離心式壓氣機

概述

自20世紀30年代末離心壓氣機首次套用於航空發動機以來，它在航空發動機的發展史中一直占有重要地位。尤其是近30年來，隨著設計技術的進步以及新結構、新材料的套用，離心壓氣機的效率和增壓比不斷提升，產品可靠性也越來越高，已經廣泛套用於中小型渦輪航空發動機和幾乎所有類型的輔助動力裝置（APU）。

離心壓氣機的特點是單級增壓比高，穩定工作範圍廣，具有較好的抗腐蝕能力，能用單級離心壓氣機實現多級軸流壓氣機的增壓效果，因此採用離心壓氣機的航空發動機具有體積小、重量輕、結構簡單、轉子剛性較佳、維修性好等優點，缺點是單位迎風面積的氣流流量小。離心壓氣機主要套用於中小型航空發動機，尤其是渦軸發動機。

單級離心壓氣機主要由進氣道（Inlet）、葉輪（Impeller）、擴壓器（diffuser）、出氣蝸殼（Volute）四部分組成。

進氣道：進氣道的作用是引導氣體更好的進入工作葉輪，以減少進口處的流動損失和擾流強度。

葉輪：工作葉輪由輪盤及其上的葉片組成。用螺母將其緊固在渦輪軸上。氣流沿著輪盤、外殼和葉片組成的通道流動，並在這一過程中將從旋轉葉輪吸收的機械功轉化成壓力（勢能）及速度（動能）。工作葉輪是壓氣機最主要的零件，它的好壞對級的特性起了決定性的影響。

擴壓器：空氣從工作葉輪出來後，具有很高的氣流速度，也即具有很大的動能。這部分動能約占葉輪加工量的25%-50%。因此，為有效的利用這一部分的能量，必須把這部分的動能轉化成壓力能，以達到提高空氣壓力的目的。為此，在葉輪後裝有擴壓器，把氣流的動能轉化為壓力能。

蝸殼：蝸殼的主要作用是收集從擴壓器出來的空氣，並將空氣送到燃燒室或者其他設備中去。

開式工作葉輪：摩擦損失和流動阻力很大，葉輪效率最低，易產生振動，不宜在高轉速下工作。

半開式工作葉輪：摩擦損失和流動阻力較開式的小，效率較高。在一定的剛度和強度，允許在較高的圓周速度下工作。

閉式工作葉輪：其摩擦損失和流動阻力均最小，效率最高。由於結構複雜、笨重，以及輪蓋在旋轉時會對葉片產生巨大的應力，氣強度較差，不宜在高速旋轉工況下使用。

根據壓氣機工作葉輪的葉片形狀，可分為前彎葉片、徑向葉片和後彎葉片。

前彎葉片：工作葉輪可將較多的能量傳遞給空氣，但是，這部分多出來的能量是以增加動能的方式傳遞給空氣，因而必須經過也輪之後的擴壓段和蝸殼通道才能轉變為氣體的壓力能。這種形式的葉輪降低了壓氣機的級效率。

徑向葉片：它有高於前彎葉片的級效率和較高的強度，還可以通過提高其圓周速度獲得較高的增壓壓力。

後彎葉片：工作輪傳遞給空氣的能量少，但能夠保證氣流在出口處的流動較均勻，在擴壓器及蝸殼中的流動損失也較小。因而，它與徑向葉片的葉輪相比，壓氣機的級效率可提高3%-4%，實用的流量範圍擴大約40%。