图3-52 计算流程框图

在离心式压缩机中，扩压器的功用主要是使由叶轮出来的具有较大动能的气流减速，使动能有效的转化为压力能。特别对高能头的叶轮来说，其出口气流绝对速度可高达500m/s以上，而一般叶轮的出口气流绝对速度也有200～300m/s。对径向直叶片叶轮而言，这部分动能几乎占叶轮耗功的一半；对后弯式或强后弯式叶轮，其功耗约占25％～40％。所以必须加以很好地利用。图3-52为计算流程框图。

扩压器一般分为无叶扩压器、叶片扩压器及直壁扩压器三种。

1.无叶扩压器

无叶扩压器如图3-53所示。无叶扩压器常见的是由两个平壁构成的环形通道组成的。环形通道是等宽度的或变宽度的。气体从叶轮中流出，经过这个环形通道，速度逐渐降低而压力逐渐升高，然后经过后面的弯道和回流器进入下一级。

图3-53 无叶扩压器

确定无叶扩压器的参数时，主要是指进口宽度b₃、出口宽度b₄及直径比D₄/D₂。一般常取b₃＝b₄＝b₂。如果b₃＞b₂，则气流从叶轮出来后不能全部充满扩压器进口段的空间而产生涡流（见图3-54），带来损失。有时可使b₃稍大于b₂，例如b₃＝b₂＋（1～2）mm，以避免从叶轮出来的气流对扩压器壁面的冲击。有时为了使叶轮出口处的气流加快均匀化，也可使b₃等于b₂（见图3-55）。此外，当叶轮叶片的相对宽度b₂/D₄较大时，b₃可稍减小些，反之则稍加大些。

图3-54 b₃＞b₂气流突然扩散

图3-55 b₃＝b₂和b₃＜b₂的气流情况

无叶扩压器的结构简单、造价低。特别是与叶片扩压器相比，具有性能曲线平坦、稳定工作范围大的优点，且在Ma数较高时，效率降低仍不明显，故得到普遍采用。其缺点是因α角基本不变、流动路程较长、摩擦损失较大；在设计工况下，其效率比叶片扩压器要低些，当α角很小时更明显。因此对一般固定式压缩机，希望α₂角不小于18°，运输式压缩机的α₂角不小于12°。此种扩压器主要靠增加直径的办法完成扩压的目的。为了增加扩压效果，必须增大直径，这样就增大了机器外径尺寸。综合其优缺点，有时即使在较小的α角和较窄的b₂/D₂时，仍可以采用无叶扩压器。

2.叶片扩压器

若无叶扩压器的环形通道中，沿圆周装有均匀分布的叶片，就成为了叶片扩压器。它实质上就是静止的原环形叶栅。在无叶扩压器内气体流动时，方向角基本上保持不变（见图3-56中虚线显示）；但装了叶片后，就迫使气流按着叶片的方向运动，气体的运动轨迹与叶片的形状基本一致。在叶片扩压器中，叶片的形状与安装情况总是使α角逐渐增大，气流的方向角也不断增大，即α₃＜α＜α₄。(www.daowen.com)

扩压器叶片数一般为Z₃＝16～22，并且Z₃最好小于叶轮的叶片数Z₂。因为在叶轮两叶片之间的流道中，气流是不均匀的。如果扩压器叶片数多于叶轮叶片数，就有可能使叶片扩压器某一流道接受的是高速部分气流，两相邻的另一流道接受的是低速部分气流，这样扩压器各个流道接受了速度大小不同的气流，会使扩压器稳定工况范围缩小，喘振提早发生。另外，为了避免出现共振现象，扩压器与压力的叶片数不应当相等或成整数倍。叶片扩压器有时也采用双列叶片，考虑原则与叶轮相同。

叶片中心线的形状一般是采用圆弧形或直板形。圆弧形型线构作方法和叶轮叶片型线相同。叶片一般由钢板制成，或采用机翼型叶片。机翼型叶片流动损失小、变工况的性能好，但工艺要求复杂。

图3-56 叶片扩压器

D₄和α_4A值直接决定了扩压器出口面积A₄。它们增加，都将使A₄增大，也就使扩压度增大。但实际上，过多的增大D₄，扩压度的增大效果反而不明显。因为一般扩压器内的扩压作用，主要发生在扩压器的前半段（见图3-57），越到后面扩压器作用就越弱，因而用增加D₄的办法来增大扩压程度，作用并不大，相反会使流道增长，加大了损失。α_4A的增加，也会使出口面积增大，但过多的增大α_4A，会使当量扩张角θ_eq过大，气流扩压程度剧增。又因气流在扩压器内，总是有向α角不变方向流动的自然倾向，α_4A过大，就容易增加吸力面上气流的分离倾向而加大损失。

图3-57 采用叶片扩压器和无叶片扩压器级性能曲线比较

叶片扩压器有扩压程度大，尺寸小的优点。此外，叶片扩压器在设计工况下，损失比无叶片扩压器小。由于其流道长度短、流动损失较小、效率较高，一般在设计工况下，叶片扩压器效率比无叶片扩压器高3％～5％，当α₂小时，两者的差别就大些；在α₂较大时，无叶片扩压器总的流线长度也不太长，两者效率的差别就不明显。叶片扩压器的缺点是：由于叶片的存在，变工况时冲击损失较大，而使效率下降很多，当冲角增大到一定值后，就容易发生剧烈的分离现象，导致压缩机的喘振。许多试验证实，当压缩机流量不断减小时，往往是在叶片扩压器中，首先出现严重的旋转脱离，进而引起整个压缩机喘振。所以带叶片扩压器的级或压缩机的性能曲线较陡，稳定工况范围较窄。

图3-58 直壁扩压器

3.直壁扩压器

直壁扩压器也是叶片扩压器的一种（见图3-58）。由于其叶片间形成的通道有一段接近于直线形，故称为直壁扩压器。人们往往把这种扩压器作为一个单独通道来研究，故又称通道形扩压器。这种型式的扩压器由于结构复杂、加工麻烦，虽性能有所改善，但并不太明显，所以一般采用得不太多。由于直壁扩压器的通道基本上呈直线形的，所以气流的速度、压力分布较均匀，流动损失小，适合用于c₂大的高能量级，另外可用于c₂小的强后弯叶轮级中，以增大扩压器叶片安装角α_3A，避免流动情况恶化。有些小型燃气轮机装置中采用这种扩压器。

4.扩压器的设计

这里以叶片扩压器为主，介绍其设计方法。在叶片扩压器中，由于存在着叶片与气流间的相互作用，气流的动量矩发生变化，这时入口rC_θ就不再等于常数了。设计时，首先求出转子出口的rC_θ；由于此值与扩压器进口的rC_θ相等，这样就可以求出扩压器进口的C_θ；而在扩压器出口，一般C_θ＝0，根据这个原则，给出中间各个位置的C_θ变化，基本上就可以得出扩压器的叶型。