离心压气机理论-第二部分.ppt

借助图9，定性地给出了扩压器内部气团的运动轨迹，其中曲线o-t代表理想情况下气团在揳形扩压器内的流动，是气团在扩压器内可能出现的运行轨迹的上限，曲线o-q代表气团在气动叶形扩压器或弯曲叶形扩压器中的运行轨迹。曲线o-s代表气团在无叶扩压器内部流动轨迹。 ;理想状态下，气团在无叶扩压器内的运行轨迹是对数螺旋线，这条运行轨迹是气团在扩压器内运行的下限。对于半径比为2，入口流动角为6?时，气团从扩压器入口运动到扩压器出口，将近似旋转一周。由于在壁面存在着粘性阻力，会产生较高的摩擦损失，因此无叶压器的压强恢复能力明显要比有叶扩压器的压强恢复能力低一些。 ;通常情况下无叶扩压器压升系数低于有叶扩压器所能获得的压升系数。对于无叶扩压器，当?2角较小情况下，即使在一个较短的扩压器内，气流也要经过一个较长的距离才能从扩压器的入口运动到扩压器的出口。 ;由图10关于Elder和Foster[1987]的研究成果可以看出，对于一个半径比为2的扩压器，入口角度为5?时，气流在离开扩压器前将在周向上旋转400?左右，由此产生较高的摩擦损失，因此扩压器内获得的实际压升将远小于理想情况下能够获得的压升。 ;另一方面，无叶扩压器更适合于非设计工况，因为叶轮出口绝对气流角?2可以在一个较宽的范围内变化，对于无叶扩压器不象有叶扩压器那样存在着进口攻角问题。 只有当径向绝对速度Ma数大于1时才会在无叶扩压器内出现堵塞流动现象，而对于有叶扩压器由于存在喉部，明显比无叶扩压器更容易出现堵塞流动现象。 Dean[1976]对无叶扩压器和有叶扩压器内部流动现象进行了研究，发现相对于有叶扩压器内部流动而言，无叶扩压器内更容易出现由扩压器向叶轮内部反向流动现象。 ;如果采用收缩式扩压器，那么就会使径向速度沿半径方向上减小更缓慢一些，而切向速度和原来一样减小，这样导致平均流动方向更倾向半径方向，因此会使气流在扩压器内流动距离缩短，流动距离缩短的好处就是使损失下降。也就是说，改变扩压器宽度会对壁面摩擦损失产生很大影响。收缩式扩压器的另外一个好处是使流动方向更倾向于径向???向，从而使压气机更不容易出现旋转失速现象。;Yingkang和Sjolanger(1987)在他们的文献中给出了5个不同叶片形状扩压器对压气机气动稳定性影响的研究结果，这5个无叶扩压器的两个壁面具有小扩张角形状和较大收敛角形状。 研究结果： 壁面收缩扩压器压升随流量变化斜率为负，这标志着扩压器具有稳定的扩压特性。 在中间流量下，具有5.5?收敛角的扩压器(也是试验中具有最大收敛角的扩压器)具有最高的压强恢复系数。 而在最大流量下，收敛形扩压器的压强恢复系数明显减小。 他们还发现扩压器采用收敛形状时，可以改善扩压器出口流动的均匀性，并且收敛形扩压器还可以对扩压器内的反向流动起到抑制作用，从而延迟了扩压器内旋转失速现象的发生。 ;Rodgers(1982b)对15种不同尺寸的无叶扩压器进行了试验研究。扩压器宽度在径向保持不变，且D2/D1?1.7，图11给出了根据Rodgers试验结果画出的压强恢复系数和入口径向速度与切向速度之比Cm2/C?2之间的关系曲线。;1对于扩压器宽度b/D20.045， 当入口流动角相同情况下，绝大多数扩压器具有几乎相同的压强恢复系数。 ;随着Cm2/C?2的增加，压强恢复系数上升;一个扩压系统如果随流量增加，扩压能力增加，那么这个扩压系统本身就是不稳定的。从图11可以看出，无叶扩压器本身是不稳定的。;为什么离心压气机可以稳定工作？ 之所以离心压气机没有发生失速及喘振现象，主要是由于叶轮压升与流量特性斜率为负，从而保证压气机级压升与流量曲线斜率为负，使系统能稳定工作。;扩压器入口速度分布是不均匀的，这种现象对压力系数的影响并不明显，但是出口直径与入口直径比应足够大，以便扩压器有足够的尺寸让气流扩压。;图12给出了无叶扩压器不同半径位置子午速度分布的试验结果，图中给出的速度是经过换算的子午速度，可以看出，在最高效率工况下，随着气流沿径向向外流动，速度不均匀分布得到了明显的改善。 ;Bradshaw和Laskin(1947)对一系列不同转速的离心压气机扩压器进行了试验研究，他们发现：;无叶扩压器中的喘振和稳定性 ;目前来看，扩压器能够工作在负的径向速度情况下，因此这种以径向速度为负来界定失速是否发生的方法就显得很不准确。 Senoo和Kinoshita (1977)通过对一些扩压器的研究发现临界流动角在81°和69°之间，且?2crit随b/D2减小而增加，这一结论和Jansen的结论正好相反。 阿布德哈米德(Abdelhamid，1982)对无叶扩压器内不稳定流动现象进行了大量的研究，他提出的扩压器内不稳定流动和Jansen及Senoo发现的现象并不相同。他定义发生失速情况下对应的流量系