离心式压气机

离心式压气机
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中文名；离心式压气机外文名； centrifugal compressor 分类；叶轮机械

叶轮式压气机分为径流式（即离心式）与轴流式两种类型，离心式压气机适用于中、小型生产量，高转速但效率稍低。离心式压气机有体积小、单级增压比高等特点，广泛应用于航空、船舶等领域的动力系统。轴流式压气机则结构很紧凑，便于安排较多的级数，且效率较高，适宜于大流量的场合。^[1]

产品介绍

自20世纪30年代末离心压气机首次应用于航空发动机以来，它在航空发动机的发展史中一直占有重要地位。尤其是近30年来，随着设计技术的进步以及新结构、新材料的应用，离心压气机的效率和增压比不断提升，产品可靠性也越来越高，已经广泛应用于中小型涡轮航空发动机和几乎所有类型的辅助动力装置（APU）。

离心压气机的特点是单级增压比高，稳定工作范围广，具有较好的抗腐蚀能力，能用单级离心压气机实现多级轴流压气机的增压效果，因此采用离心压气机的航空发动机具有体积小、重量轻、结构简单、转子刚性较佳、维修性好等优点，缺点是单位迎风面积的气流流量小。离心压气机主要应用于中小型航空发动机，尤其是涡轴发动机。

单级离心压气机主要由进气道（Inlet）、叶轮（Impeller）、扩压器（diffuser）、出气蜗壳（Volute）四部分组成。

进气道：进气道的作用是引导气体更好的进入工作叶轮，以减少进口处的流动损失和扰流强度。

叶轮：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化成压力（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。

扩压器：空气从工作叶轮出来后，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工量的25%-50%。因此，为有效的利用这一部分的能量，必须把这部分的动能转化成压力能，以达到提高空气压力的目的。为此，在叶轮后装有扩压器，把气流的动能转化为压力能。

蜗壳：蜗壳的主要作用是收集从扩压器出来的空气，并将空气送到燃烧室或者其他设备中去。

开式工作叶轮：摩擦损失和流动阻力很大，叶轮效率最低，易产生振动，不宜在高转速下工作。

半开式工作叶轮：摩擦损失和流动阻力较开式的小，效率较高。在一定的刚度和强度，允许在较高的圆周速度下工作。

闭式工作叶轮：其摩擦损失和流动阻力均最小，效率最高。由于结构复杂、笨重，以及轮盖在旋转时会对叶片产生巨大的应力，气强度较差，不宜在高速旋转工况下使用。

根据压气机工作叶轮的叶片形状，可分为前弯叶片、径向叶片和后弯叶片。

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动能的方式传递给空气，因而必须经过也轮之后的扩压段和蜗壳通道才能转变为气体的压力能。这种形式的叶轮降低了压气机的级效率。

径向叶片：它有高于前弯叶片的级效率和较高的强度，还可以通过提高其圆周速度获得较高的增压压力。

后弯叶片：工作轮传递给空气的能量少，但能够保证气流在出口处的流动较均匀，在扩压器及蜗壳中的流动损失也较小。因而，它与径向叶片的叶轮相比，压气机的级效率可提高3%-4%，实用的流量范围扩大约40%。

压比π：π=p4/p1，即压气机出口压力与进口压力之比。

质量流量m：单位时间内通过压气机的气体流量。流量越大，要求压气机的工作轮直径越大。

绝热效率η：每单位质量的空气被压缩到一定压比时，所需的绝热功与实际压缩功之比。

7.4.1离心式压缩机