壓后空氣管路上，排氣口接增壓器前，空濾后的管路上（一般情況安裝在增壓器擴(kuò)壓管上）。特殊情況下排氣端可以不用接管路，直接排入大氣。2100433B

圖1為低壓氣鎖閥氣力除灰系統(tǒng)圖。低壓氣鎖閥氣力除灰系統(tǒng)中空氣壓力小于或等于0.2MPa。該系統(tǒng)在集灰斗的出口處裝有氣鎖閥，作為供灰裝置，其出口接在氣力輸送管道上。各氣鎖閥裝置編組交替運(yùn)行，其中某幾個(gè)裝灰，另外幾個(gè)則在加壓和向輸灰管道內(nèi)送灰，以保持在壓力輸送管道內(nèi)的氣灰混合流是連續(xù)的，其壓縮空氣由回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)供給。輸送干灰出力最大可達(dá)100t/h，輸送距離一般為200-450m。該系統(tǒng)與負(fù)壓系統(tǒng)相比，輸送量比較大，能夠輸送距離較遠(yuǎn)，也簡(jiǎn)化了灰?guī)焖璧幕覛夥蛛x設(shè)備。缺點(diǎn)是每個(gè)灰斗下面都需要較大的凈空來(lái)安裝鎖氣閥，基建費(fèi)用較高。

正壓氣力除灰系統(tǒng)主要是利用氣流的能量，在密閉管道內(nèi)沿氣流方向輸送顆粒狀物料，是流態(tài)化技術(shù)的一種具體應(yīng)用。氣力輸送裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，做水平、垂直或傾斜方向的輸送，在輸送過(guò)程中還可同時(shí)進(jìn)行物料的加熱、冷卻、干燥和氣流分級(jí)等物理操作或某些化學(xué)操作。機(jī)械除灰系統(tǒng)，雖然設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但設(shè)備易磨損，密封性差，易造成污染。正壓氣力除灰系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)燃煤電廠(chǎng)應(yīng)用最多，技術(shù)也較成熟，其輸送壓力可達(dá)0.8 MPa，輸送距離達(dá)1 km以上，并多次通過(guò)1.5 km和2.1 km的試驗(yàn)，系統(tǒng)出力多在10～ 60 t/h范圍，最大可達(dá)200 t/h。 2100433B