博客分享|压缩机特性图的修正

叶轮机性能的分析和测试总是在某一固定的入口条件下进行的。换句话说,叶轮机性能图的假定条件是,默认入口流体的压力和温度是定值。然而在实际工程中,叶轮机入口条件往往是变化的。因此叶轮机的性能图有时需要“通用化”。这就要求我们对其入口流量、转速进行“修正”。
下图是一个压缩机的特性图,展示了修正流量、修正转速与压比之间的关系。

以修正流量、修正转速绘制的典型涡轮增压器特性图
这种修正得到的“通用化”特性图在涡轮增压器行业中尤为重要。量产的汽车需要在众多环境下工作,而不可能针对某一环境进行定制。海拔、气候、季节的变化使得涡轮增压器的入口气流条件会发生很大变化。
下面我们借用两个极端的环境举一个例子:我们让同一台涡轮增压器夏季在西藏的拉萨(世界上海拔最高的城市之一)运行,然后让其冬季在加拿大的温尼伯(世界上最冷的城市之一)运行。然后将他们未修正的性能图与标况下的性能图进行对比。注意三者效率峰值时的质量流量的巨大差异。有趣的是夏季拉萨的特性曲线(黄色)比冬季温尼伯的特性曲线(灰色)相对于标况的特性曲线(蓝色)偏离的远很多。

未修正的特性图显示了同一台涡轮增压器在三种不同工况下运行的巨大差异:标态(蓝线)、夏季拉萨(黄线)、冬季温尼伯(灰线)
有趣的是,地球表面上的大气压的绝对值变化通常比温度的绝对值变化要大很多。因此拉萨压缩机的特性线比温尼伯压缩机的特性线偏离标况下的特性线更远。
这种不同工况下效率峰值随质量流量变化的特点将极大影响涡轮增压发动机的性能。这种影响可以用现代发动机仿真软件评估。为了进行评估对比,有必要对这些不同工况对于性能的影响进行“修正”。修正方程如下所示:

下图是修正好的特性曲线图:

用标准化的流量和标准化的转速修正的特性曲线图
修正后的图很好的统一了不同工况下性能图。但是我们可以很明显的看到,修正后的不同工况的特征线仍有一些差异。这主要是由于不同工况下雷诺数不同引起的。
这些修正中实际隐含着理想气体的假设。对于涡轮增压器,这是一个合理的假设(和大多数常规压缩机一样)。对于超临界CO2等具有高度非线性化物性的工质,这一假设则不太适用。
总的来说,对于大多数压缩机,这一修正方法是量化评估一定工况范围下性能的有力工具。

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Mark R. Anderson|供稿
Mark R. Anderson,Concepts NREC 首席技术官
宋威|译
何道贵|校
王娜欣|编辑
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