3.3.2 特性上的关键状态
包含压气机的压缩系统往往存在三个关键的工作状态，即峰值效率状态、堵塞状态和喘振状态（或失速状态）。
（1）峰值效率状态 对压气机应用而言，在峰值效率点附近工作显得十分重要，这不但最大程度地利用了压气机的能量转换能力，同时也因为流阻损失功lf最小而保证压气机具有最长的使用寿命。由于不同转速下的峰值效率不等，因此，将不同转速的峰值效率点连接就形成了峰值效率包线。在最为理想的情况下，压气机最为频繁的工作状态应当在峰值效率包线的最高点位置，这一目标需要通过对压气机的选型、设计以及调节来实现。而在更为理想的情况下，压缩系统的其他工况也始终工作在峰值效率包线相近点上，这就需要通过对叶片的调节来实现。
（2）设计状态 对于重型燃气轮机而言，使用状态点相对较少，因此，可以将设计点与设计转速峰值效率点重合进行压气机设计，同时保证超过设计转速时仍具有足够的工作范围。选择设计点的原则是保证全转速工作范围内压气机的运行稳定高效。
（3）堵塞状态 这里所谓的堵塞就是流道的喉道截面的马赫数达到1.0。若堵塞发生在排气节流过程中，则有
式中，
、
分别由压气机排气总压
、总温
决定，因此不同转速下，压缩系统的最大流量Gmax不但与排气面Ae相关，同时与压气机特性相关。一定转速下，当Ae的增加量小于
的减少量时，系统容易进入排气堵塞，使流量达到最大值Gmax，反之则不易进入排气堵塞。
对于没有排气阀门的压气机，显然在转速增加过程中，压气机工作在堵点工作线上。这时，堵塞状态由压气机自身流动决定，存在某一气动喉道截面的流量函数q（Ma）=1.0，是压气机某等转速特性的最大流量状态，这时，叶片具有强烈的压力面分离而导致气动喉道截面相对或绝对马赫数达到1.0。
跨声压气机和多级压气机更易进入堵塞状态，前者是因为叶片来流马赫数过高，易产生流道局部截面的相对或绝对马赫数大于1.0的情况；后者情况更复杂。
总体而言，堵塞取决于系统某区域的临界，会发生在压气机内部或排气节流区域。任意位置发生堵塞均会限制一定转速下系统流量的进一步增加，但堵塞工况不会产生强烈的气动失稳。当堵塞发生在压气机内部时，必然伴随着固定区域的严重分离，在此状态长时间工作会使叶片发生疲劳损伤，从而缩短叶片寿命。
（4）喘振和失速状态 压气机在某一转速下存在稳定工作的最小流量Gmin，若进一步减小流量将发生喘振或失速。喘振和失速的区别在于：喘振状态下压气机将失去稳定工作的能力，而失速状态则不一定失去稳定工作能力。
对于一个简单压气机系统，在一定转速下随着排气面积的减小，压气机出口截面静压p2上升，在达到最大值后开始减小，压气机特性曲线如图3-6中实线所示（虚线为排气阀特性曲线）。假设压气机出口静压p2和排气静压pe均匀且相等。如果压气机工作状态点为m，在进气压力p0瞬时变化、压气机叶片振动等因素的扰动下使得工作状态点偏离m点时，无论流量在瞬时是增加还是减小，都会产生压力梯度的变化来对抗流量的变化，从而使得任何扰动终将稳定于系统的平衡点状态m点。
图3-6 压气机系统匹配特性
但如果压气机的工作状态位于图3-6中的状态点s，当扰动使得状态点的流量发生变化时，后续产生的压力变化反而会放大流量的变化，这时，系统不能稳定在状态点s，会产生所谓的静不稳定现象，不稳定现象体现为压气机失速。
系统失速后，压气机（非失速）特性就结束了，即图3-6中状态点s以下的特性线实际上是并不存在的，而是沿排气阀特性线跳入到了失速特性线中。
从稳定性角度讲，压气机失速特性是稳定的，即叶片通道内部存在严重而稳定的分离流动。随排气面积进一步减小，流量减小，压气机出口静压或静压比还有所提高，直至流量为零。显然，压气机随流量减小最终变成没有流量通过的搅拌机。在这种状态下叶片肯定无法承受强烈分离流动所具有的气动激振力而发生损伤。
由此可见，同一转速下，压气机存在两条稳定工作特性曲线，一条是压气机特性，一条是压气机失速特性。当压气机叶片从根部到尖部的展向均进入失速时，两条曲线是分开的，产生存在失速迟滞的突变型失速。当失速仅发生在叶片展向的部分区域时，两条曲线会合并，这时，产生了不存在失速迟滞的渐进型失速，因此，渐进型失速不存在系统失稳过程，压气机可以在全流量范围内稳定工作。但这种状态的后果是叶片会在不知不觉的失速特性中长期工作而造成疲劳损伤。
压气机-排气节流阀压缩系统在理想假设情况下不发生喘振，实际系统中，渐进型失速一般不会诱发喘振。随流量减小，压缩功特性曲线不存在排气压力极大值的压气机，不会因为失速而导致喘振的发生。
喘振一旦发生，流量将迅速从Gm减小为管道平均意义上的零流量，即压气机失去稳定工作能力。流量减小的方式会遵循压气机内部整体逆向流动的瞬态阻力及节流阀压缩系统的喘点特性，与阀门特性无关，但这并不重要，重要的是流量减小为零后，气罐释压，压气机将按照排气阀特性迅速增压，流量增加。如果不增加排气节流面积，压气机将由特性曲线再次进入喘点，再次发生喘振。
有了喘振的概念，就可以分清喘振和失速的差异。喘振一定与系统相关，失速不一定与系统相关。对于突变型失速，由于其最高静压升处在压气机特性的最小流量处，因此，这类压气机失速在满足压缩系统喘振条件时将直接导致喘振。对于渐进型失速，如果存在静压升峰值，那么在系统具备喘振条件时也会导致喘振；如果不存在静压升峰值，那么在系统中就不会导致喘振。压缩系统如果不满足喘振的条件，任何失速都不会导致喘振。