第3章 离心式压气机-2013

内燃机增压技术第二章离心式压气机的原理与设计(1)魏名山第二章离心式压气机的原理与设计(1)z概述z压气机的热力学过程z空气在进口段中的流动z空气在叶轮内的流动z空气在叶轮中流动时的损失概述---压气机的作用与要求z压气机的作用是预先压缩进入气缸的空气，以提高进入气缸的气体密度。

z增压器要求压气机的尺寸小，尺寸小才能保证便于安装；重量轻，重量轻可以减少发动机总重，转子重量轻还可以提高增压器的响应速度，改善发动机的加速性；效率高，压气机效率高可以改善发动机的燃油耗；特性的可工作范围广，这是车用增压器对压气机最为重要的要求之一，因为车用发动机的工况变化频繁，且变化范围大，只有压气机的可工作范围广，才能保证增压器和发动机的良好匹配。

概述---压气机的构造(1)z压气机级由进口、工作叶轮、扩压器、集气器（涡壳）四部分组成概述---压气机的构造(2)z压气机进口段总是设计成圆柱形或者圆锥收缩段。

概述---压气机的构造(3)z进口段的作用是引导气流更好地进入工作叶轮，以减少进口处的流动损失和扰流强度。

概述---压气机的构造(4)z有的压气机进口还带有回流装置以扩大流量范围。

z左图为HOLSET增压器。

概述---压气机的构造(5)z工作叶轮由轮盘及其上的叶片组成。

用螺母将其紧固在涡轮轴上。

气流沿着轮盘、外壳和叶片组成的通道流动。

并在这一过程中，将从旋转叶轮吸收的机械功转变为压力(势能)及速度(动能)。

工作叶轮是压气机最主要的零件，它的好坏对级的特性起了决定性的影响。

对它的要求主要是，效率要高；强度要好，因为只有叶轮强度好，压气机才能达到较高的压缩压力。

概述---压气机的构造(6)z扩压器，空气从工作轮出来后，具有很高的气流速度，也即具有很大的动能。

这部分动能约占叶轮加功量的25%-50%。

因此，为有效地利用这一部分的能量，必须把这部分的动能转变为压力能，以达到提高空气压力的目的。

为此，在叶轮后装有扩压器，把气流的动能转变成压力能。

第三章 轴流压气机的工作原理压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。

根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。

本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机一级的流动特性及工作原理。

第一节 轴流压气机的增压比和效率轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。

转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。

每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。

图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流叶片（静叶）。

图3－1 多级轴流压气机压气机的增压比定义为***=1p p k kπ （3－1） *kp ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。

依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内，压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。

近六十年来，压气机的总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。

图3－2 压气机的总增压比发展历程压气机的绝热效率定义为***=k adkkL L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程所需要的机械功*adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L *之比。

p 1*p k*1k adkL *k L *ad ksh *图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(11)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1-=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(111--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到1111--=**-**T T k k k k k πη （3－5）效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。

西安航空职业技术学院毕业设计论文涡扇发动机的压气机部件目录1概述 ................................................................................................................................................................2压气机的分类以及结构特点 .......................................................................................................................2.1 ..................................................................................................................................................................2.2 ..................................................................................................................................................................2.3 .................................................................................................................................................................2.3.1 ...........................................................................................................................................................2.3.2 ...........................................................................................................................................................2.3.3 ...........................................................................................................................................................2.3.4 ...........................................................................................................................................................2.3.5 ..........................................................................................................................................................3压气机的工作原理 ........................................................................................................................................3.1离心式压气机的工作原理......................................................................................................................3.2轴流式压气机的工作原理...................................................................................................................... 4压气机的材料 ...............................................................................................................................................56压气机常见故障的诊断以及维修 ................................................................................................................ ......................................................................................................................................................................谢辞 ...............................................................................................................................................................参考文献 ...........................................................................................................................................................附录 ................................................................................................................................................................1概述发动机是飞行器的“心脏”，是在高温、高压、高转速的恶劣环境下长期反复使用的热力机械，对飞行器的性能具有极其重要的作用。

第3章压气机3. 1概述3. 2轴流式压气机转子3. 3轴流式压气机静子3. 4压气机防喘系统3. 5压气机附属装置3.6压气机主要零件的常用材料3. 7离心式压气机＞功用：给气体做功，提高气体压力＞主要指标：增压比、效率、可靠性、维修性、外廓尺寸和重量等。

＞压气机基本类型：轴流式一WP6, WP8, WP7,WP13,斯贝离心式——WP5 混合式一ALF502根据转子的数目：单转子一WP6, WP双转子一WP7, WP13,斯贝三转子本课程主要研究轴流式压气机结构，对离心式和混合式只做一般介绍。

＞轴流式压气机■转子:高速旋转对气流做功的组合件。

•低压转子双转子涡扇发动机中，低压转子就是风扇转子或风扇转子和低压压气机转子的组合•高压转子■静子•包括机匣和整流器单转子涡喷发动机中：进气装置、整流器机匣和扩压器机匣双转子压气机中：进气装置、整流器机匣、扩压器机匣分流机匣（将内、外涵道的气流分开）中介机匣（将气流由低压引入高压）中压压气机图3 ■“典型的三转子压气机鳥压压气机来自淇轮的中压轴传动低压釉传动来自涡轮的高压传动3. 2轴流式压气机转子3.2.1转子的基本结构形式＞转子设计的基本矛盾■尺寸小、重量轻■转速高、负荷大■惯性力和力矩、气体力（轴向力和扭矩）＞要求■可靠的强度和结构刚性■良好的定心、定位■传力、传扭可靠■良好的平衡性＞基本结构形式：鼓式、盘式、鼓盘式3. 2轴流式压气机转子S 3. 5作用在压气机转子上的主要负荷肌一亀力；F,—机动芟行时的倾性力$ P*—•轴向力彳M(.—机动飞籽时的陀蚪力矩* 几一叶片的离心力］皿丁一转犷的扭矩* F K—转子质联的离心力(未标出)图玉6压气机转子的基本型式鼓式■ <b)fe式E (C加强的盘式$(d>鼓盘式3. 2轴流式压气机转子3.2.1转子的基本结构形式1 ■鼓式转子豉式转子（见图3.6（a））的基本构件是一圆柱形、橄榄形或圆锥形鼓筒（视气流通道形式而定八借安装边和螺栓与前■后半釉联接。

第一章第一章 概论思考题1、 航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型？？指出他们的共同点指出他们的共同点、、区别和应用区别和应用。

区别区别：：涡轮喷气发动机：在单个流道内靠发动机喷出的高速燃气产生反作用推力的燃气涡轮发动机，涡轮出口燃气在喷管中膨胀，使燃气可用能量转变为高速喷流的动能而产生反作用力。

主要应用：军用、民用、特别是超声速飞机，目前大多被涡扇发动机取代。

涡轮风扇发动机：与涡喷发动机相比多了压气机前风扇、外涵道结构。

空气进入发动机后分别通过内外涵道。

推力由内外涵道两部分的气体动能产生。

主要应用：中、大涵道比发动机多用于亚声速客机和运输机，小涵道比发动机多用于战斗机和超声速飞行器上。

涡轮螺旋桨发动机：靠动力涡轮把燃气能量转化为轴功率，带动螺旋浆工作，主要应用于速度小于800km/h 的中小型运输机、通用客机。

涡轮轴发动机：原理与结构基本与涡轮螺旋桨发动机一样，只是燃气发生器出口燃气所含能量全被自由涡轮吸收，驱动轴转动。

其主要用途是直升机。

螺旋桨风扇发动机：可看做带高速先进螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机，又可看做除去外涵道的大涵道比涡扇发动机，兼具耗油率低和飞行速度高的优点。

目前尚未进入实际应用阶段。

共同点共同点：：组成部分：进气装置、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管。

工作过程：吸气进气、压缩、燃烧后膨胀和排气。

核心及部分：压气机、燃烧室、涡轮。

2、 涡轮喷气涡轮喷气、、涡轮风扇涡轮风扇、、军用涡扇分别是何年代问世的?涡轮喷气 ：二十世纪三十年代末。

涡轮风扇 ：二十世纪六十年代初 。

军用涡扇 ：二十世纪六十年代中期。

3、 简述涡轮风扇发动机的基本类型简述涡轮风扇发动机的基本类型。

按用途可分为军用涡扇发动机和民用涡扇发动机，按是否有加力燃烧室分为带加力的涡扇发动机和不带加力的涡扇发动机，带加力的用于军用超音速飞行，不带加力的用于民用，按涵道比大小可分为小涵道比、中涵道比、大涵道比涡扇发动机。

《航空发动机结构分析》课后思考题答案第一章概论1.航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型？指出它们的共同点、区别和应用。

答：2.涡喷、涡扇、军用涡扇分别是在何年代问世的？答：涡喷二十世纪三十年代（1937年WU；1937年HeS3B）；涡扇 1960~1962军用涡扇 1966~19673.简述涡轮风扇发动机的基本类型。

答：不带加力，带加力，分排，混排，高涵道比，低涵道比。

4.什么是涵道比？涡扇发动机如何按涵道比分类？答：（一）B/T，外涵与内涵空气流量比；（二）高涵道比涡扇（GE90），低涵道比涡扇（Al-37fn）5.按前后次序写出带加力的燃气涡轮发动机的主要部件。

答：压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷管。

6.从发动机结构剖面图上，可以得到哪些结构信息？答：a)发动机类型b)轴数c)压气机级数d)燃烧室类型e)支点位置f)支点类型第二章典型发动机1.根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标，指出各代涡喷、涡扇、军用涡扇发动机的性能指标。

答：涡喷表2.1涡扇表2.3军用涡扇表2.22.al-31f发动机的主要结构特点是什么？在该机上采用了哪些先进技术？答：AL31-F结构特点：全钛进气机匣，23个导流叶片；钛合金风扇，高压压气机，转子级间电子束焊接；高压压气机三级可调静子叶片九级环形燕尾榫头的工作叶片；环形燃烧室有28个双路离心式喷嘴，两个点火器，采用半导体电嘴；高压涡轮叶片不带冠，榫头处有减振器，低压涡轮叶片带冠；涡轮冷却系统采用了设置在外涵道中的空气-空气换热器，可使冷却空气降温125-210*c；加力燃烧室采用射流式点火方式，单晶体的涡轮工作叶片为此提供了强度保障；收敛-扩张型喷管由亚声速、超声速调节片及蜜蜂片各16式组成；排气方式为内、外涵道混合排气。

3.ALF502发动机是什么类型的发动机？它有哪些有点？答：ALF502，涡轮风扇。

优点：●单元体设计，易维修●长寿命、低成本●B/T高耗油率低●噪声小，排气中NOx量低于规定第三章压气机1.航空燃气涡轮发动机中，两种基本类型压气机的优缺点有哪些？答：（一）轴流压气机增压比高、效率高单位面积空气质量流量大，迎风阻力小，但是单级压比小，结构复杂；（二）离心式压气机结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级压比高；但是迎风面积大，难于获得更高的总增压比。

第3章进气道、压气机和涡轮inlet 、Compressor and turbine第3.1节进气道Inlet一. 概述(Introduction)进气道的作用是引导外界空气进入压气机。

对进气道的要求是使气流流经进气道时具有尽可能小的流动损失，并使气流在进气道出口处(即压气机进口处)具有尽可能均匀的气体流场。

进气道前方气流的速度是由飞机的飞行速度决定的，而进气道出口的气流速度是由发动机的工作状态决定的，一般情况下两者是不相等的。

进气道要在任何情况下满足气流速度的转变。

进气道进出口气流状态瞬息万变，而进气道的形状不可能随着变化，因此，空气流经进气道时产生流动损失是不可避免的。

进气道的流动损失用进气道总压恢复系数σi来表示:(3.1-1)式中p2* ─ 进气道出口截面的总压；p1* ─ 进气道前方来流的总压。

根据压气机进口截面的流量公式：(3.1-2) 可以看出，当发动机工作状态不变时(q(λ2)为定值)，进气道流动损失的大小改变了气流总压p2*，直接影响进入发动机的空气流量qma，从而影响发动机推力的大小。

因此设计进气道时应该尽可能减小气流的总压损失。

对进气道最基本的性能要求是：飞机在任何飞行状态以及发动机在任何工作状态下，进气道都能以最小的总压损失满足发动机对空气流量的要求。

二. 亚声进气道(Subsonic Inlet)亚声进气道是为在亚声速或低超声速范围内飞行的飞机所设计的进气道。

它的进口部分为圆形唇口，进气道内部通道为扩张通道，使气流在进气道内减速增压。

图3.1.1 亚声速进气道简图使用亚声进气道的喷气飞机其飞行速度可达到或略超过声速(约为300～350m/s)，与之相比，压气机进口的气流速度往往较低，一般轴流压气机进口处气流速度为180～200m/s。

因此，迎面气流在进入压气机前需要在进气道中减速扩压，气流减速不一定都要在进气道内部进行，因为，若进气道内部扩张角太大，容易使气流分离造成总压损失，所以往往使气流在进气道前方就开始减速扩压，进气道前方气流的减速扩压过程可以近似的认为是理想绝热过程。