离心式压气机的原理与设计

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1、内燃机增压技术第二章离心式压气机的原理与设计(1)魏名山第二章离心式压气机的原理与设计(1)ò概述ò压气机的热力学过程ò空气在进口段中的流动ò空气在叶轮内的流动ò空气在叶轮中流动时的损失北京理工大学魏名山概述---压气机的作用与要求ò压气机的作用是预先压缩进入气缸的空气，以提高进入气缸的气体密度。ò增压器要求压气机的尺寸小，尺寸小才能保证便于安装；重量轻，重量轻可以减少发动机总重，转子重量轻还可以提高增压器的响应速度，改善发动机的加速性；效率高，压气机效率高可以改善发动机的燃油耗；特性的可工作范围广，这是车用增压器对压气机最为重要的要求之一，因为车用发动

2、机的工况变化频繁，且变化范围大，只有压气机的可工作范围广，才能保证增压器和发动机的良好匹配。北京理工大学魏名山概述---压气机的构造(1)ò压气机级由进口、工作叶轮、扩压器、集气器（涡壳）四部分组成北京理工大学魏名山概述---压气机的构造(2)ò压气机进口段总是设计成圆柱形或者圆锥收缩段。北京理工大学魏名山概述---压气机的构造(3)ò进口段的作用是引导气流更好地进入工作叶轮，以减少进口处的流动损失和扰流强度。北京理工大学魏名山概述---压气机的构造(4)ò有的压气机进口还带有回流装置以扩大流量范围。ò左图为HOLSET增压器。北京理工大学魏名山概述--

3、-压气机的构造(5)ò工作叶轮由轮盘及其上的叶片组成。用螺母将其紧固在涡轮轴上。气流沿着轮盘、外壳和叶片组成的通道流动。并在这一过程中，将从旋转叶轮吸收的机械功转变为压力(势能)及速度(动能)。工作叶轮是压气机最主要的零件，它的好坏对级的特性起了决定性的影响。对它的要求主要是，效率要高；强度要好，因为只有叶轮强度好，压气机才能达到较高的压缩压力。北京理工大学魏名山概述---压气机的构造(6)ò扩压器，空气从工作轮出来后，具有很高的气流速度，也即具有很大的动能。这部分动能约占叶轮加功量的25%-50%。因此，为有效地利用这一部分的能量，必须把这部分的动能转

4、变为压力能，以达到提高空气压力的目的。为此，在叶轮后装有扩压器，把气流的动能转变成压力能。ò扩压器一般可分为无叶扩压器和叶片扩压器两种，对车用涡轮增压器来说，一般使用无叶扩压器。无叶扩压器由两片光滑的圆盘壁构成，盘壁之间可以互相平行，也可成一定锥角。北京理工大学魏名山概述---压气机的构造(7)ò压气机涡壳的背面。涡壳的主要作用是收集从扩压器出来的空气，并将空气送到燃烧室或其它设备中去。北京理工大学魏名山概述---压气机内的气体流动过程òA进口段òC工作叶轮内气体参数òD扩压器内的气体参数òE集气器(压气机涡壳)段ò分析各个阶段气流参数的变化。北京理工大

5、学魏名山概述---压气机的主要性能参数ò压比π：π=p/p即为压气机出口压力和进口压力cc41之比。如果进出口压力均写成总压，则两者之比称为总压压比，写成π*=p*/p*，一般可将压气机出口压力pc414记成p。cò质量流量Mc：单位时间内通过压气机的气体质量。流量越大，要求压气机的工作轮直径越大。ò绝热效率η：每单位质量的空气在压缩到一定压比时，cad所需的绝热功与实际压缩功之比。记为：η=W/W。cadad北京理工大学魏名山概述---级的概念ò压气机的“级”：指的是由进口段、工作叶轮、扩压器、及集气器这几部分组成的一个压缩空气的完整过程，并称之为一级

6、压气机。如果多级串联起来工作，则称为多级压气机。北京理工大学魏名山压气机的热力学过程---压气机的绝热压缩功ò在理想绝热压缩过程中，压气机内的气体流动没有流动阻力（Wr=0），也没有和外界介质热交换(Qout=0)，因此，每千克空气压缩到预定的压气机出口压力时，所消耗的功由工程热力学知识可知，其可写成式2.1。k−1kk=(k−1)=R()T−T(2.1)WRTπad1c4ad1k−1k−1北京理工大学魏名山压气机的热力学过程---绝热压缩功的滞止形式ò上式也可根据理想压缩过程写成滞止参数的表达式，如式2.2所示。如果，压气机的进出口气流速度很接近，即C

7、约等于C，此时的绝热压缩功就可写成式2.1。这是经14常用的表达式。虽然它与式2.2的差别在于仅忽略了占比例很小的动能差值，但在实际的试验与测量中却很方便，其静压也较易测得准确。k−1⎡⎤k⎛p*⎞kC2−C2**⎢⎜4⎟⎥**41W=RT−1=C()T−T=C()T−T+(2.2)ad1⎢⎜*⎟⎥p4ad1p4ad1k−1p2⎝1⎠⎢⎣⎥⎦北京理工大学魏名山压气机的热力学过程---理想绝热压缩功的p-v图和T-s图北京理工大学魏名山压气机的热力学过程---实际多变过程的p-v图和T-s图ò从p-v图上可以看出，多变压缩功比理想绝热压缩功多一块面积W，从

8、T-S图上可以看到和流动阻力功所对应的发热v量Wr。北京理工大学魏名山压气机的热