离心式压缩机在各个行业得到了极其广泛的应用，这和它本身有别于轴流式压缩机的特点有很大关系。本文主要介绍离心压缩机不同于轴流压缩机之处及其内在原因和选型的方法。
国内外许多专著以及教材，往往提到在不考虑迎风面积且轴流式效率不具有明确优势时推荐采用离心式压缩机，这里面究其原因莫过于离心压气机相比于轴流式压缩机做功能力更强，并且工作裕度更大。但是除此之外离心式压缩机有别于轴流式压缩机的特征这些书籍阐述得非常少，作者在这里将会更加详细探讨离心压缩机的特点。
1特性线的区别
离心压气机与轴流压气机特性线（Zucrow 1948）
离心式压缩机由于本身主要是依靠离心力做功（圆周速度增加），而非叶片折转（当然叶片折转也非常重要），这就决定了离心压缩机本身加功量随流量的变化相比于轴流式压缩机来说会更小一些，因此从图中可以看到轴流式压缩机的特性线斜率相对离心压缩机更加陡峭。
2做功能力和失速裕度差距
众所周知，轴流式压缩机在做功能力和稳定性方面都是要逊色于离心压缩机的，究其原因也是因为离心压气机依靠的离心力做功。根据欧拉方程和速度三角形关系我们可以得到如下方程（实际就是叶轮机械进出口转子焓相等）：
其中方程右端的第二项就代表了离心效应，轴流式压缩机中这一项接近于零。这一项在离心压气机中占了很大的比重，有时能够占到三分之二的比例，非常的可观，因此离心压缩机的做功能力远强于轴流压缩机。
其次轴流式压缩机的做功能力来自于吸力面与压力面压差的周向分量（也就是叶片力）。根据叶栅的气动特性可知，当叶片表面发生流动分离达到一定程度后，吸力面与压力面的压差就无法进一步增大，对于轴流式压缩机来说这个容忍的流动分离限制是比较小的。而离心压缩机虽然严格来说也是依靠叶片周向压差做功，但是这个压差的主要来源是离心力并非是叶栅的气动特性，所以能够容忍分离流动限度是比较大的。事实上现有研究表明，对于一台设计良好的离心压气机往往是没有离心力支持的扩压器内先发生失速。所以轴流式压缩机和离心式压缩机有着完全不同的失速判断准则。
现有的空气式离心式压缩机单级压比达到10以上的已经屡见不鲜，据Concept NREC公司消息，他们研发出了总压比14的单级离心压气机。而以较为先进的F119发动机为例，3级风扇+6级高压压气机，总压比35。由于离心压气机级数少，所以加工、安装、控制都比较方便，成本大约也会比轴流式压缩机低一半。
多级轴流压气机平均级压比发展（桂幸民 航空压气机气动热力学理论与应用）
另外值得一提的是，随着工质压缩难度和密度的增加，离心式压缩机相比于轴流式压缩机的优势会进一步增大。例如火电厂给水泵压比大约25，采用离心式水泵需要6级才能完成压缩，如果采用轴流式水泵需要的级数是难以想象的，可能需要数百级。（这是本文作者自己的研究结果，未经过验证）
3流量和效率的差距
总所周知很多教材上都讲到了离心压气机更加适合小体积流量的情况，但是实际上这也不是绝对的。例如前面所说的工质压缩性的问题，可能会使得设计者在大流量的情形下，为了保证结构的简单也必须要采用径流式叶轮机械。一个非常典型的例子就是水电站的水轮机，它的流量当然是很大的，但是这种情况必须要采用径流式叶轮机。
水电站水轮机
实际上更为严格的选型方法应该是按照比转速进行选择，而绝非流量。转速往往是设计者在设计时就应该确定的参数，尤其是对于发电系统来说，并入电网是需要考虑频率的，否者就可能导致变速装置太过于复杂。（很多教材在讲叶轮机械设计时都不考虑这一点）
从Balje图中可以看到，随着比转速ns的增大，最佳比直径ds减小，叶轮越来越接近于轴流。也就是说选用的转速越高，做成轴流式，可以将叶轮直径做得越小，这一点在航空方面非常重要。而对于离心式压缩机来说，最佳的比转速大约是0.6-0.7。并且根据比转速定义，当比转速一定时，负荷越高，流量越小最佳转速就越大。所以小流量情况下做成离心压缩机可以降低转速，减小对轴承的要求，且小流量情况下轴流未必能够占到多少优势。
单级压缩机ns-ds图（Balje 1981）
而当流量很大时，负荷又并不大时，此时离心压缩机直径会做得比较大，而轴流压缩机级数也不是很多，此时倾向于做成轴流式压缩机，可以保证更高的效率。
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未来本公众号关于离心压缩机的内容包括下面几个部分，比较偏向于理论方面：
1压缩机的无量纲参数以及相似模化问题
2压缩机一维设计方法
3压缩机二维设计方法
4压缩机三维流场特点
5压缩机失速特征和控制
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3下期作者可能更愿意写关于应用数学方面的内容，张量分析在曲线坐标系中的应用。
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