简单回顾
1,涡轮增压器的主要部件有哪些？
压气机、涡轮、中间体（轴承体）
2,涡轮的功用、工作条件和要求？
热能向机械能转化，高温、高速腐蚀和污染
3,对转子的要求？
耐温、润滑、传扭、平衡、惯量
4,浮动轴承的结构特点与优点？
形如套筒、内外油膜、吸收振动、利于冷却、相对线速度小
5,什么是动平衡状态？
旋转时惯性力的合力为 0，合力矩为 0
6、什么是 单件 --组合平衡与整体平衡单件 --组合平衡：单件平衡去重，组合平衡调相对位置整体平衡：单件平衡后，直接安装，然后对转子整体去重平衡，平衡后不允许拆装
7、临界转速转子发生共振的转速，分为若干阶。
第一节 压气机概述
1、压气机中的气体流动过程
如图所示径流压气机各部名称进口、导风轮、出口、轮毂、
叶片、底弧、顶弧、涡壳、扩压器、集气器第三章 压气机原理与特性
流动过程由进口至导风轮：
P↓,T↓,C↑
由叶轮进口至叶轮出口：
P↑,T↑,C↑
由叶轮出口至扩压器出口：
P↑,T↑,C↓
由扩压器出口至压气机出口：
P↑,T↑,C↓
第三章 压气机原理与特性
2、气体的热力学过程
理想绝热过程由压气机进口至出口视为理想的绝热压缩过程，
其压缩功为：
式中,称为压气机的压比,出口绝对压力与进口绝对压力之比 。
)1(1 11 cad RTW
第三章 压气机原理与特性
1
4PPc
实际的多变过程
由于摩擦阻力而耗功增加
由于加入热量而耗功增加
实际过程为多变指数为 n的多变过程
其压缩功为,大于绝热过程功
)1(1 11nncRTn nW?
第三章 压气机原理与特性
压气机绝热效率
定义：初始状态相同时，得到相同的压缩比，理论压缩功与实际压缩功之比
物理意义：绝热效率表明，在初始状态和终了压力相同的情况下，实际过程与理论过程之间的耗功方面的差别。
绝热效率与热效率的区别讨论
热效率：有用功与所含热能之比
绝热效率：有用功与理论上可得到的有用功之比第三章 压气机原理与特性
W
W ad
cad
3、气体在叶轮中的流动过程
入口处
叶轮切线速度 u1（牵连速度）
气流绝对速度 C1（ Ca1）
气流相对叶轮速度 w1
叶片结构角 βg1
气流入射角 β1
攻角 i
速度三角形,C1=u1+w1
特点：气流绝对速度沿轴向，叶片结构角与气流入射角形成攻角，
攻角有正有负。
第三章 压气机原理与特性用与转子同轴的圆柱面切叶轮所得剖面图
叶轮中
通道中环流的形成 ---由于气体保持无旋流动
（有旋与无旋的区别）
环流与径向流的合成 ---形成不均匀流动速度差
压力面与吸力面的形成 ---流速不同造成压力不等
局部回流 ---损失增加第三章 压气机原理与特性径流 环流 合成流 回流
出口处
叶片出口结构角 βg2
气流出口角
速度三角形 C2=u2+w2
第三章 压气机原理与特性
A、理论上无限多叶片相对速度方向与叶片结构角一致，,
直叶片的情况叶片结构角为 90度,Cu2=u2
B、实际上有限多叶片相对速度方向与叶片出口结构角不一致，相对于转动方向有向后的滑移。
直叶片的情况叶片结构角为 90度，,
Cu2代表了叶轮对气体做功的多少。
动量矩方程,E=u2*Cu2-u1*Cu1
22g 2222 c o s gu wuC
2222 c o s?wuC u
902 22 uCu?
功率系数
定义：
物理意义：实际有限多叶片传递给气体的能量与理论上无限多直（ 90度）叶片传递给气体的能量之比。
前弯叶片：叶片出口向旋转方向弯曲,增大
后弯叶片：叶片出口向旋转方向相反弯曲,减小
直叶片：叶片出口与切向呈 90度角,居中
2
2ucu
第三章 压气机原理与特性
2
2
u
cu
2
2ucu
2
2ucu
4、压气机的喘振与阻塞
喘振
现象：声音异常，工作不稳定，气流振动
危害：引起叶片损坏，发动机供气不足甚至熄火第三章 压气机原理与特性
机理：
气流入射角等于或接近叶片结构角的情况：流动正常，损失最小，不喘振；如图（ a）
气流入射角大于叶片结构角的情况：压力面流动不正常，不正常流动区域在压力面,压迫,下不扩大，
损失增大，不喘振；如图（ b）
气流入射角小于叶片结构角的情况：吸力面流动不正常，吸力面远离不正常流动区，使该区域扩大，
发生间歇性阻塞，损失增大，喘振；如图（ c）
每一个转速都有喘振发生的最小流量点，将所有转速下的喘振流量点连接起来，即为喘振线。
第三章 压气机原理与特性
阻塞
流量过大，接近声速，远离设计点，损失迅速增加，直至发生阻塞。
通常将绝热效率的低限（如 60%）定以为阻塞点。
第三章 压气机原理与特性
5、空气在叶轮中流动时的损失空气在叶轮中流动时，可将其损失按性质分为以下几项：
空气进入叶轮时的撞击损失。由于进口气流角和叶片结构角不一致引起的。
空气在通道内的转弯损失。从相对速度的进口角转为轴向，
从轴向转为径向等。
空气在通道内的摩擦损失 (包括涡流损失在内 )。
空气在叶轮与壳体间的漏气损失。由于叶片两面存在压力差和叶轮与壳体之间存在间隙，使得相邻通道之间存在漏气损失。
空气与叶轮背面之间的摩擦损失。
涡流、二次流、传热等带来损失。
各种损失降低了压气机的绝热效率。
第三章 压气机原理与特性
1,涡轮增压器的主要部件有哪些？
压气机、涡轮、中间体（轴承体）
2,涡轮的功用、工作条件和要求？
热能向机械能转化，高温、高速腐蚀和污染
3,对转子的要求？
耐温、润滑、传扭、平衡、惯量
4,浮动轴承的结构特点与优点？
形如套筒、内外油膜、吸收振动、利于冷却、相对线速度小
5,什么是动平衡状态？
旋转时惯性力的合力为 0，合力矩为 0
6、什么是 单件 --组合平衡与整体平衡单件 --组合平衡：单件平衡去重，组合平衡调相对位置整体平衡：单件平衡后，直接安装，然后对转子整体去重平衡，平衡后不允许拆装
7、临界转速转子发生共振的转速，分为若干阶。
第一节 压气机概述
1、压气机中的气体流动过程
如图所示径流压气机各部名称进口、导风轮、出口、轮毂、
叶片、底弧、顶弧、涡壳、扩压器、集气器第三章 压气机原理与特性
流动过程由进口至导风轮：
P↓,T↓,C↑
由叶轮进口至叶轮出口：
P↑,T↑,C↑
由叶轮出口至扩压器出口：
P↑,T↑,C↓
由扩压器出口至压气机出口：
P↑,T↑,C↓
第三章 压气机原理与特性
2、气体的热力学过程
理想绝热过程由压气机进口至出口视为理想的绝热压缩过程，
其压缩功为：
式中,称为压气机的压比,出口绝对压力与进口绝对压力之比 。
)1(1 11 cad RTW
第三章 压气机原理与特性
1
4PPc
实际的多变过程
由于摩擦阻力而耗功增加
由于加入热量而耗功增加
实际过程为多变指数为 n的多变过程
其压缩功为,大于绝热过程功
)1(1 11nncRTn nW?
第三章 压气机原理与特性
压气机绝热效率
定义：初始状态相同时，得到相同的压缩比，理论压缩功与实际压缩功之比
物理意义：绝热效率表明，在初始状态和终了压力相同的情况下，实际过程与理论过程之间的耗功方面的差别。
绝热效率与热效率的区别讨论
热效率：有用功与所含热能之比
绝热效率：有用功与理论上可得到的有用功之比第三章 压气机原理与特性
W
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3、气体在叶轮中的流动过程
入口处
叶轮切线速度 u1（牵连速度）
气流绝对速度 C1（ Ca1）
气流相对叶轮速度 w1
叶片结构角 βg1
气流入射角 β1
攻角 i
速度三角形,C1=u1+w1
特点：气流绝对速度沿轴向，叶片结构角与气流入射角形成攻角，
攻角有正有负。
第三章 压气机原理与特性用与转子同轴的圆柱面切叶轮所得剖面图
叶轮中
通道中环流的形成 ---由于气体保持无旋流动
（有旋与无旋的区别）
环流与径向流的合成 ---形成不均匀流动速度差
压力面与吸力面的形成 ---流速不同造成压力不等
局部回流 ---损失增加第三章 压气机原理与特性径流 环流 合成流 回流
出口处
叶片出口结构角 βg2
气流出口角
速度三角形 C2=u2+w2
第三章 压气机原理与特性
A、理论上无限多叶片相对速度方向与叶片结构角一致，,
直叶片的情况叶片结构角为 90度,Cu2=u2
B、实际上有限多叶片相对速度方向与叶片出口结构角不一致，相对于转动方向有向后的滑移。
直叶片的情况叶片结构角为 90度，,
Cu2代表了叶轮对气体做功的多少。
动量矩方程,E=u2*Cu2-u1*Cu1
22g 2222 c o s gu wuC
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902 22 uCu?
功率系数
定义：
物理意义：实际有限多叶片传递给气体的能量与理论上无限多直（ 90度）叶片传递给气体的能量之比。
前弯叶片：叶片出口向旋转方向弯曲,增大
后弯叶片：叶片出口向旋转方向相反弯曲,减小
直叶片：叶片出口与切向呈 90度角,居中
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第三章 压气机原理与特性
2
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4、压气机的喘振与阻塞
喘振
现象：声音异常，工作不稳定，气流振动
危害：引起叶片损坏，发动机供气不足甚至熄火第三章 压气机原理与特性
机理：
气流入射角等于或接近叶片结构角的情况：流动正常，损失最小，不喘振；如图（ a）
气流入射角大于叶片结构角的情况：压力面流动不正常，不正常流动区域在压力面,压迫,下不扩大，
损失增大，不喘振；如图（ b）
气流入射角小于叶片结构角的情况：吸力面流动不正常，吸力面远离不正常流动区，使该区域扩大，
发生间歇性阻塞，损失增大，喘振；如图（ c）
每一个转速都有喘振发生的最小流量点，将所有转速下的喘振流量点连接起来，即为喘振线。
第三章 压气机原理与特性
阻塞
流量过大，接近声速，远离设计点，损失迅速增加，直至发生阻塞。
通常将绝热效率的低限（如 60%）定以为阻塞点。
第三章 压气机原理与特性
5、空气在叶轮中流动时的损失空气在叶轮中流动时，可将其损失按性质分为以下几项：
空气进入叶轮时的撞击损失。由于进口气流角和叶片结构角不一致引起的。
空气在通道内的转弯损失。从相对速度的进口角转为轴向，
从轴向转为径向等。
空气在通道内的摩擦损失 (包括涡流损失在内 )。
空气在叶轮与壳体间的漏气损失。由于叶片两面存在压力差和叶轮与壳体之间存在间隙，使得相邻通道之间存在漏气损失。
空气与叶轮背面之间的摩擦损失。
涡流、二次流、传热等带来损失。
各种损失降低了压气机的绝热效率。
第三章 压气机原理与特性
