离心式压气机的工作原理.pdfVIP

航空发动机原理

压气机的工作原理

根据气流在压气机的流动方向，可将压气分为两大类，气流沿离开叶轮中心方

向流动的叶做离心式压气机；气流沿与叶轮轴平行方向流动的叫做轴流式压气

机。此外还有轴流式与离心式压气机混合而成的混合式压气机。目前使用最广

泛的是轴流式压气机，以下将作重点介绍。

轴流式压气机的基本组成，由静子和转子组成。静子由多排叶片组成，这些叶

片叫做整流叶片，由一排流叶片组成的圆环叫做整流环，各整流环固定在机匣

上。转子由多排叶轮组成，每一排叶轮上固定了许多工作叶片，压气机叶轮最

终能过叶轮轴与涡轮的工作叶轮轴相连，并由涡轮带动高速旋转。

轴流式压气机的叶轮和整流环是交错排列的。一个叶轮和后面相邻的整流环构

成了压气机的一级。单级压气机增压比不高。一般约为1.2-1.8。为了得到更高

的增压比，目前用在民航机上的涡扇发动机的轴流式压气机级数常为10-20级，

压气机增压比高达30-40。

有些轴流式压气机的进口安装了一排固定的导流叶片，它们所组成的圆环叫做

导流环。空气在压气机中的流动

从进气道流入压气机的空气，首先流过导流环，然后依次流过各级的叶轮和整

流环，最后从末级整流环流出进入燃烧室。由于空气在压气机中的流动较为复

杂，同时气流在不同半径叶片通道内的流动大体相仿，为了便于分析，我们假

想用一条通过各级叶轮平均地半径处的直线绕叶轮旋转，来切割叶轮和整流环

叶片，得到压气机——“基本级”，每级压气机可看成是很多基元级相叠加而成。

所以空气在基元级中的流动可看成压气机工作的缩影。把所得到的基元级切片

在平面上展开，就得到——平面叶栅图形。

目前大多数航空燃气轮机都采用轴流式压气机，只有小功率、小流量的涡轴和

涡浆发动机上才采用离心式压气机。在20世纪40年代末和50年代初、涡喷发

动机也曾采用离心式压气机。

离心式压气机由导流器,叶轮,扩压器,导气管等部分组成，叶轮和扩压器是其中

两个主要部件。导流器：安装在叶轮的进口处，其通道是收敛形的使气流以一

定方向均匀进入工作叶轮,以减小流动损失，空气在流过它时速度增大,而压力和

温度下降。叶轮：是高速旋转的部件，叶轮上叶片间的通道是扩张形的，空气在

流过它时,对空气作功,加速空气的流速,同时提高空气的压力。扩压器：位于叶

轮的出口处，其通道是扩张形的，空气在流过它时将动能转变为压力位能，速

度下降,压力和温度都上升。导气管：使气流变为轴向,将空气引入燃烧室。

离心式压气机属于叶片机械，其工作原理是以高速气流与工作叶轮和固定叶

片的相互动力作用为基础，与容积式压气机相比离心式压气机的优点是：消耗同

样的功率时，比容积式压气机的效率高，并能得到较高的增压压力，一般能达

到0.147～0.196MPa以上；结构简单紧凑，重量轻，金属消耗量少。目前离心式

压气机在内燃机增压方面获得广泛的应用。离心式压气机的缺点是随着转速的降

低，增压压力便急剧下降。空气经滤清器进入气道，进气道的断面沿气流方向

逐渐缩小，以便提高气流的稳定性。进气道一定要能保证在流动损失为最小的情

况下，把空气均匀地导向工作轮。工作轮装装花链轴上，尺寸小的可安装在光轴

上。工作轮可由曲轴通过机械驱动，也可直接由涡轮机驱动。

空气沿进气道进入工作轮随工作轮一起旋转，受到离心力的作用沿着工作轮

上叶片所构成的通道流动，使空气受到压缩，这时压力从P1增加到P2，气流速

度从c1增加到c2，驱动工作轮的机械功转化为空气在工作轮中获得的动能，和

以压力形式表现的势能。工作轮出口处的功能一般为气流总能量的一半，因此，

在工作轮后装有扩压器，使其转换为压力能。当气流在扩压器中流动时，由于流

通面不断扩大，气流的速度从c2下降到c3，压力从P2升高到P3。此时产生的

损失是压气机损失中的主要部分。吁片式扩压器的损失比无叶片式扩压器的损失

为小。

自扩压器周围出来的空气进入蜗形管，从此进入发动机的进气管，根据增压

器在发动机上的配置位置不同，蜗形管可以有一个或数个出口管。

工作轮是压气机的主要零件，在工作中使空气受到压缩并获得动能。工作轮

一般用铝台金制造，以大大减少作用在工作轮上的离心力。在现代增压器中，离

心力可达很高的数值，有时可能比零件的重量大5万到10万倍。

工作轮可制成半开式或闭式的，将径向叶片和轮盘制成一体。半开式工作轮

的特点是强度高，工艺性好，当空气流经叶片间的沟槽时，流动损