离心压气机讲解
燃气轮机离心压气机的设计与优化
燃气轮机离心压气机的设计与优化随着能源需求的不断增长，燃气轮机作为一种高效、节能的发电设备，受到了广泛的关注和应用。
其中，离心压气机是燃气轮机的核心部件之一，对燃气轮机的性能起着至关重要的作用。
本文将探讨燃气轮机离心压气机的设计与优化。
一、离心压气机的工作原理离心压气机是一种通过离心力使气体加速并增压的机械装置。
其工作原理如下：气体经过进气口进入离心压气机，然后被转子的离心力推向转子周围，同时通过转子的叶片加速，气体在叶片间产生压缩作用，最终达到所需的高压。
离心压气机的转子由多个叶片组成，叶片的形状和布局对其性能有着重要影响。
二、离心压气机的设计要点离心压气机的设计要点包括叶片尺寸、叶片数量、叶片形状以及离心机壳的结构等。
首先，叶片的尺寸决定了流量和压升的大小。
较小的叶片泵送气体的速度较快，但压升较小；较大的叶片泵送气体的速度较慢，但压升较大。
其次，叶片的数量对离心压气机的性能也有影响。
合理的叶片数量能够提高离心机的效率和排气能力。
此外，叶片的形状也是一个关键因素。
常见的叶片形状有直翼型、宽翼型和曲线翼型等。
不同的形状会影响气体流动的速度和流向，从而影响离心压气机的性能。
最后，离心机壳的结构对压气机的稳定性和流动损失也有一定影响。
合理设计离心机壳的进出口角度和形状可以减小流动损失，提高压气机的效率。
三、离心压气机的性能指标及优化方法离心压气机的性能指标主要包括压比、效率和气体流量。
压比指的是出口气体的总压力与进口气体的总压力之比。
效率是指离心压气机输入的机械功与输出的气体功之比。
气体流量则表示单位时间内通过压气机的气体体积。
离心压气机的设计目标是在给定的进口条件下，最大化压比和效率，同时满足所需的气体流量。
离心压气机的优化方法主要有以下几种：首先，可以通过改变叶片的形状和布局来改善离心机的性能。
例如，采用曲线翼型叶片可以提高离心机的效率和压比。
其次，可以通过增加叶片数量和合理设置叶片的进出口角度来改善离心机的性能。
第8节 离心式压气机
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 28
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 29
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 30
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 31
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 32
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 33
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 34
常见类型：管式扩压器和叶片式扩压器
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 9
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 10
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 11
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 12
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 13
扩压管：通过扩散通道，速度降低压力 升高，并且气流方向由径向转变为周向。 燃烧室出口有整流器，使出口气流流场 更加均匀。
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 6
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 7
2，离心式叶轮的分类及其 连接 分类： ①根据叶轮分： 直流式（图3.67） 前弯式（3.69b） 后弯式 ②单面叶轮和双面叶轮
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 8
3，扩压器
扩压器的气流涵道一般为扩散形，目的是使高速 气流的动能转变为压力能，一般由轴向和径向两段 组成。
NUM: 5
离心式压气机与轴流式压气机的比较：
①离心式压气机进气量小，轴流式压气机进气量 大。
②在进气量小的条件下，由于气流通道尺寸减小， 使得轴流式压气机的漏气损失等等显著增加，压 气机效率大大下降。故小流量离心式压气机效率 高于轴流式压气机效率。
离心压气机设计方法综述--
离心压气机设计方法综述压缩机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械，分为容积式和透平式两种。
透平式压缩机是一种叶片式旋转机械，其中气体压力的提高是利用叶片和气体的相互作用来实现的，按照结构分为离心式压气机和轴流式压气机两种。
离心式压气机中气体压力的提高，是由于气体流经叶轮时，由于叶轮旋转，使气体受到离心力的作用而产生压力，与此同时气体获得速度，而气体流过叶轮，扩压器等扩张通道时，气体的流动速度又逐渐减慢从而使气体压力得到提高。
设计一台离心压气机包括多方面的内容，主要有：结构设计；通流部分的选择和计算；强度与振动计算；工艺设计；自动控制和调节；以及驱动型式等问题。
这里主要讨论前两项。
在离心压气机设计方法上，先后出现了几何设计方法，二维气动设计方法，准三维气动设计方法，全三维气动设计方法。
以这些方法为理论基础，建立了离心压气机计算机辅助集成设计系统。
这种设计系统的建立，为高性能离心压气机设计提供了有效工具。
最早用于离心压气机叶轮叶片的成形方法是几何成型方法，这是一种比较简单的成型方法。
国内增压器研究领域在50年代从前苏联引进的径向叶片的“双回转中心法”是几何成型方法中的代表，并在国内涡轮增压器领域得到广泛的应用。
该方法成型规律比较简单，使用该方法设计前倾后弯曲线不太可能。
于是产生了离心压气机叶轮的“骨架成型法”，这种方法可以弥补“双补转中心法”的不足。
但是，成型后弯叶片时，需要数控铣床。
早期设计离心压气机叶轮时，设计人员认为叶片型线是由二次曲线组成的，如使用圆弧线，抛物线等代表叶型、轮缘、轮毂型线形状。
使用二次曲线表示的叶片型线形状的一般表达式为f ez dr cz brz ar +++++=22222γθ式中，r 为半径，z 为叶轮轴向坐标，a,b,c,d,e,f 为系数。
系数决定叶轮进口角度和叶型型线。
Eckerdt 即采用上式设计了Eckerdt 叶轮。
Whitfield 等人认为叶轮型线可由下式表示：(){}(){}1//=+++f e d e z b a ϕ式中，ϕ既可代表半径r 也可代表周向角度θ。
离心式压气机的工作原理
航空发动机原理压气机的工作原理根据气流在压气机的流动方向，可将压气分为两大类，气流沿离开叶轮中心方向流动的叶做离心式压气机；气流沿与叶轮轴平行方向流动的叫做轴流式压气机。
此外还有轴流式与离心式压气机混合而成的混合式压气机。
目前使用最广泛的是轴流式压气机，以下将作重点介绍。
轴流式压气机的基本组成，由静子和转子组成。
静子由多排叶片组成，这些叶片叫做整流叶片，由一排流叶片组成的圆环叫做整流环，各整流环固定在机匣上。
转子由多排叶轮组成，每一排叶轮上固定了许多工作叶片，压气机叶轮最终能过叶轮轴与涡轮的工作叶轮轴相连，并由涡轮带动高速旋转。
轴流式压气机的叶轮和整流环是交错排列的。
一个叶轮和后面相邻的整流环构成了压气机的一级。
单级压气机增压比不高。
一般约为1.2-1.8。
为了得到更高的增压比，目前用在民航机上的涡扇发动机的轴流式压气机级数常为10-20级，压气机增压比高达30-40。
有些轴流式压气机的进口安装了一排固定的导流叶片，它们所组成的圆环叫做导流环。
空气在压气机中的流动从进气道流入压气机的空气，首先流过导流环，然后依次流过各级的叶轮和整流环，最后从末级整流环流出进入燃烧室。
由于空气在压气机中的流动较为复杂，同时气流在不同半径叶片通道内的流动大体相仿，为了便于分析，我们假想用一条通过各级叶轮平均地半径处的直线绕叶轮旋转，来切割叶轮和整流环叶片，得到压气机——“基本级”，每级压气机可看成是很多基元级相叠加而成。
所以空气在基元级中的流动可看成压气机工作的缩影。
把所得到的基元级切片在平面上展开，就得到——平面叶栅图形。
目前大多数航空燃气轮机都采用轴流式压气机，只有小功率、小流量的涡轴和涡浆发动机上才采用离心式压气机。
在20世纪40年代末和50年代初、涡喷发动机也曾采用离心式压气机。
离心式压气机由导流器, 叶轮, 扩压器, 导气管等部分组成，叶轮和扩压器是其中两个主要部件。
导流器：安装在叶轮的进口处，其通道是收敛形的使气流以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失，空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降。
离心压气机理论-第二部分
这种现象可以简单地解释 为：当Cm2/C2较小的情况 下，气流在扩压器内的流 动轨迹延长，因此使壁面 摩擦损失增加，从而使扩 压器的压强恢复能力下降。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
为什么离心压气机可以稳 定工作？
一个扩压系统如果随流量增加，扩压能力增加，那么这个扩压 系统本身就是不稳定的。从图 11可以看出，无叶扩压器本身是 不稳定的。
实线为最高效率点状态
虚线为临近喘振状态 轮缘 轮毂 r/r21.08 轮缘 轮毂 1.33 轮缘 1.62 轮毂 轮缘
半径增大 轮毂 1.99
图12 最高效率点和临近喘振点测量不同半径比叶轮叶高方向径向速度分布
无叶扩压器-无叶扩压器特性
Bradshaw和 Laskin(1947) 对一系列不同转速的离心压气机扩压器 进行了试验研究，他们发现： •扩压器的损失主要发生在扩压器的入口和出口，扩压器内部损 失可以近似忽略。 •当扩压器出口直径减小时，扩压器出口损失增加，扩压器出口 损失近似和扩压器出口直径的平方成反比。因此整个压气机效 率会随着扩压器的直径减小而下降。 •扩压器出口直径的变化对扩压器入口损失、扩压器内部损失和 叶轮效率的影响很小。 •当叶轮载荷系数及叶轮叶尖速度变化时，扩压器的效率变化很 小。
无叶扩压器-无叶扩压器特性 借助图9，定性地给出了扩压器内部气团的运动轨迹，其中曲 线o-t代表理想情况下气团在揳形扩压器内的流动，是气团在 扩压器内可能出现的运行轨迹的上限，曲线o-q代表气团在气 动叶形扩压器或弯曲叶形扩压器中的运行轨迹。曲线o-s代表 气团在无叶扩压器内部流动轨迹。
无叶扩压器-无叶扩压器特性 理想状态下，气团在无叶扩压器内的运行轨迹是对数螺旋线， 这条运行轨迹是气团在扩压器内运行的下限。对于半径比为2， 入口流动角为6时，气团从扩压器入口运动到扩压器出口，将近 似旋转一周。由于在壁面存在着粘性阻力，会产生较高的摩擦 损失，因此无叶压器的压强恢复能力明显要比有叶扩压器的压 强恢复能力低一些。
离心式压气机的原理与设计(1)
n1 n1 −1
ξin为损失系数，可取 0.05 ~ 0.10
23
空气在进口段中的流动
---进口气流角 ---进口气流角
以叶轮旋转轴为中心轴， 作圆柱面切割叶轮，然后 展开，可以得到如左所示 的叶轮进口处的速度三角 形的图。 叶片安装角βg1,30-35° 进口气流角β1 气流冲角i，3-5° i=βg1- β1
---叶轮的结构(1) ---叶轮的结构(1) 叶轮的结构
铸造叶轮毛坯， 带长短叶片
26
空气在叶轮内的流动
---叶轮的结构(2) ---叶轮的结构(2) 叶轮的结构
五轴铣床铣削叶轮，一般用于大直径的叶轮制造
27
空气在叶轮内的流动
---叶轮的结构(3) ---叶轮的结构(3) 叶轮的结构
叶轮平衡去重位置
28
空气在叶轮内的流动
---导风轮与工作叶轮 ---导风轮与工作叶轮
离心式压气机叶轮由导风轮和工作叶轮两部分 组成。导风轮将流入气体由轴向转为径向；工 作叶轮使气体由内向外作径向流动。通常将直 径方向尺寸基本不变的一段叫做导风轮。 车辆用增压器由于压气机叶轮小型化及采用精 密铸造工艺，而将导风轮和工作叶轮铸成一个 整体，并统称压气机叶轮。
n k Wr = − n − 1 k − 1 R T4* − T1*
(
)
(3-6)
20
空气在进口段中的流动
---进口的形式(1) ---进口的形式(1) 进口的形式
车辆用增压器的进口型式一般为圆锥形或圆柱形，图 3-6(a)。极少部分的进口采用预扭叶片，以扩大压气 机的流量范围。
21
空气在进口段中的流动
前弯叶片，工作叶轮可将较多的能量传递给空气， 但是，这部分多出来的能量是以增加叶轮出口处的 气流速度的方式，即增加动能的方式传递给空气， 因而必须经过叶轮之后的扩压段，和涡壳通道才能 转变为气体的压力能。由于扩压段及涡壳中的效率 较低，这种形式的叶轮降低了压气机的级效率。 目前用的极少。
第二章 离心式压气机的原理与设计
内燃机增压技术第二章离心式压气机的原理与设计(３)魏名山第二章离心式压气机的原理与设计(３)z集气器（涡壳）z离心式压气机计算示例z压气机特性集气器---形状(2)集气器---形状(3)z涡壳截面的形状可以有很多种，以梨形的损失最小，但各种形状相差不大，所以在设计时更多地是考虑尺寸上的小型化。
近年来逐渐多采用的鸭蛋形截面涡壳能得到最小的外形尺寸。
集气器---流道计算(4)z将某一个确定的R H值代入上式，就可以求出一个对应的φ值。
如此变更不同的R值，就H可得到相应的不同的φ值。
将一系列φ值与它对应的R值制成表格或曲线后，再反过来由H表格或曲线用插值法，求出各所需的指定整数φ值及对应的R值。
离心式压气机计算示例---命题z 试为6150柴油机设计一台废气涡轮增压器。
增压前发动机的功率N e =184kW ，转速为2000RPM ，比油耗g e 为250g/kWh ，机械效率ηM =0.75。
增压后功率要求提高100%，环境压力P 0=98066.5Pa ，环境温度T 0=303K 。
离心式压气机计算示例---某些系数的选取z选定发动机的充气系数z过量空气系数z 扫气系数05.17.19.0===H H v H ϕαη离心式压气机计算示例---功率z 增压后发动机的功率N eHkW368%)1001(=+=e e N N H离心式压气机计算示例(1)z压气机具体的结构尺寸，可按照王延生、黄佑生著《车辆发动机废气涡轮增压》或朱大鑫著《涡轮增压与涡轮增压器》上所列的表格进行计算。
z其基本思路为：根据前述发动机计算，算出压比、流量后，按经验值假设压气机叶轮的出口直径，和压气机的绝热效率。
同时对计算过程中所涉及到的一些系数如各处的流动损失系数设值。
离心式压气机计算示例(2)z根据压比算出压气机绝热功，根据压气机绝热功和压头系数算出叶轮出口圆周速度，然后算出叶轮旋转速度。
z根据流量算进口面积和进口直径。
z然后根据前述的计算公式，从进口开始算到出口。
《离心式压气机的原理与设计》PPT课件讲义
的试验曲线。a1，表示叶轮进
口处两叶片之间最小截面(喉
部)的宽度；t1，表示叶轮进
口处叶片间的节距。
图中u2为叶轮圆周的比速度，
a1/t1为喉口宽度与节距之比。
由图可以看出，当ca1=0.250.35时，η2最高；a1/t1的值
越小则η2也越高。
1
2
叶轮效率与流体效率
75
100
z
12
14
16
18
在实际的叶轮设计中，叶片数z也经常根据
不同的叶轮直径来确定，其经验数据如上表。
可以看出随着叶轮直径的增大，叶片数增多，
这是因为对于小直径叶轮，如果叶片数太多，
则会形成阻塞。新型的涡轮增压器中，z比
上表所给的数据要小一些。
9
压气机的功率系数
---K值的计算
K
cu2
cu2
cu2 /u2
实际的叶轮传递给空气
的能量和具有无限多叶
片的假想叶轮传递给空
气的能量相比，其能量
减少后的比值。
4
压气机的功率系数
---影响因素与经验公式(1)
1
1
2
1
3 z 1rm1 r2 2
r02 r12
rm1
2
功率系数μ与叶轮的叶
片数z及叶轮的相对几
何尺寸，主要是叶片的
离心式压气机的原理与设计
（Suitable for teaching courseware and reports）
2
离心式压气机的原理与设计(2)
压气机的功率系数μ
第3章 离心式压气机-2013
5、离心式压气机特性线的实验测量
压气机测试设备
Flow Nozzle 气流喷嘴
Test
Total Temperature
Pressure 总压
T ~ To 温度
Compressor
压气机
Throttle节流阀
Total
Pressure
Static
总压
Pressure
静压
热交换器
Shaft power from
② 当nk一定时，mk减至某一值时→出现喘振；
什么是喘振？ 喘振，顾名思义就象人哮喘一样，压气机出现周期性的出风与
倒流，产生很大的噪音。 压气机在喘振区时，压轮内流量急剧波动，产生气流的撞击，
使压气机发生强烈的振动，噪声增大，而且出口压力不断晃动； 喘振的产生与压轮和管道的特性有关，容量与压头越大，则喘
增压比
压气机的压比定义如下：
πb =
Po,out Po,in
where:
πb = Pressure ratio [dimensionless] 压比（无量纲）
Po,in = Inlet absolute stagnation pressure [force/length²] 进气口绝对滞止压力 [力/长度2]
② 当nk一定时，mk减至某一值时→出现喘振；
什么是喘振？ 当转速一定，压气机的进气减少到一定值，在叶道中气体会发 生分离，当分离现象扩展到整个叶道，空气不能再流入叶道中； 造成叶轮中出口压力突然下降，而叶轮后收集器等地方相对较 高的压力将气流倒灌回叶轮； 倒灌回流后，使得叶道内又充满空气，分离得到控制，使压轮 叶道内压力恢复正常，重新将倒流回的气流压出去。 空气压出后，由于空气不能进入叶道，叶道内流量再一次降低， 重新出现分离，叶轮出口压力又突然下降，气流又倒回； 这种现象反复出现，压气机工作不稳定，该现象为喘振现象。
离心式压气机的工作原理
离心式压气机的工作原理离心式压气机，这个名字听起来就像是科学怪人的发明，其实它的工作原理比你想象的要简单得多。
想象一下，你在夏天的时候用手扇扇子，风呼呼地吹过来，清凉又舒服。
离心式压气机的原理就有点像这个扇子，不过它的扇子可是超级厉害的那种。
它不是用手扇的，而是靠一个快速旋转的轮子，把空气吸进来，然后把它加速，最后再推出去。
听起来是不是很神奇？像个空气的魔术师，一转身就把空气给变了样。
咱们先来聊聊这个轮子，它叫做“叶轮”。
就像车子的轮子转得飞快，叶轮也是拼命转，转得飞起。
空气被叶轮吸进的时候，咻的一声，就像吸尘器把灰尘吸进了袋子。
这个时候，空气的速度开始加快，就像在超市的特价促销日，大家都冲上去抢购物车，瞬间就挤成了一团。
叶轮把这些空气推得更快、更远，就像一条奔流不息的小河，直冲向前。
然后，空气流出叶轮后，还需要经过一个叫做“扩压器”的地方。
这个扩压器就像一个变形金刚，空气在这里被慢慢放大、减速。
原本飞快的空气变得温柔起来，压力也随之上升，变成了可以用来驱动其他设备的强大力量。
简直就是把风变成了能量的超级英雄。
这一步特别重要，因为它保证了我们得到的是高压气体，而不是一团乱七八糟的气流。
说到这里，不得不提到压气机的用途。
离心式压气机在航空航天、制冷、空调等领域可是大显身手。
想想看，飞机飞上天的那一刻，压气机的功劳有多大。
要不是它，飞机里的乘客可就得体验到“坐火箭”的感觉，哈哈！还有那些冰箱里的冷风，压气机也在背后默默付出，给你带来一丝清凉。
在家里，开空调时，你可能从来没想过，这一股凉风的背后有多少的科技支持。
离心式压气机的工作过程就像是一个小小的舞台剧，每一个环节都缺一不可。
首先是吸气，这个过程充满了期待，就像是我们每个人在夏天渴望喝冰饮料的那种心情。
然后是加速，这一瞬间就像是在体验过山车的刺激，空气们在叶轮里翻滚、欢呼。
最后是释放，气体飞出，压力升高，犹如小鸟翱翔，带着满满的能量。
离心式压气机的效率也是相当高的。
核工程中的离心压气机系统设计与优化
核工程中的离心压气机系统设计与优化离心压气机在核工程中扮演着重要的角色，它们用于提供气体压缩和输送的功能，广泛应用于核电站、核燃料循环系统和其他核工程项目中。
在设计和优化离心压气机系统时，需要考虑多个因素，包括性能指标、可靠性和安全性。
本文将详细介绍核工程中离心压气机系统的设计与优化。
一、离心压气机的工作原理离心压气机是一种常见的动力机械设备，通过高速旋转的叶轮将气体以离心力的形式压缩并输送出去。
它通常由叶轮、静叶片、入口导向器、出口导向器等组成。
当气体进入叶轮时，叶轮的旋转会将气体带动到高速运动，同时静叶片的作用将气体加速并改变流动方向。
最终，气体通过出口导向器被推出离心压气机。
二、设计离心压气机系统的目标与要求在核工程中设计离心压气机系统时，需要考虑多个因素，包括系统的性能指标、可靠性和安全性。
性能指标是衡量离心压气机系统效果的重要指标，通常包括压比、流量、效率和功率等。
另外，可靠性和安全性是核工程项目中的关键要求，需要确保离心压气机系统的稳定运行，避免发生故障和安全事故。
三、离心压气机系统的设计步骤设计离心压气机系统的主要步骤包括需求分析、系统配置、组件设计和性能评估等。
1. 需求分析：首先需要明确离心压气机系统的使用场景和要求，包括压力、流量和效率等指标。
同时需要考虑系统的可靠性和安全性要求。
2. 系统配置：根据需求分析的结果，确定离心压气机系统的配置方案。
包括选择合适的叶轮和静叶片、确定入口导向器和出口导向器的设计参数等。
3. 组件设计：根据系统配置方案，对离心压气机的各个组件进行详细设计。
包括叶轮和静叶片的结构设计、导向器的形状和尺寸设计等。
4. 性能评估：对设计好的离心压气机系统进行性能评估和优化。
可以使用计算流体力学（CFD）模拟软件对系统进行仿真分析，以验证系统的性能指标是否满足要求，并进行进一步的优化设计。
四、离心压气机系统优化的方法在离心压气机系统的优化过程中，可以采用多种方法来改善系统的性能和效率。
第四章压气机
燃气涡轮发动机第4章压气机3第4章压气机压气机功用–对流过它的空气进行压缩,提高空气的压力。
4第4章压气机⏹压气机分类–离心式压气机⏹空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的方向流动–轴流式压气机⏹空气在工作叶轮内基本沿发动机的轴线方向流动–混合式压气机图4-1 离心式压气机64.1 离心式压气机 组成–导流器：使气流以一定的方向进入叶轮，以减小流动损失。
–叶轮：叶轮是高速旋转的部件，对空气作功，提高空气的压力。
–扩压器：通道是扩张形的，空气在流过它时，速度下降，压力上升。
–导气管：使气流变为轴向，将空气引入燃烧室。
74.1 离心式压气机⏹组成–叶轮：从结构上叶轮分单面叶轮和双面叶轮两种。
⏹单面叶轮是在轮盘的一侧安装有叶片，从一面进气；⏹双面叶轮是指在轮盘的两侧都安装有叶片，从两面进气。
–可以增大进气量，–对于平衡作用在轴承上的轴向力也有好处。
图4-2 单面叶轮和双面叶轮94.1 离心式压气机 增压原理–扩散增压原理：通道是扩张形的，空气流过时，速度下降，压力提高。
–离心增压原理：气体流过叶轮时，由于气体随叶轮一起作圆周运动，气体微团受惯性离心力的作用，圆周速度越大，气体微团所受的离心力也越大，因此，叶轮外径处的压力远比内径处压力高。
104.1 离心式压气机 离心式压气机的优缺点–单级增压比高,一级的增压比可达4:1－7:1 ,甚至更高;稳定的工作范围宽;结构简单可靠;重量轻;所需要的起动功率小。
–流动损失大，尤其是级间损失更大，最多两级；效率较低，最高只有83％－85％，甚至不到80％;单位面积的流通能力低，迎风面积大，阻力大。
图4-3 两级离心式压气机124.2 轴流式压气机⏹组成–转子⏹对空气作功，压缩空气，提高空气的压力⏹由工作叶轮构成–静子⏹使空气扩压, 继续提高空气的压力⏹由整流器(整流环)构成⏹1级=1个工作叶轮+1个整流器⏹工作叶轮与整流环交错排列就形成了多级轴流式压气机。
⏹为了保证压气机工作稳定，在第一级工作叶轮前还有一排不动的叶片叫进气导向器。
飞机发动机维护—离心式压气机及压气机的维护
压气机
四 离心式压气机
PART
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1、离心式压气机的组 成和原理
由进气系统、叶轮、扩压器和集气管等部分组成。其基本原理与轴流 式压气机一样“加功扩压”。
图23. 离心式压气机
图24. 离心式压气机扩压器
2、离心式压气机的特 点
优点：结构简单可靠、性能稳定、单级增压比大。 缺点：效率低，迎风面积大。 通常用于小型动力装置，如直升机、支线客机，初中级教练机及大型 飞机的辅助动力装置上。
1）榫头和风扇盘榫槽需要定期润滑； 2）成对更换叶片，单片更换可能需要重排叶片； 3）定期对叶片进行无损检测； 4）防止异物及工具吸入发动机或打坏叶片； 5）准确掌握叶片损伤的形式及特征，检查时准确测量各缺陷的尺寸， 严格按照手册标准放行发动机。
2、典型发动机压气机 的维护及安全注意事项
2.2 压气机的维护及注意事项
2、典型发动机压气机 的维护及安全注意事项
2.2 压气机的维护及注意事项
发动机试车前应检查进气道以及停机坪周围清洁，避免发动机工作时 吸入外来物；航前、航后和定检工作完成后，清点好工具等物品，严 禁遗留在进气道和发动机舱内。进行发动机内窥孔探检查和发动机附 件拆装时防止有异物进入发动机内部，在发动机运转时打伤发动机。
图24. 混合式压气机
五 典型发动机压 气机的维护介
绍
PART
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1、典型发动机压气机 的部件识别
1.1 压气机的转子
图25. 压气机转子
1、典型发动机压气机 的部件识别
1.2 压气机的静子
图26. 压气机静子
2、典型发动机压气机 的维护及安全注意事项
第七讲离心式压气机讲解
主要内容
第3.1节 离心式压气机 第3.2节 轴流式压气机
3.2.1 轴流式压气机的组成 3.2.2 基元级的工作原理 3.2.3 轴流式压气机的叶栅特性 3.2.4 轴流式压气机级的工作原理 3.2.5 多级轴流式压气机 3.2.6 轴流式压气机的参数 3.2.7 压气机的流量特性 3.2.8 压气机的喘振
效率较低, 一般离心式压气机的效率最 高只有83％－85％, 甚至不到80％
单位面积的流通能力低, 故迎风面积大, 阻力大
4.1.2 空气在离心式压气机中的流动
空气在导流器中的流动
单面进气的离心式压气机叶轮的进口直接与 进气道的出口相接
双面进气离心式压气机的进气装置一般由预 旋片和分气盆构成
功用
使气流拐弯并以一定方 向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失
此过程中气流加速，防 止出现拐弯分离流
气流参数变化
空气在流过它时速度增 大,而压力和温度下降
图4－2 进气装置
4.1.1 离心式压气机的组成
工作叶轮
高速旋转的部件 工作叶轮上叶片间的通道是扩张形的 空气在流过它时, 对空气作功, 加速空气
离心式压气机的扩压器一般由缝隙扩压 器和叶片扩压器两部分组成。
空气在集气管中的流动中
空气从叶片式扩压器流出之后,流入集 气管
集气管与燃烧室相连,它的作用除了把 空气导入燃烧室之外,还使气流速度继 续降低,进一步提高压力。
为了缩小径向尺寸,常把扩压器和集气 管统一在一起,气流在拐弯中一边扩压, 一边转为轴向。
的流速, 同时提高空气的压力 从结构上叶轮分单面叶轮和双面叶轮两
种
两面进气,这样可以增大进气量 对于平衡作用在轴承上的轴向力也有好处
离心压气机理论-第二部分
横坐标代表质量流量
不同b/D2值下无叶扩压器相对平均入口旋度参数
无叶扩压器-无叶扩压器特性
几点结论：
1 对 于 扩 压 器 宽 度 b/D2>0.045 ， 当入口流动 角相同情况下，绝大多数 扩压器具有几乎相同的压 强恢复系数。
2 在扩压器宽度较小的情 况 下 ， 即 b/D2<0.045 时 ， 会引起扩压器性能下降。
无叶扩压器中的喘振和稳定性 Abdelhamid 发现临界流动角受扩压器进出口直径比影响很大， 当D5/D31.4时临界流动角为84°，当D5/D32.0时临界流动角为 79°。 Frigne和Van Den Braembussche (1983)同样对无叶扩压器流动稳 定 性 进 行 了 研 究 ， 发 现 扩 压 器 宽 度 变 化 时 ， 临 界 流 动 角在 76°~85°之间变化。
无叶扩压器-无叶扩压器特性 Rodgers(1982b)对15种不同尺寸的无叶扩压器进行了试验研究。 扩压器宽度在径向保持不变，且 D2/D11.7 ，图 11 给出了根据 Rodgers试验结果画出的压强恢复系数和入口径向速度与切向速 度之比Cm2/C2之间的关系曲线。
Cm2/C2 图11 变化对静压力恢复的影响r5/r3=1.71
无叶扩压器中的喘振和稳定性 压气机稳定工作范围是一个非常主要的性能指标，无叶扩压器 压气机能够在实际中得到广泛应用就是因为这种离心压气机比 带有有叶扩压器离心压气机的稳定工作范围更加宽广。 简森Jansen (1964b)给出了确定旋转失速发生的一种流动现象， 即在扩压器壁面一侧出现反向流动时即为发生失速流动现象。
有叶扩压器-叶轮和扩压器之间匹配 高转速情况下攻角的变化
攻角是由叶轮出 口气流切向速度 和径向速度决定 的
离心式压气机的工作原理
航空发动机原理压气机的工作原理根据气流在压气机的流动方向，可将压气分为两大类，气流沿离开叶轮中心方向流动的叶做离心式压气机；气流沿与叶轮轴平行方向流动的叫做轴流式压气机。
此外还有轴流式与离心式压气机混合而成的混合式压气机。
目前使用最广泛的是轴流式压气机，以下将作重点介绍。
轴流式压气机的基本组成，由静子和转子组成。
静子由多排叶片组成，这些叶片叫做整流叶片，由一排流叶片组成的圆环叫做整流环，各整流环固定在机匣上。
转子由多排叶轮组成，每一排叶轮上固定了许多工作叶片，压气机叶轮最终能过叶轮轴与涡轮的工作叶轮轴相连，并由涡轮带动高速旋转。
轴流式压气机的叶轮和整流环是交错排列的。
一个叶轮和后面相邻的整流环构成了压气机的一级。
单级压气机增压比不高。
一般约为1.2-1.8。
为了得到更高的增压比，目前用在民航机上的涡扇发动机的轴流式压气机级数常为10-20级，压气机增压比高达30-40。
有些轴流式压气机的进口安装了一排固定的导流叶片，它们所组成的圆环叫做导流环。
空气在压气机中的流动从进气道流入压气机的空气，首先流过导流环，然后依次流过各级的叶轮和整流环，最后从末级整流环流出进入燃烧室。
由于空气在压气机中的流动较为复杂，同时气流在不同半径叶片通道内的流动大体相仿，为了便于分析，我们假想用一条通过各级叶轮平均地半径处的直线绕叶轮旋转，来切割叶轮和整流环叶片，得到压气机——“基本级”，每级压气机可看成是很多基元级相叠加而成。
所以空气在基元级中的流动可看成压气机工作的缩影。
把所得到的基元级切片在平面上展开，就得到——平面叶栅图形。
目前大多数航空燃气轮机都采用轴流式压气机，只有小功率、小流量的涡轴和涡浆发动机上才采用离心式压气机。
在20世纪40年代末和50年代初、涡喷发动机也曾采用离心式压气机。
离心式压气机由导流器, 叶轮, 扩压器, 导气管等部分组成，叶轮和扩压器是其中两个主要部件。
导流器：安装在叶轮的进口处，其通道是收敛形的使气流以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失，空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降。
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不均匀的，可以看做是相对速度的
平均值与环流速度合成。
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮出口的相对运动速度 最低，与环流叠加后在压 力面可能出现环负值，气 流分离现象最大可能出现 在叶轮出口压力面上。
叶轮机械原理
——离心压缩机
有限叶片数的影响
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
进气系统：
1、保证进气均匀对称 2、流动损失小 3、保证气流能良好的充满 工作轮，并满足预旋规律
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——第九章离心压缩机
功率：
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮几何参数
叶轮机械原理
——离心压缩机
离心压气机叶轮流动理论：
假设条件： 1、气体为理想气体忽略粘性作用； 2、气体为定常流动； 3、同一半径处气体密度为常数。
叶轮机械原理
——离心压缩机
流体微团受力分析： 1、牵连运动惯性力：
dm2r bdnds2r
——离心压缩机
工作过程：
叶轮机械原理
——离心压缩机
径向流道内流体运动分析
哥式加速度：
ac 2w
哥式力垂直于相对运 动速度与旋转角速度， 与叶轮旋转圆周速度 方向相同。
叶轮机械原理
——离心压缩机
速度三角形：
叶轮机械原理
——第九章离心压缩机
离心压气机中由于离心力作用可获得更高的压比
叶轮机械原理
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
离心压气机与轴流压气机对比特点：
1、通流能力较差（比转速低） 2、效率较低 3、变工况特性平稳 4、单级升压比高（3.5~4.5） 5、不方便布置多级
叶轮机械原理
——离心压缩机
离心压气机的应用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
涡轮增压器
叶轮机械原理
——离心压缩机
离心压气机的应用
混流式压气机
叶轮机械原理
叶轮机械原理
——离心压缩机
主要内容：
1、离心压气机的工作过程及性能参数 2、离心压气机的叶轮理论 3、离心式叶轮机的固定元件 4、离心压气机的叶轮损失 5、离心压气机的性能曲线 6、相似理论的应用－比转速 7、水泵的气蚀
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
基本结构：
进气道 叶轮 扩压器 出口蜗壳 多级：弯道、回流器、中间冷却吸气管
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮特性线的调整： 1、采用后弯叶轮； 2、进气预旋增加压气机能量头 3、双列扩压器、控制扩压器边界层厚度
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
s
dt
dw dw ds dt ds dt
sin dr
ds
1、离心力作用 2、相对速度减小
叶轮机械原理
——离心压缩机
法向动量守恒方程：
p bdnds bdnds w2 bdnds2r cos bdnds2w
n
Rc
cos dr
dn
1、流道横向气体的压力分布取决于 相对速度沿宽度的变化。
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮特性线的调整：
1、进口相对气流角减小喘振线向大流量方向移动； 2、叶轮宽度增大，出口绝对气流角减小喘振向大 流量方向移动（临界速度增加） 3、扩压器叶片减少使特性线平坦；（一定范围内 可以使流动损失也减小）
叶轮机械原理
——离心压缩机
前弯与后弯叶轮对比：
1、前弯叶轮C2u大，做功能力强 2、前弯叶轮流道短，当量扩张角大 3、前弯叶轮做功能力大，出口气流速度 高固定过流部件流动损失大 4、前弯叶轮离心力方向与哥氏力方向相 同，沿宽度方向环流大。
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮机械原理
——离心压缩机
叶轮结构形式：
方向：径向
叶轮机械原理
——离心压缩机
流体微团受力分析：
2、相对运动惯性力：
法向：
dm w2 bdnds w2
Rc
Rc
切向：
dm dw bdnds dw
dt
dt
叶轮机械原理
——离心压缩机
3、哥氏惯性力： 法向：
dm2w bdnds2w
叶轮机械原理
——离心压缩机
切向动量守恒方程：
p bdnds bdnds dw bdnds2r sin