第二章-涡轮增压器PPT课件

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涡轮增压器上较少采用
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半开式压气机叶轮
只有轮盖，性能介 于开式与闭式之间。
结构相对简单，制 造方便，且强度和 刚度都较高。
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涡轮增压器中应用广泛
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星形压气机叶轮
在半开式叶轮的轮 盘边缘叶片之间挖 去一块，减轻了叶 轮质量，减小了叶 轮应力，并保证了 一定的刚度，能承 受很高的转速。
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多在小型涡轮增压器中应用
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叶片扩压器
在环形通道中加上若干导向叶片，使气流沿 叶片通道流动。
气流流动路线短，流动损失小，效率高。 叶片形成的通道使气流的流通面积迅速增大，
扩压能力强，尺寸小。 缺点：当流量偏离设计工况，叶片入口气流
将撞击叶片，使效率急剧下降。
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叶片扩压器
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2.1.1.4 压气机蜗壳
作用：收集从扩压器 出来的空气，将其引 导到发动机的进气管； 同时进一步将扩压器 出来的空气的动能转 化为压力能，有一定 的扩压作用。
第二章 涡轮增压器与中冷器
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2.1 离心式压气机
压气机分轴流式与离心式 离心式亚及其结构紧凑、质量轻，在较宽的
流量范围内能保持较好的效率，且对于小尺 寸压气机，效率优于轴流式。 涡轮增压器一般都采用离心式压气机。
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2.1.1 离心式压气机的结构
进气道 1 叶轮 2 压气机蜗壳 3 扩压器 4
但是扩压器和蜗壳效率低， 因此压气机效率低。
涡轮增压器不采用
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径向叶片叶轮
叶片径向分布，不弯曲。 压气机效率比前弯叶片高，
比后弯叶片低。 刚度和强度最好，能承受较
高的圆周速度。
在增压比较低的涡轮增压器中得到较多应用
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后弯叶片叶轮
叶片逆旋转方向弯曲。 做功能力最小。 空气压力的提高大部分都在
作用：使气流以尽量小的撞击进入叶轮。
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压气机叶轮的分类（根据轮盘的结构形式）
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开式压气机叶轮
没有轮盘，流动损失大，叶轮效率低； 叶片刚性差，易振动。
涡轮增压器上较少采用
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闭式压气机叶轮
既有轮盘又有轮盖， 流道封闭，流动损 失小，叶轮效率高；
结构复杂，制造困 难；
在叶轮高速旋转时 离心力大，强度差。
分类：变截面蜗壳、 等截面蜗壳。
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变截面蜗壳
截面面积沿周向越接近出口越大，流动损失 小，效率较高。
外形尺寸小，应用广泛
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等截面蜗壳
流通截面沿周向不变，截面面积按压气机最 大流量确定。
流动损失大，效率低。
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蜗壳截面形状与出口形式
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2.1.2 压气机工作原理
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2.1.2.1 压气机中空气状态的变化
压力升高，温度随压力 升高。
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2.1.2.1 压气机中空气状态的变化
压气机蜗壳——动能 进一步转化为压力能 ——空气速度下降， 压力、温度上升。
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压气机空气状态分析的要点
压气机中只有叶轮对空气做功，其他部件不 做功，仅存在工质能量的转化。
若不计传热损失，进气道出口空气总能量与 进气道进口空气总能量相同，即进气道出口 空气滞止温度等于环境空气滞止温度。
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压气机叶轮的分类（按叶片的长短）
全长叶片叶轮
叶轮进口流动损失小，效率高 对于小直径叶轮，进口处气流阻塞较为严重
长短叶片叶轮
小型涡轮增压器多采用
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压气机叶轮的分类（按叶片沿径向的弯曲 形式）
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前弯叶片
叶片沿径向向旋转方向弯曲。
对空气的做功能力最强。
主要增加空气动能，对压力 能增加较少，要求空气的动 能更多的在扩压器和蜗壳中 转化为压力能。
叶轮中完成，因此效率高， 应用较多。
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前弯后曲式叶轮（后掠式叶轮）
叶片沿径向后弯的同时向旋转方向钱倾。 压气机效率高，高效范围广。
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2.1.1.3 扩压器
作用：将压气机叶轮出口的高速空气的动能 转变为压力能。
效率：
叶轮出口空气动能转换为压力能的转化量 扩压器效率=
定熵过程动能转化为压力能的转化量
分类：
无叶扩压器 叶片扩压器
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无叶扩压器
无叶扩压器是一环形通道。 气流在该通道中近似沿对数螺旋线的轨迹运
动，气流流动轨迹在任意直径处与切向的夹 角基本不变。 缺点：气流流动路线长，损失大，效率低， 出口流通面积小，扩压能力低。 优点：流量范围宽，结构简单，制造方便。 应用：经常处于变工况运行的小型涡轮增压 器。
以焓与a点相同
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2.1.2.2 压气机中的焓熵图
压气机定熵做功叶 轮出口滞止状态
压气机实际出口 状态2的滞止状态
压气机定熵做功 叶轮出口状态
4s*与1*两点间的焓 差即为定熵过程压气
机的压缩功
叶轮对空气做功， 空气压力升高
压气机出口 空气的动能
实际的定熵 压缩功
结论：Wb>Wabd，. 定熵过程耗功最少！ 33
2.1.2.2 压气机中的焓熵图
由于扩压器与蜗壳 不做功，因此其出 口状态的滞止焓相
等
蜗壳出口状 态
扩压器出口 状态
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压气机实际耗功计算公式：
W bH 2 *H 1 *cp(T 2 *T 1 *)
工质的定压比热容
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压气机定熵过程耗功计算公式： W ab d H 2 * s H 1 *cp(T 2 * s T 1 *)
进气道——渐缩—— 少部分的压力能转化为 动能——Pa略有下降， 速度Ca略有上升， 温度Ta随之降低。
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2.1.2.1 压气机中空气状态的变化
压气机叶轮—— 叶轮对空气做功—— 空气的压力、温度、 速度都上升。
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2.1.2.1 压气机中空气状态的变化
扩压器流通截面渐扩 ——气体部分动能转化为 压力能——空气速度下降，
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2.1.1.1 进气道
将外界空气导向压气机叶轮。 渐缩形 分轴向进气道和径向进气道两种
为什么要做成渐缩形？
提示：流速增加，压力减小！
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2.1.1.2 压气机叶轮
将涡轮提供的机械能转变为空气的压力能和 动能。
分为导风轮和工作叶轮两部分
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导风轮
叶轮入口的轴向部分，叶片入口向旋转方向 前倾，直径越大处前倾越多。
扩压器和蜗壳中空气总能量等于叶轮出口处 空气总能量，即叶轮出口处、扩压器出口处 和蜗壳出口处的滞止温度相同。
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2.1.2.2 压气机中的焓熵图
环境状态：进 气道入口处的
滞止状态a
进气道出 口状态1
a——1有流动损失， 因此熵增；出口滞止 压力p1低于进口滞 止压力p1*
1*为进气道出口处的 滞止状态，因绝热，所