工程科技離心式壓氣機的原理與設計課件

第三章

離心式壓氣機的原理與設計(2)渦輪增壓技術(shù)

1第三章

離心式壓氣機的原理與設計(2)渦輪增壓技術(shù)

1離心式壓氣機的原理與設計(2)壓氣機的功率系數(shù)μ葉輪效率與流體效率葉輪出口處空氣狀態(tài)參數(shù)的確定擴壓器集氣器（渦殼）壓氣機特性2離心式壓氣機的原理與設計(2)壓氣機的功率系數(shù)μ2壓氣機的功率系數(shù)實際的葉輪傳遞給空氣的能量和具有無限多葉片的假想葉輪傳遞給空氣的能量相比，其能量減少后的比值。---功率系數(shù)的定義和意義3壓氣機的功率系數(shù)實際的葉輪傳遞給空氣的能量和具有無限多葉片的壓氣機的功率系數(shù)功率系數(shù)μ與葉輪的葉片數(shù)z及葉輪的相對幾何尺寸，主要是葉片的相對長度rm1/r2有關(guān)。左為葉輪具有徑向葉片時計算功率系數(shù)的卡尚特然經(jīng)驗公式。---影響因素與經(jīng)驗公式(1)4壓氣機的功率系數(shù)功率系數(shù)μ與葉輪的葉片數(shù)z及葉輪的相對幾何尺壓氣機的功率系數(shù)根據(jù)卡尚特然公式計算的μ與葉輪的葉片數(shù)z及葉輪的葉片的相對長度rm1/r2關(guān)系如左圖所示。由圖中可以看出：z越大，μ越大；rm1/r2越小（葉片相對長度越大），μ也越大---影響因素與經(jīng)驗公式(2)5壓氣機的功率系數(shù)根據(jù)卡尚特然公式計算的μ與葉輪的葉片數(shù)z及葉壓氣機的功率系數(shù)計算功率系數(shù)μ的經(jīng)驗公式還有多種，其中以STODOLA的最具代表性。他在公式內(nèi)包含了葉片出口安裝角βg2，因而對于徑向，前彎，后彎三種葉片都適用。---影響因素與經(jīng)驗公式(3)6壓氣機的功率系數(shù)計算功率系數(shù)μ的經(jīng)驗公式還有多種，其中以ST壓氣機的功率系數(shù)μ值也可根據(jù)葉片數(shù)來選取。上表中，z=29的數(shù)值是根據(jù)理論拋物線而得出的，實際上當z>=20時，μ值的增長是極平緩的，故μ=0.92可認為是實際上的最大值。---經(jīng)驗取值(1)z24710141629μ0.520.670.770.820.870.890.927壓氣機的功率系數(shù)μ值也可根據(jù)葉片數(shù)來選取。上表中，z=29的壓氣機的功率系數(shù)在實際的葉輪設計中，葉片數(shù)z也經(jīng)常根據(jù)不同的葉輪直徑來確定，其經(jīng)驗數(shù)據(jù)如上表。可以看出隨著葉輪直徑的增大，葉片數(shù)增多，這是因為對于小直徑葉輪，如果葉片數(shù)太多，則會形成阻塞。新型的渦輪增壓器中，z比上表所給的數(shù)據(jù)要小一些。---經(jīng)驗取值(2)D2606575100z121416188壓氣機的功率系數(shù)在實際的葉輪設計中，葉片數(shù)z也經(jīng)常根據(jù)不同的壓氣機的功率系數(shù)當葉輪采用前彎或后彎葉片時，實際上不用μ值而用K值來計算葉輪所做的功，K=cu2/cu2∞，用K來表示功率系數(shù)。其中，cu2∞為理想情況下假定葉片為無限多，且無限薄時，在葉輪出口處氣流的切向絕對速度。一般取K`=1.8，用于計算非徑向葉片時，上式比其它公式更為精確。---K值的計算9壓氣機的功率系數(shù)當葉輪采用前彎或后彎葉片時，實際上不用μ值而葉輪效率與流體效率葉輪效率η2的定義：葉輪內(nèi)氣體的總焓升H2*與葉輪的有效功We之比。葉輪效率表征葉輪工作的完善程度。---葉輪效率(1)10葉輪效率與流體效率葉輪效率η2的定義：葉輪內(nèi)氣體的總焓升H2葉輪效率與流體效率圖3-19表示在不同的a1/t1條件下，葉輪效率η2與ca1’及u2’的試驗曲線。a1，表示葉輪進口處兩葉片之間最小截面(喉部)的寬度；t1，表示葉輪進口處葉片間的節(jié)距。圖中u2為葉輪圓周的比速度，a1/t1為喉口寬度與節(jié)距之比。由圖可以看出，當ca1=0.25-0.35時，η2最高；a1/t1的值越小則η2也越高。---葉輪效率(2)11葉輪效率與流體效率圖3-19表示在不同的a1/t1條件下，葉葉輪效率與流體效率葉輪的最高效率約為0.85-0.93，后彎葉片時可達0.94-0.95；并且是在較小的u2下達到最高效率值。當u2=1.0-1.2時（此時πc=2.2-2.5），葉輪的最高效率值降低了，且η2-ca1曲線也變陡了。當達到πc=3-3.5時，η2顯著降低，而且壓氣機特性線也變得更加陡峭。因此，設計高增壓比的壓氣機，其任務之一就是將葉輪效率，提高到0.90-0.92的水平。后彎葉片，對提高葉輪效率有一定成效。三元流計算及一些現(xiàn)代設計方法為葉輪效率的提高打下了基礎。---葉輪效率(3)12葉輪效率與流體效率葉輪的最高效率約為0.85-0.93，后彎葉輪效率與流體效率壓氣機級的絕熱壓縮功Wad與葉輪圓周速度為u2時，所獲得的最大總絕熱壓縮功Wadmax之比，定義為壓氣機的流體效率，也可稱為壓力頭系數(shù)。流體效率表征葉輪能夠完成做功的程度。---流體效率13葉輪效率與流體效率壓氣機級的絕熱壓縮功Wad與葉輪圓周速度為葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(1)如果取由能量方程可得：14葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(1)如果取由能量方程可得：14葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(2)可得：葉輪出口處的壓力，可按多變方程計算：在較為精確的計算中，可以令15葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(2)可得：在較為精確的計算中，可葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(3)空氣在葉輪任一通道上的流動都不可能是均態(tài)的。因此計算所得數(shù)值是空氣的平均參數(shù)值。葉輪葉片的出口寬度b由流量方程確定，且應考慮到葉片實際厚度對流道有效面積的堵塞影響。16葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(3)空氣在葉輪任一通道上的流動都擴壓器擴壓器的作用是將由葉輪流出的氣體動能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?勢能)。擴壓器可分為有葉和無葉兩種。一般講，有葉擴壓器的最高效率值較大，然而能適應的流量范圍卻較窄；無葉擴壓器的最高效率值較低，而效率曲線隨流量變化較平緩，故能適應較寬的流量范圍。---擴壓器的分類17擴壓器擴壓器的作用是將由葉輪流出的氣體動能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫U壓器車輛發(fā)動機所使用的增壓器，常常在一個很寬的范圍內(nèi)工作，因而多采用無葉擴壓器。無葉擴壓器也稱縫隙式擴壓器，由兩片光滑的圓盤壁組成。盤壁之間可以互相平行，也可成一定的錐角。---無葉擴壓器18擴壓器車輛發(fā)動機所使用的增壓器，常常在一個很寬的范圍內(nèi)工作，擴壓器若D4/D3>1.8-1.9時，壓力增加并不很明顯，而流程摩擦損失將急劇增加，所以選用直徑比不可過大。在0.85<b4/b3<1.15時，擴壓器的最高效率實際上沒有變化，為制造方便，通常選b4/b3=1。---無葉擴壓器的尺寸19擴壓器若D4/D3>1.8-1.9時，壓力增加并不很明顯，而擴壓器進行第二次或多次迭代計算。---無葉擴壓器出口參數(shù)計算這里的多變指數(shù)一般取1.7-2.0。20擴壓器進行第二次或多次迭代計算。---無葉擴壓器出口參數(shù)計算集氣器---形狀(1)21集氣器---形狀(1)21集氣器---形狀(2)22集氣器---形狀(2)22集氣器---形狀(3)渦殼截面的形狀可以有很多種，以梨形的損失最小，但各種形狀相差不大，所以在設計時更多地是考慮尺寸上的小型化。近年來逐漸多采用的鴨蛋形截面渦殼能得到最小的外形尺寸。23集氣器---形狀(3)渦殼截面的形狀可以有很多種，以梨形的損集氣器---流道計算(1)左上式為渦殼內(nèi)的各項損失，對左上式取極值可得到渦殼內(nèi)損失最小時，渦殼內(nèi)的最佳氣流速度，如左下式所示。csopt相當大，約為c4’的70%到80%。因此有必要將渦殼的出口管道適當?shù)刈龀蓴U壓形式，將動能進一步轉(zhuǎn)化成壓力能。渦殼進口處的速度渦殼內(nèi)氣流速度損失系數(shù)24集氣器---流道計算(1)左上式為渦殼內(nèi)的各項損失，對左上式集氣器---流道計算(2)25集氣器---流道計算(2)25集氣器---流道計算(3)假設渦殼內(nèi)氣體密度不變：根據(jù)等環(huán)量定理，可改寫為：等環(huán)量定理：將不同截面形狀的關(guān)系b=f(R)代入上式，可求解渦殼的尺寸。26集氣器---流道計算(3)假設渦殼內(nèi)氣體密度不變：根據(jù)等環(huán)量集氣器---流道計算(4)將某一個確定的RH值代入上式，就可以求出一個對應的φ值。如此變更不同的RH值，就可得到相應的不同的φ值。將一系列φ值與它對應的RH值制成表格或曲線后，再反過來由表格或曲線用插值法，求出各所需的指定整數(shù)φ值及對應的R值27集氣器---流道計算(4)將某一個確定的RH值代入上式，就可集氣器---渦殼出口氣體參數(shù)計算渦殼出口處的空氣流速可選定為100~120m/s，多變指數(shù)n4可選1.8~1.9。28集氣器---渦殼出口氣體參數(shù)計算渦殼出口處的空氣流速可選定為壓氣機特性---定義壓氣機特性：以轉(zhuǎn)速為參變量，壓氣機的壓比和效率隨流量變化的關(guān)系，稱之為壓氣機特性。利用壓氣機的流量特性曲線，就可以判斷壓氣機本身的性能是否優(yōu)越及其工作范圍的大小，還可利用它與發(fā)動機的耗氣特性相配合，來檢驗壓氣機與發(fā)動機的匹配是否合理。29壓氣機特性---定義壓氣機特性：以轉(zhuǎn)速為參變量，壓氣機的壓比壓氣機特性---形狀(1)右圖為國內(nèi)富源渦輪增壓器的壓氣機流量特性曲線。橫坐標流量，縱坐標壓比，參變量轉(zhuǎn)速，縱向曲線為等效率線。喘振線堵塞線30壓氣機特性---形狀(1)右圖為國內(nèi)富源渦輪增壓器的壓氣機流壓氣機特性---形狀(2)霍尼韋爾(Honeywell)公司的GT15V增壓器壓氣機特性曲線。31壓氣機特性---形狀(2)霍尼韋爾(Honeywell)公司壓氣機特性---形狀(3)左圖體現(xiàn)了壓氣機特性曲線的畫法。先根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分別畫出效率-流量圖和壓比-流量圖，然后將兩圖如左所示排列，在效率圖上作和橫軸平行的線，將其和效率線的交點投影到壓比圖上，就可以在壓比-流量圖上作出等效率圈，從而完成壓氣機特性曲線的繪制。32壓氣機特性---形狀(3)左圖體現(xiàn)了壓氣機特性曲線的畫法。先壓氣機特性---工作范圍(1)以壓氣機轉(zhuǎn)速為參變量的每一條等轉(zhuǎn)速線上，都有最小的允許工作流量的極限值，稱為喘振點。在喘振點上及小于喘振點的流量時，壓氣機中的氣流產(chǎn)生強烈振蕩，葉片振動，并伴有很大的噪音。因此無法正常工作。將不同等轉(zhuǎn)速線上的喘振點相連，就成為喘振線。每一條等速線都有最大的流量極限，大于流量極限值的范圍稱為阻塞區(qū)。壓氣機在接近阻塞區(qū)工作時，其絕熱效率急劇下降，故一般使壓氣機工作于絕熱效率大于60%以上的流量范圍之內(nèi)。33壓氣機特性---工作范圍(1)以壓氣機轉(zhuǎn)速為參變量的每一條等壓氣機特性---工作范圍(2)壓氣機不能在流量低于或接近于喘振線時工作，也不能在阻塞區(qū)及絕熱效率低于60%處長期運轉(zhuǎn)。將阻塞區(qū)附近且絕熱效率大于等于60%的流量稱為最大流量，將喘振點的流量稱為最小流量，兩者之比值Qmax/Qmin越大，壓氣機可以正常工作的范圍越大，就越符合車用增壓器的要求。34壓氣機特性---工作范圍(2)壓氣機不能在流量低于或接近于喘壓氣機特性---喘振(1)喘振時，流經(jīng)壓氣機的氣流出現(xiàn)強烈的振動，在進口處出現(xiàn)氣體逆流現(xiàn)象，在出口處氣流壓力出現(xiàn)強烈脈動，強烈喘振極易引起葉片或軸承損壞。35壓氣機特性---喘振(1)喘振時，流經(jīng)壓氣機的氣流出現(xiàn)強烈的壓氣機特性---喘振(2)當進入壓氣機的空氣流量偏離設計狀態(tài)時，在葉輪的進口邊緣就會產(chǎn)生氣體的分離現(xiàn)象。圖a表示設計流量值，圖b表示流量較大時，這時候在葉片凹面產(chǎn)生分離，但由于葉片的運動趨勢抑制了分離所產(chǎn)生的渦流進一步發(fā)展，所以氣流的分離只局限于進口邊緣。轉(zhuǎn)速不變、流量變化所引起的氣流進口角的變化36壓氣機特性---喘振(2)當進入壓氣機的空氣流量偏離設計狀態(tài)壓氣機特性---喘振(3)圖c所示為流量較小時的情況，在葉輪進口處葉片非工作面(葉背)部分產(chǎn)生分離。此時，一方面氣流由于在葉背部分加速流動，壓力降低，另一方面由于氣流的慣性使得它有離開葉背的傾向，因而渦流迅速擴展到壓氣機的其它部分。轉(zhuǎn)速不變、流量變化所引起的氣流進口角的變化37壓氣機特性---喘振(3)圖c所示為流量較小時的情況，在葉輪壓氣機特性---喘振(4)對于具有葉片式擴壓器的渦輪增壓器來說，在擴壓器處也會產(chǎn)生喘振，所不同的是，由于氣流有按照對數(shù)螺旋線運動的趨勢，所以會在葉凹處產(chǎn)生分離，而不是在葉背處。相同點是都在小流量時產(chǎn)生喘振。38壓氣機特性---喘振(4)對于具有葉片式擴壓器的渦輪增壓器來壓氣機特性---分析(1)一條等轉(zhuǎn)速的壓氣機特性線，其形狀為中間最高，兩端曲線向下，即在某一流量時，壓比和絕熱效率為最大值。在理想條件下，如果壓氣機轉(zhuǎn)速不變，有效功完全用來壓縮空氣，提高壓比，此時壓氣機的壓比與流量無關(guān)，等轉(zhuǎn)速的特性線是一條水平線，如左所示a-a。39壓氣機特性---分析(1)一條等轉(zhuǎn)速的壓氣機特性線，其形狀為壓氣機特性---分析(2)在實際過程中，必然有一部分功用來克服摩擦損失和撞擊損失等。摩擦損失隨著流量的增大而增大，計及摩擦損失的壓比線如左上圖b-B-b所示。對于撞擊損失而言，在設計點，壓氣機進口處氣流方向與葉片前緣的安裝角方向基本重合，幾乎在無撞擊情況下流入葉片。而在非設計狀態(tài)下，撞擊損失增大。再計及撞擊損失后的壓比線如左上圖A-B-c所示。40壓氣機特性---分析(2)在實際過程中，必然有一部分功用來克4141AsmassflowreducesFORTHESAMESPEED,inletaxialvelocitydecreaseshenceinletflowdoesn’talignwellwiththebladeangle.Eventually,likeanaircraftwingflyingatahighangleofattack,theflowontheupperbladesurface‘stalls’AsmassflowreducesFORTHESAMESPEED,thewheeloutletflowbecomesmoretangentialandeventuallydoesnothavesufficientmomentuminaradialdirectiontogetintothediffuser.Asaconsequenceofthis,theoutletflowcanre-circulateMidmap,inletflowalignswithinletbladeanglesMidmap,wheeloutletflowentersthediffuserwithenoughmomentumtoovercometheradiallyincreasingpressuregradient.“Surge”isacomplexphenomenonrelatedtoinducerstallandwheeloutletflowrecirculation喘振是與進氣停滯和輪子出口氣流回流有關(guān)的的復雜現(xiàn)象

Map圖中央，氣流沿著葉片進氣角度流入同樣速度下，當質(zhì)量流量減小時，進氣軸向速度降低，氣流流向偏離葉片進氣角，最終象飛機機翼沿著大的迎角飛行一般，氣流在葉片上表面“失速”Map圖中央，輪子出口處氣流有足夠的動量克服徑向遞增的壓力進入擴氣器同樣速度下，當質(zhì)量流量減小時，切向速度增大，最終在徑向因動量不足而無法進入擴壓器，這樣的結(jié)果就使出口處氣流回流42AsmassflowreducesFORTHESA第三章

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43第三章

離心式壓氣機的原理與設計(2)渦輪增壓技術(shù)

1離心式壓氣機的原理與設計(2)壓氣機的功率系數(shù)μ葉輪效率與流體效率葉輪出口處空氣狀態(tài)參數(shù)的確定擴壓器集氣器（渦殼）壓氣機特性44離心式壓氣機的原理與設計(2)壓氣機的功率系數(shù)μ2壓氣機的功率系數(shù)實際的葉輪傳遞給空氣的能量和具有無限多葉片的假想葉輪傳遞給空氣的能量相比，其能量減少后的比值。---功率系數(shù)的定義和意義45壓氣機的功率系數(shù)實際的葉輪傳遞給空氣的能量和具有無限多葉片的壓氣機的功率系數(shù)功率系數(shù)μ與葉輪的葉片數(shù)z及葉輪的相對幾何尺寸，主要是葉片的相對長度rm1/r2有關(guān)。左為葉輪具有徑向葉片時計算功率系數(shù)的卡尚特然經(jīng)驗公式。---影響因素與經(jīng)驗公式(1)46壓氣機的功率系數(shù)功率系數(shù)μ與葉輪的葉片數(shù)z及葉輪的相對幾何尺壓氣機的功率系數(shù)根據(jù)卡尚特然公式計算的μ與葉輪的葉片數(shù)z及葉輪的葉片的相對長度rm1/r2關(guān)系如左圖所示。由圖中可以看出：z越大，μ越大；rm1/r2越?。ㄈ~片相對長度越大），μ也越大---影響因素與經(jīng)驗公式(2)47壓氣機的功率系數(shù)根據(jù)卡尚特然公式計算的μ與葉輪的葉片數(shù)z及葉壓氣機的功率系數(shù)計算功率系數(shù)μ的經(jīng)驗公式還有多種，其中以STODOLA的最具代表性。他在公式內(nèi)包含了葉片出口安裝角βg2，因而對于徑向，前彎，后彎三種葉片都適用。---影響因素與經(jīng)驗公式(3)48壓氣機的功率系數(shù)計算功率系數(shù)μ的經(jīng)驗公式還有多種，其中以ST壓氣機的功率系數(shù)μ值也可根據(jù)葉片數(shù)來選取。上表中，z=29的數(shù)值是根據(jù)理論拋物線而得出的，實際上當z>=20時，μ值的增長是極平緩的，故μ=0.92可認為是實際上的最大值。---經(jīng)驗取值(1)z24710141629μ0.520.670.770.820.870.890.9249壓氣機的功率系數(shù)μ值也可根據(jù)葉片數(shù)來選取。上表中，z=29的壓氣機的功率系數(shù)在實際的葉輪設計中，葉片數(shù)z也經(jīng)常根據(jù)不同的葉輪直徑來確定，其經(jīng)驗數(shù)據(jù)如上表?？梢钥闯鲭S著葉輪直徑的增大，葉片數(shù)增多，這是因為對于小直徑葉輪，如果葉片數(shù)太多，則會形成阻塞。新型的渦輪增壓器中，z比上表所給的數(shù)據(jù)要小一些。---經(jīng)驗取值(2)D2606575100z1214161850壓氣機的功率系數(shù)在實際的葉輪設計中，葉片數(shù)z也經(jīng)常根據(jù)不同的壓氣機的功率系數(shù)當葉輪采用前彎或后彎葉片時，實際上不用μ值而用K值來計算葉輪所做的功，K=cu2/cu2∞，用K來表示功率系數(shù)。其中，cu2∞為理想情況下假定葉片為無限多，且無限薄時，在葉輪出口處氣流的切向絕對速度。一般取K`=1.8，用于計算非徑向葉片時，上式比其它公式更為精確。---K值的計算51壓氣機的功率系數(shù)當葉輪采用前彎或后彎葉片時，實際上不用μ值而葉輪效率與流體效率葉輪效率η2的定義：葉輪內(nèi)氣體的總焓升H2*與葉輪的有效功We之比。葉輪效率表征葉輪工作的完善程度。---葉輪效率(1)52葉輪效率與流體效率葉輪效率η2的定義：葉輪內(nèi)氣體的總焓升H2葉輪效率與流體效率圖3-19表示在不同的a1/t1條件下，葉輪效率η2與ca1’及u2’的試驗曲線。a1，表示葉輪進口處兩葉片之間最小截面(喉部)的寬度；t1，表示葉輪進口處葉片間的節(jié)距。圖中u2為葉輪圓周的比速度，a1/t1為喉口寬度與節(jié)距之比。由圖可以看出，當ca1=0.25-0.35時，η2最高；a1/t1的值越小則η2也越高。---葉輪效率(2)53葉輪效率與流體效率圖3-19表示在不同的a1/t1條件下，葉葉輪效率與流體效率葉輪的最高效率約為0.85-0.93，后彎葉片時可達0.94-0.95；并且是在較小的u2下達到最高效率值。當u2=1.0-1.2時（此時πc=2.2-2.5），葉輪的最高效率值降低了，且η2-ca1曲線也變陡了。當達到πc=3-3.5時，η2顯著降低，而且壓氣機特性線也變得更加陡峭。因此，設計高增壓比的壓氣機，其任務之一就是將葉輪效率，提高到0.90-0.92的水平。后彎葉片，對提高葉輪效率有一定成效。三元流計算及一些現(xiàn)代設計方法為葉輪效率的提高打下了基礎。---葉輪效率(3)54葉輪效率與流體效率葉輪的最高效率約為0.85-0.93，后彎葉輪效率與流體效率壓氣機級的絕熱壓縮功Wad與葉輪圓周速度為u2時，所獲得的最大總絕熱壓縮功Wadmax之比，定義為壓氣機的流體效率，也可稱為壓力頭系數(shù)。流體效率表征葉輪能夠完成做功的程度。---流體效率55葉輪效率與流體效率壓氣機級的絕熱壓縮功Wad與葉輪圓周速度為葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(1)如果取由能量方程可得：56葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(1)如果取由能量方程可得：14葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(2)可得：葉輪出口處的壓力，可按多變方程計算：在較為精確的計算中，可以令57葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(2)可得：在較為精確的計算中，可葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(3)空氣在葉輪任一通道上的流動都不可能是均態(tài)的。因此計算所得數(shù)值是空氣的平均參數(shù)值。葉輪葉片的出口寬度b由流量方程確定，且應考慮到葉片實際厚度對流道有效面積的堵塞影響。58葉輪出口空氣狀態(tài)參數(shù)的確定(3)空氣在葉輪任一通道上的流動都擴壓器擴壓器的作用是將由葉輪流出的氣體動能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?勢能)。擴壓器可分為有葉和無葉兩種。一般講，有葉擴壓器的最高效率值較大，然而能適應的流量范圍卻較窄；無葉擴壓器的最高效率值較低，而效率曲線隨流量變化較平緩，故能適應較寬的流量范圍。---擴壓器的分類59擴壓器擴壓器的作用是將由葉輪流出的氣體動能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫U壓器車輛發(fā)動機所使用的增壓器，常常在一個很寬的范圍內(nèi)工作，因而多采用無葉擴壓器。無葉擴壓器也稱縫隙式擴壓器，由兩片光滑的圓盤壁組成。盤壁之間可以互相平行，也可成一定的錐角。---無葉擴壓器60擴壓器車輛發(fā)動機所使用的增壓器，常常在一個很寬的范圍內(nèi)工作，擴壓器若D4/D3>1.8-1.9時，壓力增加并不很明顯，而流程摩擦損失將急劇增加，所以選用直徑比不可過大。在0.85<b4/b3<1.15時，擴壓器的最高效率實際上沒有變化，為制造方便，通常選b4/b3=1。---無葉擴壓器的尺寸61擴壓器若D4/D3>1.8-1.9時，壓力增加并不很明顯，而擴壓器進行第二次或多次迭代計算。---無葉擴壓器出口參數(shù)計算這里的多變指數(shù)一般取1.7-2.0。62擴壓器進行第二次或多次迭代計算。---無葉擴壓器出口參數(shù)計算集氣器---形狀(1)63集氣器---形狀(1)21集氣器---形狀(2)64集氣器---形狀(2)22集氣器---形狀(3)渦殼截面的形狀可以有很多種，以梨形的損失最小，但各種形狀相差不大，所以在設計時更多地是考慮尺寸上的小型化。近年來逐漸多采用的鴨蛋形截面渦殼能得到最小的外形尺寸。65集氣器---形狀(3)渦殼截面的形狀可以有很多種，以梨形的損集氣器---流道計算(1)左上式為渦殼內(nèi)的各項損失，對左上式取極值可得到渦殼內(nèi)損失最小時，渦殼內(nèi)的最佳氣流速度，如左下式所示。csopt相當大，約為c4’的70%到80%。因此有必要將渦殼的出口管道適當?shù)刈龀蓴U壓形式，將動能進一步轉(zhuǎn)化成壓力能。渦殼進口處的速度渦殼內(nèi)氣流速度損失系數(shù)66集氣器---流道計算(1)左上式為渦殼內(nèi)的各項損失，對左上式集氣器---流道計算(2)67集氣器---流道計算(2)25集氣器---流道計算(3)假設渦殼內(nèi)氣體密度不變：根據(jù)等環(huán)量定理，可改寫為：等環(huán)量定理：將不同截面形狀的關(guān)系b=f(R)代入上式，可求解渦殼的尺寸。68集氣器---流道計算(3)假設渦殼內(nèi)氣體密度不變：根據(jù)等環(huán)量集氣器---流道計算(4)將某一個確定的RH值代入上式，就可以求出一個對應的φ值。如此變更不同的RH值，就可得到相應的不同的φ值。將一系列φ值與它對應的RH值制成表格或曲線后，再反過來由表格或曲線用插值法，求出各所需的指定整數(shù)φ值及對應的R值69集氣器---流道計算(4)將某一個確定的RH值代入上式，就可集氣器---渦殼出口氣體參數(shù)計算渦殼出口處的空氣流速可選定為100~120m/s，多變指數(shù)n4可選1.8~1.9。70集氣器---渦殼出口氣體參數(shù)計算渦殼出口處的空氣流速可選定為壓氣機特性---定義壓氣機特性：以轉(zhuǎn)速為參變量，壓氣機的壓比和效率隨流量變化的關(guān)系，稱之為壓氣機特性。利用壓氣機的流量特性曲線，就可以判斷壓氣機本身的性能是否優(yōu)越及其工作范圍的大小，還可利用它與發(fā)動機的耗氣特性相配合，來檢驗壓氣機與發(fā)動機的匹配是否合理。71壓氣機特性---定義壓氣機特性：以轉(zhuǎn)速為參變量，壓氣機的壓比壓氣機特性---形狀(1)右圖為國內(nèi)富源渦輪增壓器的壓氣機流量特性曲線。橫坐標流量，縱坐標壓比，參變量轉(zhuǎn)速，縱向曲線為等效率線。喘振線堵塞線72壓氣機特性---形狀(1)右圖為國內(nèi)富源渦輪增壓器的壓氣機流壓氣機特性---形狀(2)霍尼韋爾(Honeywell)公司的GT15V增壓器壓氣機特性曲線。73壓氣機特性---形狀(2)霍尼韋爾(Honeywell)公司壓氣機特性---形狀(3)左圖體現(xiàn)了壓氣機特性曲線的畫法。先根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分別畫出效率-流量圖和壓比-流量圖，然后將兩圖如左所示排列，在效率圖上作和橫軸平行的線，將其和效率線的交點投影到壓比圖上，就可以在壓比-流量圖上作出等效率圈，從而完成壓氣機特性曲線的繪制。74壓氣機特性---形狀(3)左圖體現(xiàn)了壓氣機特性曲線的畫法。先壓氣機特性---工作范圍(1)以壓氣機轉(zhuǎn)速為參變量的每一條等轉(zhuǎn)速線上，都有最小的允許工作流量的極限值，稱為喘振點。在喘振點上及小于喘振點的流量時，壓氣機中的氣流產(chǎn)生強烈振蕩，葉片振動，并伴有很大的噪音。因此無法正常工作。將不同等轉(zhuǎn)速線上的喘振點相連，就成為喘振線。每一條等速線都有最大的流量極限，大于流量極限值的范圍稱為阻塞區(qū)。壓氣機在接近阻塞區(qū)工作時，其絕熱效率急劇下降，故一般使壓氣機工作于絕熱效率大于60%以上的流量范圍之內(nèi)。75壓氣機特性---工作范圍(1)以壓氣機轉(zhuǎn)速為參變量的每一條等壓氣機特性---工作范圍(2)壓氣機不能在流量低于或接近于喘振線時工作，也不能在阻塞區(qū)及絕熱效率低于60%處長期運轉(zhuǎn)。將阻塞區(qū)附近且絕熱效率大于等于60%的流量稱為最大流量，將喘振點的流量稱為最小流量，兩者之比值Qmax/Qmin越大，壓氣機可以正常工作的范圍越大，就越符合車用增壓器的要求。76壓氣機特性---工作范圍(2)壓氣機不能在流量低于或接近于喘壓氣機特性---喘振(1)喘振時，流經(jīng)壓氣機的氣流出現(xiàn)強烈的振動，在進口處出現(xiàn)氣體逆流現(xiàn)象，在出口處氣流壓力出現(xiàn)強烈脈動，強烈喘振極易引起葉片或軸承損壞。77壓氣機特性---喘振(1)喘振時，流經(jīng)壓氣機的氣流出現(xiàn)強烈的壓氣機特性---喘振(2)當進入壓氣機的空氣流量偏離設計狀態(tài)時，在葉輪的進口邊緣就會產(chǎn)生氣體的分離現(xiàn)象。圖a表示設計流量值，圖b表示流量較大時，這時候在葉片凹面產(chǎn)生分離，但由于葉片的運動趨勢抑制了分離所產(chǎn)生的渦流進一步發(fā)展，所以氣流的分離只局限于進口邊緣。轉(zhuǎn)速不變、流量變化所引起的氣流進口角的變化78壓氣機特性---喘振(2)當進入壓氣機的空氣流量偏離設計狀態(tài)壓氣機特性---喘振(3)圖c所示為流量較小時的情況，在葉輪進口處葉片非工作面(葉背)部分產(chǎn)生分離。此時，一方面氣流由于在葉背部分加速流動，壓力降低，另一方面由于氣流的慣性使得它有離開葉背的傾向，因而渦流迅速擴展到壓氣機的其它部分。轉(zhuǎn)速不變、流量變化所引起的氣流進口角的變化79壓氣機特性---喘振(3)圖c所示為流量較小時的情況，在葉輪壓氣機特性---喘振(4)對于具有葉片式擴壓器的渦輪增壓器來說，在擴壓器處也會產(chǎn)生喘振，所不同的是，由于氣流有按照對數(shù)螺旋線運動的趨勢，所以會在葉凹處產(chǎn)生分離，而不是在葉背處。相同點是都在小流量時產(chǎn)生喘振。80壓氣機特性---喘振(4)對于具有葉片式擴壓器的渦輪增壓器來壓氣機特性---分析(1)一條等轉(zhuǎn)速的壓氣機特性線，