第二章 涡轮增压器和中冷器

涡轮增压器和第二章

中冷器

山东大学

学院

能源与动力工程学院

能源与动力工程

第二章涡轮增压器和中冷器

本章的主要教学内容：

1.离心式压气机

2.涡轮

3.涡轮增压器

4.中冷器

第二章涡轮增压器和中冷器

教学目的与要求:

要求比较系统地掌握：离心式压气机的工作

原理；离心式压气机的特性；涡轮的工作原

理；涡轮的特性曲线；中冷器的设计计算。

了解：压气机结构；涡轮的分类和结构；涡

轮增压器；中冷器的冷却方式的结构。

2 . 1 离心式压气机

2.1.1 离心式压气机结构

离心式压气机组成：进气道、叶

轮、扩压器和压气机涡壳等。

（一）进气道

（1）作用：将外界空气导向压

气机叶轮；

（2）分类：轴向进气道、径向

进气道；

2 . 1 离心式压气机

（二）压气机叶轮

（1）作用：对空气作功，涡轮提供的机械能转化为空气的压力能和动能；

（2）组成：导风轮、工作叶轮；

（3）分类

①根据叶轮轮盘结构形式：开式

、半开式、闭式、星型等；

②根据叶轮的长短：全长叶片叶轮、长短叶片叶轮；

③根据叶片沿径向的弯曲形式：前弯叶片叶轮、后弯叶片叶轮、径向

2 . 1 离心式压气机

叶片叶轮、前倾后弯式叶轮。

2 . 1 离心式压气机

（三）扩压器

（1）作用：高度的空气动能转化为压力能；（2）效率：实际转化量与定熵转化量之比；（3）扩压器分类：无叶扩压器、叶片扩压器；（4）特点①无叶扩压器：流动路线长、损失大、效率低、流量范围宽、结构简单。②叶片扩压器：流动路线短、损失小、效率高、流量范围宽、结构复杂；

（5）叶片扩压器叶片形式：平板形、圆弧形、机翼形。

2 . 1 离心式压气机

（四）压气机涡壳

（1）作用：收集从扩压器出来的空气，并将其引导到发动机进气管；

（2）效率：实际转化量与定熵转化量之比；

（3）分类：变截面涡壳、等截面涡壳；

2 . 1 离心式压气机

2.1.2 离心式压气机的工作原理

（一）压气机中空气状态的变化

（1）进气道：压力降、速度升、温度降；（2）压气机叶轮：压力升、速度升、温度升；

（3）扩压器：压力升、速度降、温度升；（4）压气机涡壳：压力升、速度降、温度升；

（二）压气机中的焓商图压气机实际耗功：

2 . 1 离心式压气机 −**T kRT H 压气机定熵耗功：

−=−=−=11)(*121*1*2*1*2T k T T c H W p b − −=−=−=−11)(1*1**1*1*2*1*2k k b s p s adb p p k kRT T T c H H W

2 . 1 离心式压气机

2 . 1 离心式压气机

气体压缩到一定增压比时，压气机的定

2 . 1 离心式压气机

2.1.2 离心式压气机的特性

（一）压气机的特性曲线

（1）定义：压气机的主要性能参数在各种工况下的相互关系曲线称为压气机的特性曲线。

（2）流量特性：在不同转速下，增压比和定熵效率随流量的变化关系。（3）通用性：不同环境下通用，转速和流量利用相似参数活折合参数。

2 . 1 离心式压气机

（4）特点：

①在某一流量下，增压比和效率存在一最大值，随流量增大或减小，增压比和效率都降低；

②当流量减小到某一数值时，压气机出现不稳定流动状态—喘振现象出现；

③当流量增大到某一数值时，增压比和效率均急剧下降—阻塞现象出现。

（5）绘制方法：将增压比特性线和效率特性线画在同一张图上。

2 . 1 离心式压气机

（二）压气机产生喘振的原因

（1）原因：压气机产生喘振是由于在某一小流量下工作时，在导风轮入口或叶片扩压器入口气流撞击叶片，在叶片通道内产生强烈气流分离而引起的；

（2）危害：增压器喘振破壳、转子轴承烧损，导致增压器失效等问题；

（3）导致压气机喘振主要情况：①柴油机紧急熄火或突然卸载（急收油门）。②大气温度变化引起喘振。

2 . 1 离心式压气机

（2）导风轮入口速度三角形分析：

①流量等于设计流量，相对速度的气流角等于叶片入口的构造角，不产生气流分离。

②流量大于设计流量，气流撞击叶片背部，腹部产生气流分离，被压服在较小区域，不喘振。

③流量小于设计流量，气流撞击叶片的腹部，背部产生气流分离，背风面分离被扩散，发生喘振。

2 . 1 离心式压气机

（3）叶片扩压器入口速度三角形分析：①流量等于设计流量，气流绝对速度的气流角等于叶片入口的构造角，不产生气流分离。

②流量大于设计流量，气流绝对速度的气流角大于叶片入口的构造角，撞击叶片内部，外部产生气流分离，被压服在较小区域，不喘振。

③流量小于设计流量，气流绝对速度的气流角小于叶片入口的构造角，撞击叶片外部，内部产生气流分离，分离被扩散，发生喘振。

2 . 1 离心式压气机

（4）压气机性能曲线形成的原因

增压比和定熵效率随流量变化的特性，主要是空气在压缩过程中存在的各种损失造成的。①理论状态下a-a 线；

*kRT

②摩擦损失使增压比和效率降低，增压比特性曲线和效率曲线为b-b 线；

③偏离设计流量越大撞击损失越大，撞击损失使增压比特性曲线和效率曲线进一步降低为c-c 线。

−−=

∞=−11

1*1

22

k k b

adb b k u W W π