第四章增压原理与喘振.ppt

二、废气涡轮增压器的工作原理 1．离心式压气机的基本工作原理 废气涡轮增压器的压气机一般都采用单级离心式压气机。 它由进气道、工作轮(也称压气机叶轮)、扩压器和排气蜗壳组成。 进气道是渐缩流道，在进气道中，压力、温度赂有降低。流速提高。正是因为压力降低，空气才被吸人工作轮。 空气进入压气机叶轮后，随叶轮高速回转，因而产生离心力。这样，空气在叶轮叶片间随叶轮作圆周运动的同时，在离心力的作用下向叶轮外缘流动并被压缩。在叶轮中气体的流速、压力、温度都升高了，其中流速提高了很多。 这是由于叶轮对气体作功，把叶轮的机械能变成了气体的动能和压力能。气体被压缩时也提高了温度。 在扩压器中，由于流道逐渐扩大，使空气的动能转换为压力能，流速降低，压力升高。 排气蜗壳中的通道也是渐扩的，因而空气流过时继续将动能转换为压力能。 空气在叶轮中的流动速度。 空气在压气机叶轮叶片间流道中的流动情况也可以用叶轮的进口和出口速度三角形来说明。先看b)图，空气沿轴向进入叶轮的进口，其速度为C1，叶轮进口 平均半径 r1处的圆周速度为u1，因此空气进入叶轮时的 相对速度 为W1 再看c）图，在叶轮的出口处，空气流出叶轮的相对速度为W2，该处的圆周速度为u2，因此空气流出叶轮时的实际速度为C2。 叶轮流道中流速分布很不均匀。速度大的地方压力小，速度小的地方压力大。叶轮叶片两面因此存在压差，形成了叶轮旋转工作时必须克服的力矩。 空气在扩压器中的流动。 气流流过时速度下降、压力、温度升高。气流质点通过扩压器时的轨迹是一条 对数螺旋线。 其运动方程 r=ekθ 压气机中的流动损失。 当压气机转速一定时，如不计流动损失，则其压比如最上条横线，不随流量Q而变。但压气机中有流动损失，它可分为摩檫损失和撞击损失两类。摩擦损失随气流流速变化，也就是随流量的增加而增大。压气机的撞击损失包括空气进入 叶轮 及进入 叶片扩压器 的撞击损失。 压气机的绝热效率 物理意义是：消耗在驱动压气机的功有多少转变为有用的压缩功，以此来表明压气机通流部分设计的完善程度。 2、单级轴流式涡轮机的基本工作原理 它的主要元件是固定的喷嘴环和旋转的工作叶轮。一列喷嘴叫片和其后的—列工作叶片组成了涡轮机的一个级。 具有—定压力P.和温度T.的废气以速度C.流入喷嘴环。在喷嘴环收缩形的流道中膨胀加速，其压力和温度降低到Pl和T1，而流速升高到C1，部分压力能转变为速度能。 从喷嘴出来的高速气流进入叶轮叶片间的流道时，气流被迫转弯。由于离心力的作用，迫使气流压向叶片凹面而企图离开叶片凸面。使叶片凹面上压力提高，凸面上压力降低。叶片的凹凸两面间产生压力差。此压力差的合力即为作用在叶片上的冲动力。作用在所有叶片上的冲动力对转轴产生一个冲动力矩。 叶轮叶片的通道也是收缩的，废气在其中继续膨胀加速，其流出叶轮的相对速度大于流入叶轮的相对速度。当气流在旋转的叶轮中流动时、因膨胀加速而给涡轮以反作用力，使得涡轮又得到一个反作用力矩(或称反动力矩)。 冲动力矩和反动力矩的方向是相同的，叶轮就在这两个力矩的共同作用下回转。 废气涡轮所作的轮周功的大小主要取决于燃气的流量和热状态。燃气在涡轮中的流动损失主要有流动摩擦损失、叶轮摩擦鼓风损失、漏气损失和叶片进口撞击损失等。在涡轮不全进气的情况下，摩擦鼓风损失很大，涡轮机在偏离设计工况下工作，气流进入叶片时就会产生撞击，偏离越大，撞击损失越大。 气流在叶片流道中流动时除了产生旋转力外，还产生轴向推力，使轴朝压气机方向窜动，因此必须在压气机端装设止推轴承。 三、离心式压气机的工作特性及喘振机理 离心式压气机在各种不同工况工作时，它的各主要参数会随之变化。在不同转速下压气机的排出压力和效率随空气流量的变化规律，称为离心式压气机的特性。表示这种特性的曲线叫压气机的特性曲线。 由图可以看出压气机特性曲线的变化具有如下主要特点： 1．在等转速运行线上，随着空气流量的增加，增压比开始时是增加的，当增加至某一值时，达最大值。之后再增压，便逐渐下降，所以，增压特性线似马鞍形状。 由图中还可看出，在等转速运行线上，效率随流量的变化也大致与增压特性线相似。 2．较低转速时，增压特性线变化较平坦；转速愈高，则增压特性线变化愈陡削，这说明在高转速时，较小的流量变化所对应的增压比的变化较大。 3．有一条喘振线。它是不同转速下压气机稳定运转的最小流量点的连线，即压气机稳定运转的边界线。喘振线以左为喘振区，喘振线以有为稳定工作区。最小流量点的数值是随着转速的升高向增大的方向移动。 当压气机的流量减小到—定值后，气体进入工作叶轮和扩压器的方向偏离