内燃机增压技术(2)

1、 第二章 离心式压气机 2-12-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析1离心式压气机结构简图及工作过程离心式压气机结构简图及工作过程 第二章 离心式压气机2-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析 空气沿进气道（1）进入工作轮（2），沿着工作轮上叶片所构成的通道流动，由于工作轮中空气随工作轮一起旋转，因此受到离心力的作用，使空气压缩，这时压力从P1增加到P2，气流速度从C1增加到C2，空气在工作轮中的压缩及其速度增加是由于驱动工作轮的机械功转化而来的 。在扩压器（3）中，把工作轮流出的空气动能转为压力能，空气速度从C2降低到C3，压力从P2增加到P3，空气经扩压器

2、后，进入出气蜗壳（4），在出气蜗壳中空气动能继续转变为压力能，压力进一步升高到P4，速度降低到C4。 第二章 离心式压气机 2-12-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析 2压气机的等熵压缩功分析压气机的等熵压缩功分析 压气机的作用是提高压气机的作用是提高气体的压力。并应在消气体的压力。并应在消耗功为最少的情况下达耗功为最少的情况下达到预规定的压力值。在到预规定的压力值。在各种条件下，等熵压缩各种条件下，等熵压缩所消耗的功最小，故把所消耗的功最小，故把等熵压缩功等熵压缩功Wks作为衡量作为衡量实际压缩过程好坏的尺实际压缩过程好坏的尺度。度。 第二章 离心式压气机2-1 2-1

3、离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析21理想状态 空气从压气机进口状态a(Pa,Ta)被等熵压缩至出口状态4s(,)，这时所需的等熵压缩功为 ： （2-1） 利用等熵压缩过程的气体状态方程式 (常数) 式中： -气体比重 k-等熵指数 4sksadpWKKpVpconst(1)kdpconst kd第二章 离心式压气机2-1 2-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析将将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-气体常数气体常数 -增压比增压比 41sakskR TTWk144()kkssaaPTTP4SkaPP11( 22

4、)1kkakk sK R TWkk第二章 离心式压气机2-1 2-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析2 22 2 实际状态实际状态 压气机的实际压缩过程是伴随着流动阻力损失和热量交换压气机的实际压缩过程是伴随着流动阻力损失和热量交换的，是沿着熵增加的方向进行的。过程线的，是沿着熵增加的方向进行的。过程线a-4a-4表示了该多变压表示了该多变压缩过程，为了便于进行多变压缩过程（实际）和等熵压缩过缩过程，为了便于进行多变压缩过程（实际）和等熵压缩过程（理想）比较，通常认为两种压缩过程具有相同的初、终程（理想）比较，通常认为两种压缩过程具有相同的初、终压。这时实际压缩过程的终点压。

5、这时实际压缩过程的终点4(4(P4P4、T4T4) )和等熵压缩过程的终和等熵压缩过程的终点点4s(4s(P4P4、) )在同一根等压线在同一根等压线P4P4上。上。 多变压缩功为：多变压缩功为： （2-32-3） 4/knaWdp第二章 离心式压气机2-1 2-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析将多变过程方程式将多变过程方程式 代入（代入（2-32-3）式，整理后得）式，整理后得 n-n-多变指数，与流动阻力有关。多变指数，与流动阻力有关。(1)ndpconst nd 4/1knaWnR TTn第二章 离心式压气机2-1 2-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程

6、分析 从T-S图看出，多变压缩功大于等熵压缩功，即： -热阻功：因克服流动阻力消耗的功在压缩过程中几乎全转变为热量，对气体进行了补充加热，导致实际压缩功增加。rknksWWWrW第二章第二章 离心式压气机离心式压气机2-1 2-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析3 3压气机的主要工作参数压气机的主要工作参数 1) 增压比 定义：压气机出口气流压力与进口气流压力之比。它是压气机最主要的工作指标 。 P4-压气机出口气流压力 Pa-环境压力（压气机进口气流压力）4kapp第二章 离心式压气机2-1 2-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析 2) 流量 定义：单位时

7、间内流过压气机气体的重量或体积。 每一台压气机在一定的流量范围内，用给定增压比下，其最大流量 和最小流量 之比来表示，一般 压气机的流量范围决定了它适用的柴油机功率范围，流量范围越宽，其适用的发动机机功率范围愈大。maxGminGmaxmin34.5GG第二章 离心式压气机2-12-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析3) 转速定义：压气机工作轮每分钟的转速称为压气机转速。 -压气机工作轮外端线速度压气机工作轮外端线速度 -压气机工作轮外径压气机工作轮外径 对增压器来说，工作转速一般控制在每分钟几万转至十几万转，个别压气机最高转速达20万转/分以上。2260kunD2u2D第二

8、章 离心式压气机2-12-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析4)效率 压气机消耗的总功为 式中：进气速度Ca与出口速度C4基本接近，故压气机消耗的总功主要用于气体的压缩功 ，和克服流动阻力损失22224444()212aapraacccckdpWWR TTgkg22402accg4adprW第二章 离心式压气机2-1 离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析（1）等熵效率定义：压气机等熵压缩功和消耗的总功之比 当忽略压气机进、出口的气流动能差时，故 在涡轮增压器中压气机等熵效率一般为0.70-0.85。/kskspWW44saksaTTTT第二章 离心式压气机2-1

9、离心式压气机工作过程分析离心式压气机工作过程分析（2）多变效率定义：压气机多变压缩功和消耗的总功之比 当忽略压气机进、出口的气流动能差时，故 由于多变压缩功大于等熵压缩功，故：/knknpWW(1)(1)(1)(1)knn nn kk kk n(0.97 0.99)kskn第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析1. 1. 工作轮结构及工作特性工作轮结构及工作特性 压气机工作轮由导风轮和叶轮组成，工作轮是压气机最重要的元件，涡轮传输给压气机的功能通过工作轮传给空气，从而使工作轮出口处的空气压力和绝对速度都大大增加，以达到增压的目的。导风轮叶轮第二

10、章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 压气机工作轮由导风轮和叶轮组成。其中，叶轮按结构形式分为：闭式、半开式、开式三种：闭式半开式开式第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 压气机按工作轮叶片转向不同分为：前弯叶片、径向叶片、后弯叶片：前弯径向后弯第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 涡轮增压器中最主要采用的三种工作轮的特点。1 1）径向半开式工作轮）径向半开式工作轮（1）强度、刚度好，允许较高的圆周速度，叶轮转递给空气的能量大，能获得较高的增压

11、压力；（2）制造简单，效率低。（3）在涡轮增压器中应用最广，特别是在中、高增压时。第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析2）后弯闭式工作轮（1）工作轮传递给空气的能量较少，而空气压力的提高是在叶轮内完成的；（2）工作轮出口的气流较均匀;（3）低增压时，采用此种增压方式。第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析3 3）开式工作轮）开式工作轮 叶轮对称地去掉叶轮对称地去掉一部分，从而减少了一部分，从而减少了叶轮的应力，能承受叶轮的应力，能承受很高的转速。很高的转速。 增压压力较高，广增压压力较高，广泛

12、使用于小型涡轮增泛使用于小型涡轮增压器中。压器中。第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析2 .2 .工作轮中气流运动工作轮中气流运动2.1 2.1 工作轮进口的气流运动工作轮进口的气流运动 为了分析工作轮进口截面为了分析工作轮进口截面1-11-1处的气流运动。以半径为处的气流运动。以半径为r r的圆柱的圆柱面切割叶轮。使圆柱面轴心线与叶轮轴线重合，将得到的切面面切割叶轮。使圆柱面轴心线与叶轮轴线重合，将得到的切面在平面上展开。得到：在截面在平面上展开。得到：在截面1-11-1处，任一点（如图处，任一点（如图b b），气流），气流的绝对速度的绝对

13、速度 是相对速度是相对速度 和牵连速度和牵连速度 的矢量和。即：的矢量和。即： 1C 1w 1u111cwu 第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 假设：进气为轴向进气时，气流的绝对速度 的圆周分量 ，此时 ，这时可认为沿整个截面1-1的绝对速度场是均匀的，但由于圆周速度(牵连速度) 沿半径变化而变化，因此相对速度 在截面1-1上也沿半径发生变化。 任意半径r处的圆周速度为 其中其中 -叶轮旋转的角速度叶轮旋转的角速度 -叶轮进口处半径上任一点处的圆叶轮进口处半径上任一点处的圆周速度周速度 1C10uC11aCC1u1(25)ur1u1w第二

14、章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 任意半径处的相对速度为任意半径处的相对速度为 （2-62-6） 在轴向进气时在轴向进气时 ，当叶轮转速一，当叶轮转速一定时，定时， ，故根据（，故根据（2-62-6）式，）式， 随半径随半径r r的增加的增加而增大，这时气流的入口角而增大，这时气流的入口角 按下式确定按下式确定: : （2-7） 22221111()() )wcucr11aCCconstconst1w1111aacctgur1第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析根据（根据（2-7）式，可以看

15、出：）式，可以看出：气流入口角气流入口角 是沿半径增加而减小是沿半径增加而减小的，在叶轮进口外径处的，在叶轮进口外径处 值为最值为最小；小；11第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 从从(b)图可以看出，如果叶片进口构造图可以看出，如果叶片进口构造角角 为为90，则气流按，则气流按 角以速度角以速度 进入叶轮时，必然和叶片前缘发生撞击，进入叶轮时，必然和叶片前缘发生撞击，致使气流脱离叶片。致使气流脱离叶片。 一般将叶片前缘做成扭转的，其扭一般将叶片前缘做成扭转的，其扭转方向与转方向与 方向相同，这时气流能平顺方向相同，这时气流能平顺地进入叶轮

16、通道，减少了气流与叶片撞地进入叶轮通道，减少了气流与叶片撞击引起的损失，如图击引起的损失，如图(c)。1B11w1u第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 因为气流角因为气流角 随半径增加而减小，随半径增加而减小，所以叶片构造角所以叶片构造角 也应随半径增也应随半径增加而减小，即叶轮前缘扭转的程度加而减小，即叶轮前缘扭转的程度随半径增加而增加，这样损失最小。随半径增加而增加，这样损失最小。11B第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析2.2 工作轮流道内的气流运动分析工作轮流道内的气流运动分析2.

17、气体流动与离心力变化特点气体流动与离心力变化特点 空气在工作轮叶道内的流动是有粘性、可压缩、三元不稳空气在工作轮叶道内的流动是有粘性、可压缩、三元不稳定流动。质量为定流动。质量为 的气体微元体在旋转的叶道内的离心力为：的气体微元体在旋转的叶道内的离心力为： 沿叶轮进口至出口，半径沿叶轮进口至出口，半径r r逐渐增大，气体微元体的离心力逐渐增大，气体微元体的离心力也逐渐增大。离心力的增加是气体压力增加的主要因素，离心也逐渐增大。离心力的增加是气体压力增加的主要因素，离心式压气机因此得名。式压气机因此得名。 dm22udFrdmdmr第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气

18、流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析2.2.2 2.2.2 工作轮结构变化特征工作轮结构变化特征 为使部分动能变为压力能，现有的压气机工作轮多采用扩压流道，叶片通道截面从进口至出口逐渐增大，相对速度 则逐渐减小，即叶轮出口相对速度小于进口相对速度 ，虽然采用扩压流道会增加流动阻力，但能使叶轮出口的静压力增加，但对于提高压气机的增压比是有利的。2w1w第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析.3速度与压力的变化特征速度与压力的变化特征 空气在工作轮叶道内的流动空气在工作轮叶道内的流动 ，可认为是空气以相对速，可认为是空气以相对速

19、度的平均值度的平均值 作径向流动和空气以速度作径向流动和空气以速度 作环流运动的两种作环流运动的两种运动相加的结果。运动相加的结果。CwwmwmCwww第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 由于流道宽度上的相对速度分布不均匀，气体压力分布也由于流道宽度上的相对速度分布不均匀，气体压力分布也不均匀，在给定的工作轮叶轮半径不均匀，在给定的工作轮叶轮半径 上，工作叶轮的角速上，工作叶轮的角速度度 ，流道内空气比重，流道内空气比重 不变，则空气相对运动，据伯不变，则空气相对运动，据伯努利方程努利方程: : 相对速度相对速度 大的地方，则压力大的地方，

20、则压力P P 就小，反之则亦然。对于工就小，反之则亦然。对于工作轮每一个叶片的两面，压力面上的压力大于速度面上的压力作轮每一个叶片的两面，压力面上的压力大于速度面上的压力而形成了压差，整个叶轮各叶片每边压力差之和就产生了工作而形成了压差，整个叶轮各叶片每边压力差之和就产生了工作轮旋转时必须克服的阻力矩。轮旋转时必须克服的阻力矩。rconst2/2p rwgconstw第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 由于工作叶片压力面一边的环流速度和径向速度是反向由于工作叶片压力面一边的环流速度和径向速度是反向的，当两者关系不合适时，有可能出现的，当两者

21、关系不合适时，有可能出现 ，从而引起，从而引起叶轮通道中的气流倒流，这种倒流产生很大的流动阻力。叶轮通道中的气流倒流，这种倒流产生很大的流动阻力。 为了防止倒流，叶轮出口相对速度径向分速为了防止倒流，叶轮出口相对速度径向分速 和圆周速和圆周速度度 应保持合适的比值。应保持合适的比值。 Cmww2rw2u22/0.2 0.35rwu 第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析2.3 工作轮出口的气流分析及参数的确定工作轮出口的气流分析及参数的确定 2.3.1 功率系数 定义： 由于工作轮叶片通道内环流运动的影响，使叶轮出口相对速度 向反叶轮旋转方向偏

22、斜，因而绝对速度 也向增加气流角 的方向偏斜，这样速度 的圆周分量就减小了，工作轮的作功能力也就随之减小，一般采用功率系数 来衡量环流运动对叶轮作功能力的影响大小，功率系数计算式为： 2w2c2c2第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 - -实际圆周分量，实际圆周分量， - -无穷多叶的工作轮出口的无穷多叶的工作轮出口的绝对速度的圆周分量绝对速度的圆周分量 。22uUCC2uC2uC第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析1）径向叶轮2）后弯叶轮 -叶片数 ， -叶片相对长度 )(1 (3211

23、221rrZmk)1 (2sin11212rrZmkBkZ12mrr第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析2.3.2 速度、温度、压力参数的确定1) 1)出口气流速度及相应气流角出口气流速度及相应气流角 对于径向叶轮，出口气流绝对速度可对于径向叶轮，出口气流绝对速度可根据速度三角形求得：根据速度三角形求得：因为因为所以所以为保证不产生回流为保证不产生回流 相应的气流相应的气流角 22222ruccc22uuc22/ucu22ucu22222()rccu2220.2 0.35rrcwu222u/rarctgcc214 20第二章 离心式压气机2-

24、2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析2 )2 )出口气流温度及压力出口气流温度及压力（1 1）工作轮出口处的气温）工作轮出口处的气温 -叶轮所作之功叶轮所作之功（2 2）工作轮出口的气体压力）工作轮出口的气体压力 据多变方程得据多变方程得 -工作轮中的多变指数，工作轮中的多变指数， 222121()()/ 21pkR TTWCCgK221221(1)()(1)2pW kcckRTTgkkRpW2T22/(1)2211()nnTPPT2n21.45 1.55n 第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析2.4 压气机的工作

25、轮中的能量转换压气机的工作轮中的能量转换 2.4.1叶轮对气体所作之功 据欧拉动量矩定理 -叶轮对气体所作的理论功 -叶轮轮盘摩擦功 pW2211(28)uupthdfdfc uc uWWWWgthWdfW第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析利用叶轮进、出口速度三角形：利用叶轮进、出口速度三角形：将上两式代入（将上两式代入（2-82-8），整理后，得），整理后，得 222111112ucuwc u222222222ucuwc u222222212121()()()(29)222pdfccwwuuWWggg第二章 离心式压气机2-2 压气机工作

26、轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 式（式（2-92-9）表明：压气机消耗的功用于三）表明：压气机消耗的功用于三方面方面: : （1 1）在叶轮中转变为压力能和克服流动阻）在叶轮中转变为压力能和克服流动阻力，以力，以 表示；显然叶轮外径表示；显然叶轮外径处处 越大，叶轮通道扩压度越大，叶轮通道扩压度 越大，则越大，则加给气体能量越多，气体压力增加越大；加给气体能量越多，气体压力增加越大； 12ww22222121()()22wwuugg2udf第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 （2 2）增加气体在工作轮出口的动能，）增加气

27、体在工作轮出口的动能，以以 表示。这部分动能将在扩压表示。这部分动能将在扩压器、蜗壳中部分继续转变为压力能；器、蜗壳中部分继续转变为压力能； 2221()2CCg第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析 （3 3）克服叶轮旋转时的摩擦阻力，）克服叶轮旋转时的摩擦阻力，以以 表示表示 -摩擦系数(0.025-0.07) dfW22dfdfuWgdf第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析2.5 各种压气机工作轮作功能力对比前弯式叶片径向式叶片后弯式叶片22290OBuCu22290OBuCu22290

28、OBuCu第二章 离心式压气机2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析压气机工作轮结构及气流运动分析（1 1）前弯式叶片，其构造角）前弯式叶片，其构造角（2 2）径向式叶片，其构造角）径向式叶片，其构造角（3 3）后弯式叶片，其构造角）后弯式叶片，其构造角 根据公式（根据公式（2-82-8）可知，前弯式叶片的叶轮作功量）可知，前弯式叶片的叶轮作功量最大，径向叶片的作功量次之，后弯式叶片工作轮最大，径向叶片的作功量次之，后弯式叶片工作轮作功量最少。作功量最少。22290OBuCu22290OBuCu22290OBuCu第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的流量特性分析1 1.定义定义 压气机的

29、流量特性压气机的流量特性-与柴油机的特性一样，压气机的特性也是表明压气机在工作情况变化时它的主要参数的变化规律。在一定的环境条件下，在压气机的转速不变时，压气机增压比和效率随空气流量的变化关系，称为压气机的流量特性。 第二章 离心式压气机 2-3 离心式压气机的流量特性分析2 2压气机特性线的变化特点压气机特性线的变化特点 k1）当转速等于某一常数时，增压特性线( )的变化，随 的减小，增压比值 开始是增加的，当 减小至某一值时， 值为最大，然后随 的进一步减小， 值逐渐下降，故等速增压线为一马鞍型。kkGkGkGkGkk第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的特性分析等速增压线为一马鞍型原

30、因分析等速增压线为一马鞍型原因分析 以径向叶轮为例。并假定轴向进气，即以径向叶轮为例。并假定轴向进气，即是说：是说： 则则10uC222222/()/pudfdfWC ugugug 2211uupthdfdfc uc uWWWWg第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的特性分析 故，在理想情况下，即没有流动阻力损失时，故，在理想情况下，即没有流动阻力损失时，即是说：即是说： 则：则： 由于所假定的情况为理想情况，压气机消耗的由于所假定的情况为理想情况，压气机消耗的功完全用来压缩空气，故：功完全用来压缩空气，故： 0df22/pWug22/pksWWug第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机

31、的特性分析当压气机工作轮以当压气机工作轮以 ，恒转速工作时：，恒转速工作时：则：则：故：根据等熵压缩功计算公式故：根据等熵压缩功计算公式有：有： -等熵指数等熵指数 故故: :理想情况下，理想情况下， 不随流量不随流量 改变而变化。改变而变化。 1()(1)1kkksakkWRTkcnk2uconstpksWWconst1(1)1kkskkaWkRTkkkkG第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的特性分析1 1）理想条件下，由于没有损失，）理想条件下，由于没有损失， 不随不随 而改变而改变 ，如图，如图aaaa线；线；2 2）如果不考虑撞击损失，摩擦损失随气）如果不考虑撞击损失，摩擦损失随

32、气流速度增加而增大，则压气机的功流速度增加而增大，则压气机的功 不不仅用于压缩空气，而且用于克服摩擦阻仅用于压缩空气，而且用于克服摩擦阻力。则增压比力。则增压比 随流量随流量 增加而减少，增加而减少，如如bbbb线所示；线所示；3 3）当流量偏离设计）当流量偏离设计 时，气流不能平顺时，气流不能平顺地进入叶道而发生撞击，无论加大或减地进入叶道而发生撞击，无论加大或减小流量，气流进入叶片时都会引起撞击小流量，气流进入叶片时都会引起撞击损失，而且流量偏离设计值愈多，则撞损失，而且流量偏离设计值愈多，则撞击损失愈大，当考虑了全部流动损失后，击损失愈大，当考虑了全部流动损失后，增压比随流量增压比随流量

33、 变化关系为变化关系为A-B-CA-B-C线所线所示。示。 kkGpWkkGdGkG第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的特性分析2 2）对效率）对效率 特性线来讲，当特性线来讲，当转速转速 一定时，因为压气机一定时，因为压气机的等熵压缩功的等熵压缩功 随流量随流量 而变化的关系大致与增压而变化的关系大致与增压 比比 随流量随流量 而变化的关而变化的关系相同，且压气机消耗的总系相同，且压气机消耗的总功功 与流量与流量 无无关，所以压气机的效率关，所以压气机的效率 随随流量流量 变化的特点和增压变化的特点和增压 比比 特性变化的特点相似。特性变化的特点相似。 ksksksWkGkGkGkGk

34、kkn22()/pdfWug第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的特性分析 只有在设计工况时，只有在设计工况时， 为最为最高，当工况变化时，流量和转速高，当工况变化时，流量和转速大于或小于设计工况，都使流动大于或小于设计工况，都使流动损失增加，导致效率损失增加，导致效率 下降。下降。ksks第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的特性分析3 3）在 时，压气机的流量减小至某一最小值时，压气机的工作便出现不稳定状态即会产生喘振。喘振。把每一个转速下的喘振点连接起来就是喘振边界或称稳定工作边界。喘振边界或称稳定工作边界。压气机喘振时，压气机中的气流出现强烈的振荡，引起叶片发生猛烈的振动，产生

35、很大的噪音，压气机出口压力显著下降，同时伴随着很大的波动。knC 第二章 离心式压气机 2-3 离心式压气机的特性分析喘振原因及分析：喘振原因及分析： 当压气机偏离设计工况后，当压气机偏离设计工况后，流量偏大或偏小，在流量偏大或偏小，在工作轮工作轮进进口叶片边缘和口叶片边缘和扩压器叶道扩压器叶道内都内都会产生涡旋，但是其后果是不会产生涡旋，但是其后果是不一样的。一样的。（1 1）当流量等于设计值时，气流）当流量等于设计值时，气流能平顺地进入叶片通道，不会能平顺地进入叶片通道，不会引起气流撞击叶片前缘而产生引起气流撞击叶片前缘而产生漩涡。漩涡。第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的特性分析（

36、2）在大流量时，涡旋只局限于进口边缘，仅导致撞击的增加，不会引起压气机特性的变化。如在图（1）中，空气流入工作轮叶片时，在叶轮进口处被挤向凹面。在扩压器叶道中，如图（2）所示，气流被挤向叶片的凸部 。因此，产生的涡旋受到其它气流的压迫，所占的区域不大，不会造成气流从叶片上强烈分离。 （1）（2）第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的特性分析（3）在空气流量较小时，情况就在空气流量较小时，情况就完全相反，导致气流就进入叶道完全相反，导致气流就进入叶道时，撞击叶片凹面前缘，而在叶时，撞击叶片凹面前缘，而在叶片凸面产生气流的旋涡和分离，片凸面产生气流的旋涡和分离，拐弯的离心力、惯性促使工作轮拐弯

37、的离心力、惯性促使工作轮进口叶片凸面（扩压器叶片凹面）进口叶片凸面（扩压器叶片凹面）上涡旋区域的扩大，造成了气流上涡旋区域的扩大，造成了气流从叶片上的强烈分离，并很快扩从叶片上的强烈分离，并很快扩展到整个叶片扩压器和叶片通道展到整个叶片扩压器和叶片通道内，使高压空气周期性地抛入发内，使高压空气周期性地抛入发动机进气管中，使气流产生强烈动机进气管中，使气流产生强烈的振荡和倒流，从而造成了进气的振荡和倒流，从而造成了进气管内压力的大幅度变化。管内压力的大幅度变化。 第二章 离心式压气机2-3 离心式压气机的特性分析4）当转速变化时，流量随转速变化较小，而增压比随转速的变化较大，在压气机的特性线上，

38、高的转速对应着高的增压比和大的流量，喘振点也随着转速升高向增大流量的方向移动。同时，转速增加时，流动损失增加。并且在高转速时，气体马赫数的增加，造成高增压比条件下，压气机波阻损失增大，因此高转速时，效率和增压比随流量的不同，变化较大，致使增压特性线变化更陡峭。第二章 离心式压气机2-4 离心式压气机特性线的调整方法1 1.发动机选配涡轮增压器的要求1）发动机达到预期增压效果 达到预定的功率、经济指标，增压器供给发动机所需空气流量、增压压力；2）涡轮增压器应能在发动机各工况下稳定运行，不能出现喘震现象；3）涡轮增压器应能在发动机各工况下高效运行，联合运行线应穿过压气机的高效率区，且尽可能和压气机

39、等效率线平行；4）在发动机各工况下，涡轮增压器运转无异常现象，如：超速、超温。第二章 离心式压气机2-4 离心式压气机特性线的调整方法 为了获得良好的涡轮增压器与柴油机配合的特性，往为了获得良好的涡轮增压器与柴油机配合的特性，往往需要对压气机特性线进行调整。往需要对压气机特性线进行调整。 第二章 离心式压气机 2-4 离心式压气机特性线的调整方法2. 2. 流量范围的选择和调整流量范围的选择和调整 如图所示，当发动机与型号如图所示，当发动机与型号涡轮增压器配合工作时，联合运涡轮增压器配合工作时，联合运行线行线a-aa-a穿过压气机的穿过压气机的 喘振线，这喘振线，这说明说明号增压器的流量对该柴

40、油号增压器的流量对该柴油机是偏大的。机是偏大的。当运行线当运行线a-aa-a穿过喘振线不太多时，穿过喘振线不太多时，可调整压气机的某些结构参数，可调整压气机的某些结构参数，使压气机的喘振线向左移动一定使压气机的喘振线向左移动一定的距离，因而运行线便可脱离喘的距离，因而运行线便可脱离喘振线，使涡轮增压器与柴油机有振线，使涡轮增压器与柴油机有良好的配合性。良好的配合性。2) 2) 采用上述方法不能解决问题时，则采用上述方法不能解决问题时，则需要流量较小的增压器（型号需要流量较小的增压器（型号）。同时，为避免）。同时，为避免压气机运行压气机运行在低效率区，这时可调整压气机在低效率区，这时可调整压气机的结构参数，使压气机的喘振线的结构参数，使压气机的喘振线向右移动一定的距离，保证运行向右移动一定的距离，保证运行线通过压气机的高效率区。线通过压气机的高效率区。 第二章 离心式压气机2-4 离心