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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

  

user avatar   rolnaersen 网友的相关建议: 
      

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。




  

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