[工程科技]离心式压气机的原理与设计

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1、第三章离心式压气机的原理与设计(2)涡轮增压技术1离心式压气机的原理与设计(2)?压气机的功率系数μ?叶轮效率与流体效率?叶轮出口处空气状态参数的确定?扩压器集气器（涡壳）?压气机特性2压气机的功率系数实际的叶轮传递给空气的能量和具有无限多叶片的假想叶轮传递给空气的能量相比，其能量减少后的比值。---功率系数的定义和意义3压气机的功率系数功率系数μ与叶轮的叶片数z及叶轮的相对几何尺寸，主要是叶片的相对长度rm1/r2有关。左为叶轮具有径向叶片时计算功率系数的卡尚特然经验公式。---影响因素与经验公式(1)4压气机的功率系数根据卡尚特然公式计算的μ与叶轮的叶片数z及叶轮的

2、叶片的相对长度rm1/r2关系如左图所示。由图中可以看出：z越大，μ越大；rm1/r2越小（叶片相对长度越大），μ也越大---影响因素与经验公式(2)5压气机的功率系数计算功率系数μ的经验公式还有多种，其中以STODOLA的最具代表性。他在公式内包含了叶片出口安装角βg2，因而对于径向，前弯，后弯三种叶片都适用。---影响因素与经验公式(3)6压气机的功率系数μ值也可根据叶片数来选取。上表中，z=29的数值是根据理论抛物线而得出的，实际上当z>=20时，μ值的增长是极平缓的，故μ=0.92可认为是实际上的最大值。---经验取值(1)z24710141629μ0.520.670

3、.770.820.870.890.927压气机的功率系数在实际的叶轮设计中，叶片数z也经常根据不同的叶轮直径来确定，其经验数据如上表。可以看出随着叶轮直径的增大，叶片数增多，这是因为对于小直径叶轮，如果叶片数太多，则会形成阻塞。新型的涡轮增压器中，z比上表所给的数据要小一些。---经验取值(2)D2606575100z121416188压气机的功率系数当叶轮采用前弯或后弯叶片时，实际上不用μ值而用K值来计算叶轮所做的功，K=cu2/cu2∞，用K来表示功率系数。其中，cu2∞为理想情况下假定叶片为无限多，且无限薄时，在叶轮出口处气流的切向绝对速度。一般取K`=1.8，用于计算

4、非径向叶片时，上式比其它公式更为精确。---K值的计算9叶轮效率与流体效率叶轮效率η2的定义：叶轮内气体的总焓升H2*与叶轮的有效功We之比。叶轮效率表征叶轮工作的完善程度。---叶轮效率(1)10叶轮效率与流体效率图3-19表示在不同的a1/t1条件下，叶轮效率η2与ca1’及u2’的试验曲线。a1，表示叶轮进口处两叶片之间最小截面(喉部)的宽度；t1，表示叶轮进口处叶片间的节距。图中u2为叶轮圆周的比速度，a1/t1为喉口宽度与节距之比。由图可以看出，当ca1=0.25-0.35时，η2最高；a1/t1的值越小则η2也越高。---叶轮效率(2)11叶轮效率与流体效率叶轮的

5、最高效率约为0.85-0.93，后弯叶片时可达0.94-0.95；并且是在较小的u2下达到最高效率值。当u2=1.0-1.2时（此时πc=2.2-2.5），叶轮的最高效率值降低了，且η2-ca1曲线也变陡了。当达到πc=3-3.5时，η2显著降低，而且压气机特性线也变得更加陡峭。因此，设计高增压比的压气机，其任务之一就是将叶轮效率，提高到0.90-0.92的水平。后弯叶片，对提高叶轮效率有一定成效。三元流计算及一些现代设计方法为叶轮效率的提高打下了基础。---叶轮效率(3)12叶轮效率与流体效率压气机级的绝热压缩功Wad与叶轮圆周速度为u2时，所获得的最大总绝热压缩功Wadm

6、ax之比，定义为压气机的流体效率，也可称为压力头系数。流体效率表征叶轮能够完成做功的程度。---流体效率13叶轮出口空气状态参数的确定(1)如果取由能量方程可得：14叶轮出口空气状态参数的确定(2)可得：叶轮出口处的压力，可按多变方程计算：在较为精确的计算中，可以令15叶轮出口空气状态参数的确定(3)空气在叶轮任一通道上的流动都不可能是均态的。因此计算所得数值是空气的平均参数值。叶轮叶片的出口宽度b由流量方程确定，且应考虑到叶片实际厚度对流道有效面积的堵塞影响。16扩压器扩压器的作用是将由叶轮流出的气体动能的一部分转变为压力(势能)。扩压器可分为有叶和无叶两种。一般讲，有叶扩

7、压器的最高效率值较大，然而能适应的流量范围却较窄；无叶扩压器的最高效率值较低，而效率曲线随流量变化较平缓，故能适应较宽的流量范围。---扩压器的分类17扩压器车辆发动机所使用的增压器，常常在一个很宽的范围内工作，因而多采用无叶扩压器。无叶扩压器也称缝隙式扩压器，由两片光滑的圆盘壁组成。盘壁之间可以互相平行，也可成一定的锥角。---无叶扩压器18扩压器若D4/D3>1.8-1.9时，压力增加并不很明显，而流程摩擦损失将急剧增加，所以选用直径比不可过大。在0.85