离心式压气机除了利用扩散增压原理外,还利用离心增压原理来提高空气的压力。所谓离心增压是说气体流过叶轮时,由于气体随叶轮一起做圆周运动,气体微团受惯性离心力作用,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。 离心式压气机内气流的减速过程,主要是在扩压器和导气管的扩散通道中完成的。在这些通道中,空气的绝对速度减小,压力提高。
离心式压气机的优缺点
离心式压气机的主要优点是:单级增压比高;一级的增压比可达4:1-7:1,甚至更高;同时离心式压气机稳定的工作范围宽;结构简单可靠;重量轻,所需要的起动功率小。但它的流动损失大,尤其是级间损失更大,不适于用多级,最多两级,正因为这样,离心式压气机的效率较低,一般离心式压气机的效率最高只有83%-85%;单位面积的流通能力低,故迎风面积大,阻力大。
(26)轴流式压气机的组成
轴流式压气机是由高速旋转的转子和与机匣固定在一起不动的静子组成的。 转动件包括:转子叶片、轮盘和轴,被支承在前后轴承上, 静子包括静子叶片和机匣。
(27)
机匣
轴向分段
压气机
径向对开
静子 外环
整流器
叶片
内环
盘-轴,盘-盘 整体式
不可拆卸式 焊接 销钉紧配合 长螺栓
可拆卸式: 短螺栓 销钉式 鼓式 轮盘 盘式
转子
鼓盘混合式 榫头 叶片
燕尾型 枞树型
叶身:扭转的
(28)轴流式压气机的优点是:可以用增加级数的方法提高压气机的总增压比,
以提高压气机的效率,通常,轴流式压气机的效率可以达到87%以上;与离心式压气机相比,轴流式压气机单位面积的流通能力高,所以迎风面积小,阻力
小。其主要缺点是:单级增压比低,目前一级轴流式压气机的增压比只有1.15-1.35之间;而且结构复杂。
(29)转子的基本类型
有三种:鼓式、盘式、鼓盘式。一般由工作叶片、轮盘、鼓筒和一些连接件组成。
鼓式转子的优点是抗弯刚性好、结构简单.但是承受离心载荷能力差; 盘式转子的优点是承受离心载荷能力强.但是抗弯刚性差。
鼓盘式转子兼有鼓式转子抗弯性好和盘式转子的强度高的优点,因此在发动机中得到广泛应用
(30)在鼓盘式转子中,盘、鼓和轴的连接形式可分为两种:不可拆卸式和可拆
卸式。
不可拆卸式:如整体结构形式的转子或采用焊接或用径向销钉将各级连接在一起。可拆卸式用长螺栓或短螺栓将各级连接在一起。
(31)压气机工作叶片主要由叶身和榫头两部分组成。
减振凸台改变叶片的固有频率,降低叶片根部的弯曲扭转应力。
由于减振凸台的存在,不可避免地带来一些缺点,如增加叶片的重量,使叶片的离心负荷加大;叶身与减振凸台的连接处局部加厚,使通道面积减少约2%,即减少了空气质量流量,影响发动机的推力;减振凸台还造成气流压力损失,使压气机效率下降,发动机耗油率增加。此外,减振凸台增加了叶身的重量,使叶片的离心负荷增大,叶片的工艺性也变得复杂了。
(32)轴流式压气机转子叶片的榫头分为三种形式:销钉式,燕尾形,枞树形。
(33)压气机的损失 (1)叶型损失
气体在绕过叶片时,在叶片的表面有附面层的摩擦损失,在叶片通道中可能有气流的分离损失,在叶片的尾缘有尾迹中的涡流损失,此外,在叶片的前缘或叶背某些部位可能会出现超音速区,这时就有激波损失。 (2)环面损失
在叶片的上下环面有附面层损失,还有径向间隙的漏气损失、潜流损失等。
(34)在轴流式压气机中,无论是工作叶轮,还是整流器两个相邻叶片间的通道都是扩张形的。 (35)
基元级的速度三角形。
(36)沿半径减小。叶尖、平均半径、叶根处的速度三角形都不一样,与其配合
的三个基元级上的叶型也各不相同。这就是为什么叶片是扭转的原因。
(37)基元级增压原理:
主要是利用扩散增压的原理来提高空气压力
在叶轮内,绝对速度增大,相对速度减小,同时,总压、静压和总温、静温都提高; 在整流器内,绝对速度减小,静压和静温提高,但总压下降,总温保持不变.
(38)多级轴流式压气机流程形式
等外径的结构形式,用外径不变,增大内径的方法保证通道收缩。
这种流道的优点是各级的圆周速度较大,可以提高每级的加工量,可以减少级数,同时,机匣比较容积加工。它适合于大流量,中等增压比的压气机
等内径的结构形式,用内径不变,缩小外径的方法保证流道收缩。
与等外径相比,在迎风面积一样时,如果增压比一样,则最后一级叶片的高度比等外径的要大,因此可以减小端面的损失,提高级的效率,但在相同的增压比下,等内径压气机的级数要比等外径压气机的级数要多一些。它适用于小流量,高增压比的压气机。
等中径的结构形式,用缩小外径,扩大内径的方法保证流道收缩。 适用于大流量、高增压比的压气机。
(39)相似理论的满足的三个条件:
1)几何相似。 a.同一台压气机;
b.同一类型的不同压气机;
c.按比例缩小或放大的压气机模型; 2)运动相似。
对应点上速度方向相同,速度三角形相似。 3)动力相似。
各个对应点上的各种力的关系成一定的比例。
(40)攻角:工作叶轮进口处相对速度的方向与叶片弦线之间的夹角,也称为迎角
(41)流量系数
压气机的流量系数是工作叶轮进口处的绝对速度在发动机轴线的分量,和工作叶轮旋转的切向速度之比。
流量系数小于设计值,造成正攻角,会使气流在叶背处发生分离;流量系数大于设计值,造成负攻角,会使气流在叶盆处发生分离,而造成涡轮状。
(42)
压气机喘振是气流沿着压气机轴线方向发生的低频率、高振幅的振荡现象。 这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来源,它会导致发动机机件的强烈机械振动和热端超温,并在很短的时间内导致机件的严重损坏,所以任何状态下都不允许压气机进入喘振工作区。
喘振的现象是:发动机的声音由尖哨变低沉,发动机的振动加大,压气机出口的总压和流量大幅度的波动,转速不稳定,推力突然下降并且有大幅度的波动,发动机的排气温度升高,造成超温;严重时会有放炮现象,气流中断而发生熄火停车。因此一旦发生上述状态,要立即采取措施,使压气机推出喘振工作状态。
喘振的根本原因:由于攻角过大,使气流在叶背处发生分离而且这种气流分离严重扩展到整个叶栅通道。
喘振的物理过程是:空气流量下降,气流攻角增大,当流量减小到一定程度时,流入动叶的气流攻角大于设计值,于是在动叶叶背处发生气流分离,流量下降越多,分离区扩展越大,当分离区扩展到整个压气机的叶栅通道时,压气机叶栅失去了扩压能力,这是,动叶没有能力将气流压向后方,克服后面较强的反压,于是,流量急剧下降,不仅如此,后面高压气体还有可能通过分离的叶栅通道倒流到压气机的前方,由于叶栅通道堵塞,气流瞬时中断,倒流的结果,使压气机后面的反压降得很低,整个压气机流路暂时变得很通畅,而且由于压气机仍保持原来的转速,于是瞬时大量气体重新被吸入压气机,压气机恢复流动和工作,流入动叶的气流的由负攻角很快增加到设计值,压气机后面也建立了高压气流,这时喘振过程中的气流重新吸入。
然而,由于喘振的发生条件并没有改变,因此,随着压气机后面的反压不断升