內(nèi)燃機增壓技術(shù)(2)

1、 第二章 離心式壓氣機 2-12-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析1離心式壓氣機結(jié)構(gòu)簡圖及工作過程離心式壓氣機結(jié)構(gòu)簡圖及工作過程 第二章 離心式壓氣機2-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析 空氣沿進氣道（1）進入工作輪（2），沿著工作輪上葉片所構(gòu)成的通道流動，由于工作輪中空氣隨工作輪一起旋轉(zhuǎn)，因此受到離心力的作用，使空氣壓縮，這時壓力從P1增加到P2，氣流速度從C1增加到C2，空氣在工作輪中的壓縮及其速度增加是由于驅(qū)動工作輪的機械功轉(zhuǎn)化而來的 。在擴壓器（3）中，把工作輪流出的空氣動能轉(zhuǎn)為壓力能，空氣速度從C2降低到C3，壓力從P2增加到P3，空氣經(jīng)擴壓器

2、后，進入出氣蝸殼（4），在出氣蝸殼中空氣動能繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽瑝毫M一步升高到P4，速度降低到C4。 第二章 離心式壓氣機 2-12-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析 2壓氣機的等熵壓縮功分析壓氣機的等熵壓縮功分析 壓氣機的作用是提高壓氣機的作用是提高氣體的壓力。并應在消氣體的壓力。并應在消耗功為最少的情況下達耗功為最少的情況下達到預規(guī)定的壓力值。在到預規(guī)定的壓力值。在各種條件下，等熵壓縮各種條件下，等熵壓縮所消耗的功最小，故把所消耗的功最小，故把等熵壓縮功等熵壓縮功Wks作為衡量作為衡量實際壓縮過程好壞的尺實際壓縮過程好壞的尺度。度。 第二章 離心式壓氣機2-1 2-1

3、離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析21理想狀態(tài) 空氣從壓氣機進口狀態(tài)a(Pa,Ta)被等熵壓縮至出口狀態(tài)4s(,)，這時所需的等熵壓縮功為 ： （2-1） 利用等熵壓縮過程的氣體狀態(tài)方程式 (常數(shù)) 式中： -氣體比重 k-等熵指數(shù) 4sksadpWKKpVpconst(1)kdpconst kd第二章 離心式壓氣機2-1 2-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析將將dpdp代入代入(2-1)(2-1)式，整理后有式，整理后有 又由于又由于 R-R-氣體常數(shù)氣體常數(shù) -增壓比增壓比 41sakskR TTWk144()kkssaaPTTP4SkaPP11(22)1

4、kkakksKRTWkk第二章 離心式壓氣機2-1 2-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析2 22 2 實際狀態(tài)實際狀態(tài) 壓氣機的實際壓縮過程是伴隨著流動阻力損失和熱量交換壓氣機的實際壓縮過程是伴隨著流動阻力損失和熱量交換的，是沿著熵增加的方向進行的。過程線的，是沿著熵增加的方向進行的。過程線a-4a-4表示了該表示了該多變壓多變壓縮過程縮過程，為了便于進行多變壓縮過程（實際）和等熵壓縮過，為了便于進行多變壓縮過程（實際）和等熵壓縮過程（理想）比較，通常認為兩種壓縮過程具有相同的初、終程（理想）比較，通常認為兩種壓縮過程具有相同的初、終壓。這時實際壓縮過程的終點壓。這時實際壓

5、縮過程的終點4(4(P4P4、T4T4) )和等熵壓縮過程的終和等熵壓縮過程的終點點4s(4s(P4P4、) )在同一根等壓線在同一根等壓線P4P4上。上。 多變壓縮功為：多變壓縮功為： （2-32-3） 4/knaWdp第二章 離心式壓氣機2-1 2-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析將多變過程方程式將多變過程方程式 代入（代入（2-32-3）式，整理后得）式，整理后得 n-n-多變指數(shù)，與流動阻力有關(guān)。多變指數(shù)，與流動阻力有關(guān)。(1)ndpconst nd 4/1knaWnR TTn第二章 離心式壓氣機2-1 2-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析 從T

6、-S圖看出，多變壓縮功大于等熵壓縮功，即： -熱阻功：因克服流動阻力消耗的功在壓縮過程中幾乎全轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，對氣體進行了補充加熱，導致實際壓縮功增加。rknksWWWrW第二章第二章 離心式壓氣機離心式壓氣機2-1 2-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析3 3壓氣機的主要工作參數(shù)壓氣機的主要工作參數(shù) 1) 增壓比 定義：壓氣機出口氣流壓力與進口氣流壓力之比。它是壓氣機最主要的工作指標 。 P4-壓氣機出口氣流壓力 Pa-環(huán)境壓力（壓氣機進口氣流壓力）4kapp第二章 離心式壓氣機2-1 2-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析 2) 流量 定義：單位時間內(nèi)流過壓

7、氣機氣體的重量或體積。 每一臺壓氣機在一定的流量范圍內(nèi)，用給定增壓比下，其最大流量 和最小流量 之比來表示，一般 壓氣機的流量范圍決定了它適用的柴油機功率范圍，流量范圍越寬，其適用的發(fā)動機機功率范圍愈大。maxGminGmaxmin34.5GG第二章 離心式壓氣機2-12-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析3) 轉(zhuǎn)速定義：壓氣機工作輪每分鐘的轉(zhuǎn)速稱為壓氣機轉(zhuǎn)速。 -壓氣機工作輪外端線速度壓氣機工作輪外端線速度 -壓氣機工作輪外徑壓氣機工作輪外徑 對增壓器來說，工作轉(zhuǎn)速一般控制在每分鐘幾萬轉(zhuǎn)至十幾萬轉(zhuǎn)，個別壓氣機最高轉(zhuǎn)速達20萬轉(zhuǎn)/分以上。2260kunD2u2D第二章 離心式

8、壓氣機2-12-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析4)效率 壓氣機消耗的總功為 式中：進氣速度Ca與出口速度C4基本接近，故壓氣機消耗的總功主要用于氣體的壓縮功 ，和克服流動阻力損失22224444()212aapraacccckdpWWR TTgkg22402accg4adprW第二章 離心式壓氣機2-1 離心式壓氣機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析（1）等熵效率定義：壓氣機等熵壓縮功和消耗的總功之比 當忽略壓氣機進、出口的氣流動能差時，故 在渦輪增壓器中壓氣機等熵效率一般為0.70-0.85。/kskspWW44saksaTTTT第二章 離心式壓氣機2-1 離心式壓氣

9、機工作過程分析離心式壓氣機工作過程分析（2）多變效率定義：壓氣機多變壓縮功和消耗的總功之比 當忽略壓氣機進、出口的氣流動能差時，故 由于多變壓縮功大于等熵壓縮功，故：/knknpWW(1)(1)(1)(1)knn nn kk kk n(0.97 0.99)kskn第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析1. 1. 工作輪結(jié)構(gòu)及工作特性工作輪結(jié)構(gòu)及工作特性 壓氣機工作輪由導風輪和葉輪組成，工作輪是壓氣機最重要的元件，渦輪傳輸給壓氣機的功能通過工作輪傳給空氣，從而使工作輪出口處的空氣壓力和絕對速度都大大增加，以達到增壓的目的。導風輪葉輪第二章 離心式

10、壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 壓氣機工作輪由導風輪和葉輪組成。其中，葉輪按結(jié)構(gòu)形式分為：閉式、半開式、開式三種：閉式半開式開式第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 壓氣機按工作輪葉片轉(zhuǎn)向不同分為：前彎葉片、徑向葉片、后彎葉片：前彎徑向后彎第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 渦輪增壓器中最主要采用的三種工作輪的特點。1 1）徑向半開式工作輪）徑向半開式工作輪（1）強度、剛度好，允許較高的圓周速度，葉輪轉(zhuǎn)遞給空氣的能量大，能獲得較高的增壓壓力；（2

11、）制造簡單，效率低。（3）在渦輪增壓器中應用最廣，特別是在中、高增壓時。第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析2）后彎閉式工作輪（1）工作輪傳遞給空氣的能量較少，而空氣壓力的提高是在葉輪內(nèi)完成的；（2）工作輪出口的氣流較均勻;（3）低增壓時，采用此種增壓方式。第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析3 3）開式工作輪）開式工作輪 葉輪對稱地去掉葉輪對稱地去掉一部分，從而減少了一部分，從而減少了葉輪的應力，能承受葉輪的應力，能承受很高的轉(zhuǎn)速。很高的轉(zhuǎn)速。 增壓壓力較高，廣增壓壓力較高，廣泛使用于小型

12、渦輪增泛使用于小型渦輪增壓器中。壓器中。第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析2 .2 .工作輪中氣流運動工作輪中氣流運動2.1 2.1 工作輪進口的氣流運動工作輪進口的氣流運動 為了分析工作輪進口截面為了分析工作輪進口截面1-11-1處的氣流運動。以半徑為處的氣流運動。以半徑為r r的圓柱的圓柱面切割葉輪。使圓柱面軸心線與葉輪軸線重合，將得到的切面面切割葉輪。使圓柱面軸心線與葉輪軸線重合，將得到的切面在平面上展開。得到：在截面在平面上展開。得到：在截面1-11-1處，任一點（如圖處，任一點（如圖b b），氣流），氣流的絕對速度的絕對速度 是相

13、對速度是相對速度 和牽連速度和牽連速度 的矢量和。即：的矢量和。即： 1C 1w 1u111cwu 第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 假設(shè)：進氣為軸向進氣時，氣流的絕對速度 的圓周分量 ，此時 ，這時可認為沿整個截面1-1的絕對速度場是均勻的，但由于圓周速度(牽連速度) 沿半徑變化而變化，因此相對速度 在截面1-1上也沿半徑發(fā)生變化。 任意半徑r處的圓周速度為 其中其中 -葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度 -葉輪進口處半徑上任一點處的圓葉輪進口處半徑上任一點處的圓周速度周速度 1C10uC11aCC1u1(25)ur1u1w第二章 離心式

14、壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 任意半徑處的相對速度為任意半徑處的相對速度為 （2-62-6） 在軸向進氣時在軸向進氣時 ，當葉輪轉(zhuǎn)速一，當葉輪轉(zhuǎn)速一定時，定時， ，故根據(jù)（，故根據(jù)（2-62-6）式，）式， 隨半徑隨半徑r r的增加的增加而增大，這時氣流的而增大，這時氣流的入口角入口角 按下式確定按下式確定: : （2-7） 22221111()() )wcucr11aCCconstconst1w1111aacctgur1第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析根據(jù)（根據(jù)（2-7）式，可以看出：）式，

15、可以看出：氣流入口角氣流入口角 是沿半徑增加而減小是沿半徑增加而減小的，在葉輪進口外徑處的，在葉輪進口外徑處 值為最值為最小；??；11第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 從從(b)圖可以看出，如果葉片進口圖可以看出，如果葉片進口構(gòu)造構(gòu)造角角 為為90，則氣流按，則氣流按 角以速度角以速度 進入葉輪時，必然和葉片前緣發(fā)生撞擊，進入葉輪時，必然和葉片前緣發(fā)生撞擊，致使氣流脫離葉片。致使氣流脫離葉片。 一般將葉片前緣做成扭轉(zhuǎn)的，其扭一般將葉片前緣做成扭轉(zhuǎn)的，其扭轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)方向與 方向相同，這時氣流能平順方向相同，這時氣流能平順地進入葉輪通道，減少

16、了氣流與葉片撞地進入葉輪通道，減少了氣流與葉片撞擊引起的損失，擊引起的損失，如圖如圖(c)。1B11w1u第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 因為氣流角因為氣流角 隨半徑增加而減小，隨半徑增加而減小，所以葉片構(gòu)造角所以葉片構(gòu)造角 也應隨半徑增也應隨半徑增加而減小，即葉輪前緣扭轉(zhuǎn)的程度加而減小，即葉輪前緣扭轉(zhuǎn)的程度隨半徑增加而增加，這樣損失最小。隨半徑增加而增加，這樣損失最小。11B第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析2.2 工作輪流道內(nèi)的氣流運動分析工作輪流道內(nèi)的氣流運動分析2.2.12.

17、2.1氣體流動與離心力變化特點氣體流動與離心力變化特點 空氣在工作輪葉道內(nèi)的流動是有粘性、可壓縮、三元不穩(wěn)空氣在工作輪葉道內(nèi)的流動是有粘性、可壓縮、三元不穩(wěn)定流動。質(zhì)量為定流動。質(zhì)量為 的氣體微元體在旋轉(zhuǎn)的葉道內(nèi)的離心力為：的氣體微元體在旋轉(zhuǎn)的葉道內(nèi)的離心力為： 沿葉輪進口至出口，半徑沿葉輪進口至出口，半徑r r逐漸增大，氣體微元體的離心力逐漸增大，氣體微元體的離心力也逐漸增大。離心力的增加是氣體壓力增加的主要因素，離心也逐漸增大。離心力的增加是氣體壓力增加的主要因素，離心式壓氣機因此得名。式壓氣機因此得名。 dm22udFrdmdmr第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析

18、壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析2.2.2 2.2.2 工作輪結(jié)構(gòu)變化特征工作輪結(jié)構(gòu)變化特征 為使部分動能變?yōu)閴毫δ?，現(xiàn)有的壓氣機工作輪多采用擴壓流道，葉片通道截面從進口至出口逐漸增大，相對速度 則逐漸減小，即葉輪出口相對速度小于進口相對速度 ，雖然采用擴壓流道會增加流動阻力，但能使葉輪出口的靜壓力增加，但對于提高壓氣機的增壓比是有利的。2w1w第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析.3速度與壓力的變化特征速度與壓力的變化特征 空氣在工作輪葉道內(nèi)的流動空氣在工作輪葉道內(nèi)的流動 ，可認為是空氣以相對速，可認為是空氣以相對速度的平均值

19、度的平均值 作徑向流動和空氣以速度作徑向流動和空氣以速度 作環(huán)流運動的兩種作環(huán)流運動的兩種運動相加的結(jié)果。運動相加的結(jié)果。CwwmwmCwww第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 由于流道寬度上的相對速度分布不均勻，氣體壓力分布也由于流道寬度上的相對速度分布不均勻，氣體壓力分布也不均勻，在給定的工作輪葉輪半徑不均勻，在給定的工作輪葉輪半徑 上，工作葉輪的角速上，工作葉輪的角速度度 ，流道內(nèi)空氣比重，流道內(nèi)空氣比重 不變，則空氣相對運動，據(jù)伯不變，則空氣相對運動，據(jù)伯努利方程努利方程: : 相對速度相對速度 大的地方，則壓力大的地方，則壓力P

20、P 就小，反之則亦然。對于工就小，反之則亦然。對于工作輪每一個葉片的兩面，壓力面上的壓力大于速度面上的壓力作輪每一個葉片的兩面，壓力面上的壓力大于速度面上的壓力而形成了壓差，整個葉輪各葉片每邊壓力差之和就產(chǎn)生了工作而形成了壓差，整個葉輪各葉片每邊壓力差之和就產(chǎn)生了工作輪旋轉(zhuǎn)時必須克服的阻力矩。輪旋轉(zhuǎn)時必須克服的阻力矩。rconst2/ 2p rwgconstw第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 由于工作葉片壓力面一邊的環(huán)流速度和徑向速度是反向由于工作葉片壓力面一邊的環(huán)流速度和徑向速度是反向的，當兩者關(guān)系不合適時，有可能出現(xiàn)的，當兩者關(guān)系不合

21、適時，有可能出現(xiàn) ，從而引起，從而引起葉輪通道中的氣流倒流，這種倒流產(chǎn)生很大的流動阻力。葉輪通道中的氣流倒流，這種倒流產(chǎn)生很大的流動阻力。 為了防止倒流，葉輪出口相對速度徑向分速為了防止倒流，葉輪出口相對速度徑向分速 和圓周速和圓周速度度 應保持合適的比值。應保持合適的比值。 Cmww2rw2u22/0.2 0.35rwu 第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析2.3 工作輪出口的氣流分析及參數(shù)的確定工作輪出口的氣流分析及參數(shù)的確定 2.3.1 功率系數(shù) 定義： 由于工作輪葉片通道內(nèi)環(huán)流運動的影響，使葉輪出口相對速度 向反葉輪旋轉(zhuǎn)方向偏斜，因而

22、絕對速度 也向增加氣流角 的方向偏斜，這樣速度 的圓周分量就減小了，工作輪的作功能力也就隨之減小，一般采用功率系數(shù) 來衡量環(huán)流運動對葉輪作功能力的影響大小，功率系數(shù)計算式為： 2w2c2c2第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 - -實際圓周分量，實際圓周分量， - -無窮多葉的工作輪出口的無窮多葉的工作輪出口的絕對速度的圓周分量絕對速度的圓周分量 。22uUCC2uC2uC第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析1）徑向葉輪2）后彎葉輪 -葉片數(shù) ， -葉片相對長度 )(1 (3211221r

23、rZmk)1 (2sin11212rrZmkBkZ12mrr第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析2.3.2 速度、溫度、壓力參數(shù)的確定1) 1)出口氣流速度及相應氣流角出口氣流速度及相應氣流角 對于徑向葉輪，出口氣流絕對速度可對于徑向葉輪，出口氣流絕對速度可根據(jù)速度三角形求得：根據(jù)速度三角形求得：因為因為所以所以為保證不產(chǎn)生回流為保證不產(chǎn)生回流 相應的氣流相應的氣流角 22222ruccc22uuc22/ucu22ucu22222()rccu2220.2 0.35rrcwu222u/rarctgcc214 20第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣

24、機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析2 )2 )出口氣流溫度及壓力出口氣流溫度及壓力（1 1）工作輪出口處的氣溫工作輪出口處的氣溫 -葉輪所作之功葉輪所作之功（2 2）工作輪出口的氣體壓力）工作輪出口的氣體壓力 據(jù)多變方程得據(jù)多變方程得 -工作輪中的多變指數(shù)，工作輪中的多變指數(shù)， 222121()()/ 21pkR TTWCCgK221221(1)()(1)2pWkcckRTTgkkRpW2T22/(1)2211()nnTPPT2n21.45 1.55n 第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析2.4 壓氣機的工作輪中的能量轉(zhuǎn)

25、換壓氣機的工作輪中的能量轉(zhuǎn)換 2.4.1葉輪對氣體所作之功 據(jù)歐拉動量矩定理 -葉輪對氣體所作的理論功 -葉輪輪盤摩擦功 pW2211(28)uupthdfdfc uc uWWWWgthWdfW第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析利用葉輪進、出口速度三角形：利用葉輪進、出口速度三角形：將上兩式代入（將上兩式代入（2-82-8），整理后，得），整理后，得 222111112ucuwc u222222222ucuwc u222222212121()()()(29)222pdfccwwuuWWggg第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流

26、運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 式（式（2-92-9）表明：壓氣機消耗的功用于三）表明：壓氣機消耗的功用于三方面方面: : （1 1）在葉輪中轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芎涂朔鲃幼瑁┰谌~輪中轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芎涂朔鲃幼枇?，以力，?表示；顯然葉輪外徑表示；顯然葉輪外徑處處 越大，葉輪通道擴壓度越大，葉輪通道擴壓度 越大，則越大，則加給氣體能量越多，氣體壓力增加越大；加給氣體能量越多，氣體壓力增加越大； 12ww22222121()()22wwuugg2udf第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 （2 2）增加氣體在工作輪出口的動能，）增加氣體在工作輪出

27、口的動能，以以 表示。這部分動能將在擴壓表示。這部分動能將在擴壓器、蝸殼中部分繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽黄?、蝸殼中部分繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽?2221()2CCg第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析 （3 3）克服葉輪旋轉(zhuǎn)時的摩擦阻力，）克服葉輪旋轉(zhuǎn)時的摩擦阻力，以以 表示表示 -摩擦系數(shù)(0.025-0.07) dfW22dfdfuWgdf第二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析2.5 各種壓氣機工作輪作功能力對比前彎式葉片徑向式葉片后彎式葉片22290OBuCu22290OBuCu22290OBuCu第

28、二章 離心式壓氣機2-2 壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析壓氣機工作輪結(jié)構(gòu)及氣流運動分析（1 1）前彎式葉片，其構(gòu)造角）前彎式葉片，其構(gòu)造角（2 2）徑向式葉片，其構(gòu)造角）徑向式葉片，其構(gòu)造角（3 3）后彎式葉片，其構(gòu)造角）后彎式葉片，其構(gòu)造角 根據(jù)根據(jù)公式（公式（2-82-8）可知，前彎式葉片的葉輪作功量可知，前彎式葉片的葉輪作功量最大，徑向葉片的作功量次之，后彎式葉片工作輪最大，徑向葉片的作功量次之，后彎式葉片工作輪作功量最少。作功量最少。22290OBuCu22290OBuCu22290OBuCu第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的流量特性分析1 1.定義定義 壓氣機的流量特性壓氣機

29、的流量特性-與柴油機的特性一樣，壓氣機的特性也是表明壓氣機在工作情況變化時它的主要參數(shù)的變化規(guī)律。在一定的環(huán)境條件下，在壓氣機的轉(zhuǎn)速不變時，壓氣機增壓比和效率隨空氣流量的變化關(guān)系，稱為壓氣機的流量特性。 第二章 離心式壓氣機 2-3 離心式壓氣機的流量特性分析2 2壓氣機特性線的變化特點壓氣機特性線的變化特點 k1）當轉(zhuǎn)速等于某一常數(shù)時，增壓特性線( )的變化，隨 的減小，增壓比值 開始是增加的，當 減小至某一值時， 值為最大，然后隨 的進一步減小， 值逐漸下降，故等速增壓線為一馬鞍型。kkGkGkGkGkk第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析等速增壓線為一馬鞍型原因分析等速增壓

30、線為一馬鞍型原因分析 以徑向葉輪為例。并假定軸向進氣，即以徑向葉輪為例。并假定軸向進氣，即是說：是說： 則則10uC222222/()/pudfdfWC ugugug 2211uupthdfdfc uc uWWWWg第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析 故，在理想情況下，即沒有流動阻力損失時，故，在理想情況下，即沒有流動阻力損失時，即是說：即是說： 則：則： 由于所假定的情況為理想情況，壓氣機消耗的由于所假定的情況為理想情況，壓氣機消耗的功完全用來壓縮空氣，故：功完全用來壓縮空氣，故： 0df22/pWug22/pksWWug第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析當壓

31、氣機工作輪以當壓氣機工作輪以 ，恒轉(zhuǎn)速工作時：，恒轉(zhuǎn)速工作時：則：則：故：根據(jù)等熵壓縮功計算公式故：根據(jù)等熵壓縮功計算公式有：有： -等熵指數(shù)等熵指數(shù) 故故: :理想情況下，理想情況下， 不隨流量不隨流量 改變而變化。改變而變化。 1()(1)1kkksakkWRTkcnk2uconstpksWWconst1(1)1kkskkaWkRTkkkkG第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析1 1）理想條件下，由于沒有損失，）理想條件下，由于沒有損失， 不隨不隨 而改變而改變 ，如圖，如圖aaaa線；線；2 2）如果不考慮撞擊損失，摩擦損失隨氣）如果不考慮撞擊損失，摩擦損失隨氣流速度增加而

32、增大，流速度增加而增大，則壓氣機的功則壓氣機的功 不不僅用于壓縮空氣，而且用于克服摩擦阻僅用于壓縮空氣，而且用于克服摩擦阻力。則增壓比力。則增壓比 隨流量隨流量 增加而減少，增加而減少，如如b bb b線所示；線所示；3 3）當流量偏離設(shè)計）當流量偏離設(shè)計 時，氣流不能平順時，氣流不能平順地進入葉道而發(fā)生撞擊，無論加大或減地進入葉道而發(fā)生撞擊，無論加大或減小流量，氣流進入葉片時都會引起撞擊小流量，氣流進入葉片時都會引起撞擊損失，而且流量偏離設(shè)計值愈多，則撞損失，而且流量偏離設(shè)計值愈多，則撞擊損失愈大，當考慮了全部流動損失后，擊損失愈大，當考慮了全部流動損失后，增壓比隨流量增壓比隨流量 變化關(guān)系

33、為變化關(guān)系為A-B-CA-B-C線所線所示。示。 kkGpWkkGdGkG第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析2 2）對效率）對效率 特性線來講，當特性線來講，當轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 一定時，因為壓氣機一定時，因為壓氣機的等熵壓縮功的等熵壓縮功 隨流量隨流量 而變化的關(guān)系大致與增壓而變化的關(guān)系大致與增壓 比比 隨流量隨流量 而變化的關(guān)而變化的關(guān)系相同，且壓氣機消耗的總系相同，且壓氣機消耗的總功功 與流量與流量 無無關(guān)，所以壓氣機的效率關(guān)，所以壓氣機的效率 隨隨流量流量 變化的特點和增壓變化的特點和增壓 比比 特性變化的特點相似。特性變化的特點相似。 ksksksWkGkGkGkGkkkn22

34、()/pdfWug第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析 只有在設(shè)計工況時，只有在設(shè)計工況時， 為最為最高，當工況變化時，流量和轉(zhuǎn)速高，當工況變化時，流量和轉(zhuǎn)速大于或小于設(shè)計工況，都使流動大于或小于設(shè)計工況，都使流動損失增加，導致效率損失增加，導致效率 下降。下降。ksks第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析3 3）在 時，壓氣機的流量減小至某一最小值時，壓氣機的工作便出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)即會產(chǎn)生喘振。喘振。把每一個轉(zhuǎn)速下的喘振點連接起來就是喘振邊界或稱穩(wěn)定工作邊界喘振邊界或稱穩(wěn)定工作邊界。壓氣機喘振時，壓氣機中的氣流出現(xiàn)強烈的振蕩，引起葉片發(fā)生猛烈的振動，產(chǎn)生很大的噪音，

35、壓氣機出口壓力顯著下降，同時伴隨著很大的波動。knC 第二章 離心式壓氣機 2-3 離心式壓氣機的特性分析喘振原因及分析：喘振原因及分析： 當壓氣機偏離設(shè)計工況后，當壓氣機偏離設(shè)計工況后，流量偏大或偏小，在流量偏大或偏小，在工作輪工作輪進進口葉片邊緣和口葉片邊緣和擴壓器葉道擴壓器葉道內(nèi)都內(nèi)都會產(chǎn)生渦旋，但是其后果是不會產(chǎn)生渦旋，但是其后果是不一樣的。一樣的。（1 1）當流量等于設(shè)計值時，氣流）當流量等于設(shè)計值時，氣流能平順地進入葉片通道，不會能平順地進入葉片通道，不會引起氣流撞擊葉片前緣而產(chǎn)生引起氣流撞擊葉片前緣而產(chǎn)生漩渦。漩渦。第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析（2）在大流量

36、時，渦旋只局限于進口邊緣，僅導致撞擊的增加，不會引起壓氣機特性的變化。如在圖（1）中，空氣流入工作輪葉片時，在葉輪進口處被擠向凹面。在擴壓器葉道中，如圖（2）所示，氣流被擠向葉片的凸部 。因此，產(chǎn)生的渦旋受到其它氣流的壓迫，所占的區(qū)域不大，不會造成氣流從葉片上強烈分離。 （1）（2）第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析（3）在空氣流量較小時，情況就在空氣流量較小時，情況就完全相反，導致氣流就進入葉道完全相反，導致氣流就進入葉道時，撞擊葉片凹面前緣，而在葉時，撞擊葉片凹面前緣，而在葉片凸面產(chǎn)生氣流的旋渦和分離，片凸面產(chǎn)生氣流的旋渦和分離，拐彎的離心力、慣性促使工作輪拐彎的離心力、慣

37、性促使工作輪進口葉片凸面（擴壓器葉片凹面）進口葉片凸面（擴壓器葉片凹面）上渦旋區(qū)域的擴大，造成了氣流上渦旋區(qū)域的擴大，造成了氣流從葉片上的強烈分離，并很快擴從葉片上的強烈分離，并很快擴展到整個葉片擴壓器和葉片通道展到整個葉片擴壓器和葉片通道內(nèi)，使高壓空氣周期性地拋入發(fā)內(nèi)，使高壓空氣周期性地拋入發(fā)動機進氣管中，使氣流產(chǎn)生強烈動機進氣管中，使氣流產(chǎn)生強烈的振蕩和倒流，從而造成了進氣的振蕩和倒流，從而造成了進氣管內(nèi)壓力的大幅度變化。管內(nèi)壓力的大幅度變化。 第二章 離心式壓氣機2-3 離心式壓氣機的特性分析4）當轉(zhuǎn)速變化時，流量隨轉(zhuǎn)速變化較小，而增壓比隨轉(zhuǎn)速的變化較大，在壓氣機的特性線上，高的轉(zhuǎn)速對應

38、著高的增壓比和大的流量，喘振點也隨著轉(zhuǎn)速升高向增大流量的方向移動。同時，轉(zhuǎn)速增加時，流動損失增加。并且在高轉(zhuǎn)速時，氣體馬赫數(shù)的增加，造成高增壓比條件下，壓氣機波阻損失增大，因此高轉(zhuǎn)速時，效率和增壓比隨流量的不同，變化較大，致使增壓特性線變化更陡峭。第二章 離心式壓氣機2-4 離心式壓氣機特性線的調(diào)整方法1 1.發(fā)動機選配渦輪增壓器的要求1）發(fā)動機達到預期增壓效果 達到預定的功率、經(jīng)濟指標，增壓器供給發(fā)動機所需空氣流量、增壓壓力；2）渦輪增壓器應能在發(fā)動機各工況下穩(wěn)定運行，不能出現(xiàn)喘震現(xiàn)象；3）渦輪增壓器應能在發(fā)動機各工況下高效運行，聯(lián)合運行線應穿過壓氣機的高效率區(qū)，且盡可能和壓氣機等效率線平行

39、；4）在發(fā)動機各工況下，渦輪增壓器運轉(zhuǎn)無異?，F(xiàn)象，如：超速、超溫。第二章 離心式壓氣機2-4 離心式壓氣機特性線的調(diào)整方法 為了獲得良好的渦輪增壓器與柴油機配合的特性，往為了獲得良好的渦輪增壓器與柴油機配合的特性，往往需要對壓氣機特性線進行調(diào)整。往需要對壓氣機特性線進行調(diào)整。 第二章 離心式壓氣機 2-4 離心式壓氣機特性線的調(diào)整方法2. 2. 流量范圍的選擇和調(diào)整流量范圍的選擇和調(diào)整 如圖所示，當發(fā)動機與型號如圖所示，當發(fā)動機與型號渦輪增壓器配合工作時，聯(lián)合運渦輪增壓器配合工作時，聯(lián)合運行線行線a-aa-a穿過壓氣機的穿過壓氣機的 喘振線，這喘振線，這說明說明號增壓器的流量對該柴油號增壓器的

40、流量對該柴油機是偏大的。機是偏大的。1) 1)當運行線當運行線a-aa-a穿過喘振線不太多時，穿過喘振線不太多時，可調(diào)整壓氣機的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)，可調(diào)整壓氣機的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)，使壓氣機的喘振線向左移動一定使壓氣機的喘振線向左移動一定的距離，因而運行線便可脫離喘的距離，因而運行線便可脫離喘振線，使渦輪增壓器與柴油機有振線，使渦輪增壓器與柴油機有良好的配合性。良好的配合性。2) 2) 采用上述方法不能解決問題時，則采用上述方法不能解決問題時，則需要流量較小的增壓器（型號需要流量較小的增壓器（型號）。同時，為避免）。同時，為避免壓氣機運行壓氣機運行在低效率區(qū)，這時可調(diào)整壓氣機在低效率區(qū)，這時可調(diào)整壓氣機的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使壓氣機的喘振線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使壓氣機的喘振線向右移動一定的距離，保證運行向右移動一定的距離，保證運行線通過壓氣機的高效率區(qū)。線通過壓氣機的高效率區(qū)。 第二章 離心式壓氣機2-4 離心