压缩器种类与选择

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：在压缩器的重量或大小层面上，航空器所占的比重较大。图12-20 离心式压缩器中的空气流动离心式压缩器扩散器的形状对压缩器效率的影响很大。离心式压缩器类型有单级、多级和双面进气类型等，大部分为1～2级压缩器，最大增压比可以达到15：1。表12-8 离心式压缩器的级数和增压比

在压缩器的重量或大小层面上，航空器所占的比重较大。压缩器和涡轮均有轴流式和离心式。

1.轴流式压缩器

轴流式压缩器顾名思义空气以压缩器的轴向进入和被压缩，并以轴向排出。轴向式虽然比离心式构造复杂，但可以把大容量空气以高增压比和良好的效率进行压缩，还可以小型化正面端面积，因其空气阻力小，所以作为中型、大型航空器的理想压缩器广泛使用。

轴流式压缩器的特性是，在一级压缩器中提供给流体的角动量变化很小，在一级压缩器中能获得的增压比（压力上升比）为1.5以下，因此设计为多级压缩器。要增加一级压缩器的增压比，如前所述应增大工作叶片的转速U或直径。但是，压缩器由涡轮驱动，因此受到转速的限制，此外如果在一定流量下增大工作叶片的直径，会因叶片的高度低而导致效率降低。因外，轴流式压缩器存在运行范围窄，在小流量条件下容易发生喘振现象的缺点。

中型、大型航空器几乎大部分使用轴流式压缩器，通常配备15～18级压缩器，能获得10～40的增压比。目前世界上使用的主要轴流式压缩器的级数和增压比见表12-7。

表12-7 轴流式压缩器的级数和增压比

2.离心式压缩器

离心式压缩器由作为工作叶片的叶轮和作为导流叶片的扩散器构成，空气轴向进入离心式压缩器后，向半径方向流动从压缩器流出。流出的空气再次转向90°方向后进入位于压缩器后方的燃烧室。即压缩器的驱动力通过工作叶片（叶轮）增加空气的流速，通过导流叶片（扩散器）把空气的动能转换为压力。

如图12-20所示，实际离心式压缩器设计为，在工作叶片上增加一般的压力，剩余的一般在导流叶片上获得。图中显示了空气从叶轮入口（叶轮中央部的空气进入部位）进入和通过扩散器时，空气压力和速度的变化量。可以看出，空气通过叶轮时，速度和压力同时增加，而通过扩散器时，速度降低，压力增加。

图12-20 离心式压缩器中的空气流动

离心式压缩器扩散器的形状对压缩器效率的影响很大。扩散器降低空气的流速，并提高压力，在此过程中肯定会产生一些损失。如果压力急速发生变化，因逆压梯度过大，会出现空气流动剥离现象；相反如果压力梯度过缓，通道长度过长，则会增加摩擦损失。另外，叶轮和壳体之间的间隙要保持最小值，以防止空气泄漏，才能获得高效率。

离心式压缩器的特性是，在结构上既简单又坚固，对于相同的压缩比轴向长度小，在宽广的范围内效率高。在性能方面对设计制造精密性的依赖不敏感。尤其是，对异物的抗损伤性良好，即使异物沉积在叶片通道中，对性能的影响也不大。另外，离心式压缩器用1级可以获得4级左右的大增压比，具有小型轻量化的优点。但是，如要制造为多级压缩器，则需要改变空气的流动方向，因此制造技术上难度很大，并且效率降低，不能获得优秀的增压比，特别是需要大流量空气时，发动机的直径会很大，这将成为作为大型航空器压缩器的最大缺点。因此，离心式压缩器主要使用在需要小增压比和小流量的小型燃气涡轮发动机或辅助动力装置上。例如，汽车和航空器的涡轮增压器就主要使用离心式压缩器。

离心式压缩器类型有单级、多级和双面进气类型等，大部分为1～2级压缩器，最大增压比可以达到15：1。离心式压缩器的级数和增压比见表12-8。

表12-8 离心式压缩器的级数和增压比

压缩器种类与选择

相关推荐