内燃机涡轮增压器的废气涡轮和压气叶轮的形状为什么不同？ 第1页

题图里面是个高级货，使用球轴承，能够提高轴承效率，改善低速响应。

以前做过一阵子车用增压器压缩机叶轮设计，简单说一下叶轮设计。

车用增压器离心叶轮设计是个很困难的工作，因为受到加工方式的限制，叶片只能扭，不能弯，也没有3D的设计方法，需要在性能，加工性，应力等方面权衡。

拿离心压缩机叶轮为例（因为有很多年不做了，可能会有不少错误，抛砖引玉）：

1. 叶轮进口根部直径：由设计点的流量和应力决定，还要考虑锁紧螺母尺寸，动平衡去除材料的余量；
2. 叶轮进口直径：设计点流量，最高进气相对马赫数最低
3. 叶轮进口角度：设计点的流量速度三角形，压缩机的喘振和阻塞边界
4. 叶根和叶顶型线：控制气流分离
5. 出口直径：压缩机的压缩能力和工作范围
6. 叶片数：滑移系数（做功能力），稠度（堵塞流量）
7. 叶片厚度：模态
8. 叶片出口后弯角：应力，效率，压比
9. 叶片形状（beta和包角，不记得是不是这个名字了）：气流分离，叶片载荷的分布

先对以上参数进行2维计算和优化，生成3维模型，再进行CFD/FEA计算，分析气流的分离，叶片的载荷，轮子的应力等，然后再返回2维修改参数，周而复始。 所以根据发动机性能的不同，一般一种叶轮直径，也会有多种性能的轮子设计可供选择。有的倾向高压比，有的倾向低速效率等。

轴流式的压缩机和涡轮都有，但是轴流式单极的压缩能力有限，所以内燃机上的压缩机都是离心式的；轴流涡轮的话，只在大型船用机上才使用，因为车用的增压器尺寸较小，虽然轴流的效率高，但使用轴流布置必须从转子靠近中间体的进气，会使得燃气的热量更多的传递到中间体，造成润滑油结焦问题。所以车用增压器都是径流式设计。

向心和离心的问题：压缩机和涡轮机的叶轮设计，其实就是在旋转坐标系下设计管道。 作为压缩机，气流在槽道（叶片与叶片之间形成的通道）中相对叶轮的速度应该是降低的，将动能转换成压力能，如果把槽道想象成一个管子，那么这个管子应该是扩张的。 涡轮相反，气体膨胀，气流相对速度升高，槽道应该是收缩的。 那么只有向心才能设计出收缩的管道，离心才能设计出扩张的管道。 水轮机因为工质不能膨胀，所以设计的原理完全不同。

这方面我非常生疏了，在这卖弄一下，欢迎专家指导。

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- @刈木 轴流涡轮的流道截面应该也是收缩的。我找到一个讲义 涡轮工作原理及特性 里面也说到“工作轮叶珊通道也呈收敛形”。22页给出的涡轮和压缩机的对比也说明这个问题。

因为在向心涡轮中，不象轴流涡轮，叶片的厚度变化是很小的；因为拔模的原因，大径处的叶片角必须是径向的，所以只能通过向心的方式获得收缩的流道，而无法通过离心的方式获得收缩的流道。