內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)(3)

第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性1．軸流渦輪的工作過程軸流渦輪的主要工作元件是固定的噴嘴環(huán)和旋轉(zhuǎn)的工作輪。一列噴嘴葉片和其后的一列工作葉片組成了渦輪的一個(gè)級(jí)。工作原理軸流渦輪增壓器徑流渦輪增壓器第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性2.氣體在噴嘴中的流動(dòng)2.1噴嘴通道截面的變化規(guī)律

噴嘴是渦輪級(jí)中的重要元件，氣體在噴嘴中流動(dòng)時(shí)，勢(shì)能部分地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，即壓力和溫度下降，而氣流速度上升，要實(shí)現(xiàn)這一能量的轉(zhuǎn)化，噴嘴流通截面與氣體流速也按一定的規(guī)律變化。利用流量連續(xù)方程和伯努利方程，近似求得噴嘴通道面積變化和流速(流量)變化以及馬赫數(shù)M之間的關(guān)系。

第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性1）當(dāng)M<1時(shí)，氣流速度為亞音速，若要>0，則必須使<0，即是說：要使亞高速氣流在噴嘴中不斷加速，則噴嘴的流道截面就必須沿氣流運(yùn)動(dòng)方向逐漸縮小，這種噴嘴就叫漸縮噴嘴。第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性2）當(dāng)M>1時(shí)，氣流速度為超音速，若要>0，則必須使>0，即是說：要使超音速氣流在噴嘴中不斷加速，則噴嘴流道截面沿氣流運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)逐漸擴(kuò)大，這種噴嘴叫漸擴(kuò)噴嘴。

第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性3）當(dāng)M=1,即氣流速度等于音速，這時(shí)噴嘴截面具有最小值，稱為臨界截面或喉部。4）當(dāng)M<1或M>1時(shí)，即氣流速度在噴嘴中從亞音速連續(xù)加速至超音速時(shí)，則噴嘴通道截面應(yīng)先漸縮后漸擴(kuò)，由亞音速到超音速的交界截面就是最小截面，這個(gè)截面上的氣流參數(shù)稱為臨界參數(shù)，氣流速度剛好等于音速，這種噴嘴稱為拉伐爾噴嘴。第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性2.2噴嘴出口的氣流速度及噴嘴中臨界熱力參數(shù)變化發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體在噴嘴中作等熵膨脹時(shí)，氣體從進(jìn)口滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)(、)等熵膨脹至出口狀態(tài)點(diǎn)1S（、），等熵膨脹功為：又根據(jù)能量守恒方程有：第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性噴嘴出口的理論速度為：實(shí)際上，空氣在噴嘴中存在流動(dòng)損失，所以噴嘴出口的實(shí)際流速小于理論流速，一般采用噴嘴速度系數(shù)來表示實(shí)際流速的減小程度。即：

第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性當(dāng)M=1時(shí)，此時(shí)氣體流動(dòng)處于臨界狀態(tài)，臨界狀態(tài)下氣體的狀態(tài)參數(shù)為：氣流的臨界溫度為:臨界壓力為:

臨界氣流速度為：

第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性2.3流過噴嘴的流量根據(jù)連續(xù)方程得流過噴嘴的流量：

其中：

---噴嘴出口流通截面積第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性在當(dāng)M=1時(shí)臨界狀況時(shí)，等熵指數(shù)k=1.33，得噴嘴中的臨界膨脹比為：此時(shí)，為最大值，得此時(shí)流量也為最大值：第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性3．渦輪中的流動(dòng)損失和效率3.1基本概念反動(dòng)度：它是渦輪工作輪的等熵膨脹功與級(jí)的等熵膨脹功之比。其中：---噴嘴中等熵膨脹功---工作輪的等熵膨脹功反動(dòng)度確定了噴嘴和工作輪之間的焓降分配或者說反動(dòng)度確定了噴嘴、工作輪之間的等熵膨脹功分配。第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性3.2氣體對(duì)工作輪葉片所作之輪周功

根據(jù)歐拉動(dòng)量矩定理，得到氣體對(duì)工作輪葉片所作之輪周功為：

由于所分析的葉輪級(jí)為一半徑為r的截面，則，同時(shí)根據(jù)速度三角形：第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性所以氣體對(duì)工作輪葉片所作之輪周功：利用速度三角形：將上二式代入（3-1）式，整理后得：第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性3.3渦輪級(jí)中的流動(dòng)損失1）噴嘴中的流動(dòng)損失噴嘴中相對(duì)損失系數(shù)為

第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性2）工作葉片中的流動(dòng)損失

---工作葉片出口的理論相對(duì)速度，

---工作葉片出口的實(shí)際相對(duì)速度，

---工作葉片速度系數(shù)工作葉片的損失系數(shù)為：第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性3）余速損失相對(duì)余速損失系數(shù)第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性4）徑向間隙損失工作葉片頂端與機(jī)殼之間的徑向間隙中，由于葉片凹面氣體壓力大于葉片背（凸）面的壓力，部分氣體通過徑向間隙產(chǎn)生徑向氣體潛流，減小了葉片每面的壓力差，這些能量損失就是徑向間隙損失。它一般用試驗(yàn)方法確定，用公式表示為

徑向間隙損失系數(shù)：=（0.01～0.05）第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性5）輪盤摩擦損失定義：工作輪的側(cè)表面與氣體摩擦所消耗的功，可按下式計(jì)算（Kw）

---系數(shù),一般≈3-4---工作輪前后氣體的平均比重

---工作輪外徑

---工作輪外徑處圓周速度第三章軸流、徑流式渦輪

§3－1軸流渦輪的工作過程及其特性3.4渦輪效率1）葉片效率

2）輪周效率

3）等熵效率4）有效效率

第三章軸流、徑流式渦輪

§3－2徑流渦輪的工作過程及其特性1.徑流渦輪的型式和特點(diǎn)

徑流渦輪的型式按氣流的運(yùn)動(dòng)方向可分為：1.1徑流離心式渦輪第三章軸流、徑流式渦輪

§3－2徑流渦輪的工作過程及其特性

在徑流離心式渦輪中，氣流運(yùn)動(dòng)的方向和離心式壓氣機(jī)相似，氣流從轉(zhuǎn)子的中心向外緣流動(dòng)，由于工作輪出口的圓周速度很大，故氣流離開工作輪時(shí)的余速損失很大，顯然降低了渦輪的效率。同時(shí)，哥氏之力所作的功是由工作輪傳給氣體的，從而減小了渦輪所作之功，故在一般增壓器中不采用徑流離心式渦輪。第三章軸流、徑流式渦輪

§3－2徑流渦輪的工作過程及其特性1.2徑流向心式渦輪

第三章軸流、徑流式渦輪

§3－2徑流渦輪的工作過程及其特性

在徑流向心式渦輪中，氣