[科普中国]-轮阻损失

离心压缩机叶轮旋转时，轮盘和轮盖的外侧面与周围间隙内的气体摩擦，消耗机械功，一般称为轮阻损失。

简介漏气和轮阻损失一般被称之为压缩机的外部损失。叶轮的周围充满着气体，当叶轮旋转时需克服叶轮两侧表面及叶轮外缘与气体之间的摩擦损失，这就是轮阻损失。如图1所示是叶轮轮阻损失的模型试验示意图。靠近轮盘的流体由于粘滞力的作用被轮盘带动旋转，并被抛向外缘，然后又回到轴中心，以致在间隙中形成如图1所示的涡流1。工程设计中，轮阻损失的计算是应用封闭在柱形腔体内旋转圆盘实验所获得的经验公式进行2。

相关研究离心压缩机轮阻损失计算目前工程设计中，轮阻损失的计算是应用封闭在柱形腔体内旋转圆盘实验所获得的经验公式进行，存在一些不足。通过对实验结果的分析，近来有学者提出了离心叶轮外侧间隙内泄漏气体在紊流条件下的速度分布表达式，应用Goldstein的对数壁面率处理摩擦应力分布，通过求解边界层动量积分方程获得轮阻损失。

理论分析

当离心压缩机转子转动时，在压差的作用下，离心叶轮外侧间隙内存在泄漏气体流动。从泄漏方向来看：轮盖侧间隙内的泄漏气体是由轮缘向中心方向流动，经轮盖密封漏人叶轮进口。对轮盘侧有两种情况：（1）对中间级，气体由下一级叶轮进口经隔板密封漏人间隙，泄漏气体由中心向轮缘方向流动。（2）对末级，泄漏气体也是由轮缘向中心流动，经平衡盘密封漏出。

基于对离心叶轮外侧间隙内泄漏气体流动特点的分析，将间隙内泄漏气体的流动抽象成图1所示的流动模型，以便于量化分析。一般情况下，间隙内泄漏气体流动时，将在隔板表面和叶轮外侧面分别形成边界层，边界层之间为核心区。核心区流体在叶轮的驱动下，像刚体一样转动3。

结论

（1）离心压缩机漏气损失计算，必需考虑离心叶轮外侧间隙内泄漏气体的流动情况。泄漏气体在间隙内的流动方向、流量系数Cq、旋转雷诺数Re、间隙比G等因素对漏气损失均有较大影响。计算结果表明轮盖侧间隙内的泄漏气体，在叶轮的驱动下，约以叶轮旋转角速度的一半随叶轮旋转，轮盘侧间隙内的泄漏气体则以小于叶轮旋转角速度的一半随叶轮旋转。

（2）离心压缩机轮阻损失的计算，也必需考虑离心叶轮外侧间隙内泄漏气体的流动情况。流量系数Cq、旋转雷诺数Re、间隙比G等因素对漏气和轮阻损失均有较大影响。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所