离心式压缩机ppt课件.ppt

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1、离心式压缩机,离心式压缩机,1 离心式压缩机的主要构件及基本原理2 气体在级中的流动及基本方程3 级中能量损失4 离心式压缩机的特性曲线5 离心式压缩机的性能调节6 相似原理在离心式压缩机中的应用7 离心式压缩机的主要零部件8 离心式压缩机密封装置9 离心式压缩机润滑系统,1 离心式压缩机的主要构件及基本原理,离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换，使气体主要沿离心方向流动从而提高气体压力的机器。,1.1 离心式压缩机的主要构件,（1）离心式压缩机的典型结构,结构型式： 中低压水平剖分型 垂直剖分（高压圆筒）型 多轴式 例： 沈阳鼓风机厂MCL系列中低压水平剖分式多级离心压缩机、BCL系列高压筒

2、形压缩机。,水平剖分型：气缸剖分为上下两部分，螺栓连接。上下机壳为组合件，由缸体和隔板组成。适于中低压压缩机（一般低于5MPa）。,垂直剖分型：气缸为筒形。隔板上下剖分（螺栓连接成为整体，气缸两侧端盖用螺栓紧固。隔板转子组装后送入筒形缸体。抗内压能力强，密封好，刚性好，温度、压力引起的变形均匀，适于压力高、易泄漏的气体。,多轴式：齿轮箱中一个大齿轮驱动几个小齿轮，每个轴的一端或两端安装有叶轮。叶轮轴向进气，径向排气，以管道连接各级。从动轴转速不同，各级均在最佳状况下运行。适于中低压空气、蒸汽或惰性气体。,结构组成：机壳，转子，定子，以及辅助系统。,定子部分1、气缸：是压缩机的壳体，又称为机壳。

3、由壳体和进排气室组成，内装有隔板、密封体、轴承等零部件。对它的主要要求是：有足够的强度以承受气体的压力，法兰结合面应严密，主要由铸钢组成。,2、隔板：隔板是形成固定元件的气体通道,根据隔板在压缩机所处的位置，隔板可分为4种类型：进口隔板、中间隔板、段间隔板、排气隔板。,转子部分主轴 压缩机的关键部件，他是主要起到装配叶轮、平衡盘、推力盘的作用，是转子部分的中心部位。,压缩机装置系统图,转子：叶轮与轴的组件。,（1）叶轮 离心式压缩机中唯一的作功部件。它随轴高速旋转，气体在叶轮中受旋转离心力和扩压流动作用，因此气体流出叶轮时的压力和速度都得到明显提高。,观看离心式压缩机装配动画,（1）扩压器 离

4、心式压缩机中的转能部件。气体从叶轮流出时速度很高，为此在叶轮出口后设置流通截面逐渐扩大的扩压器，以将这部分速度能有效地转变为压力能。（2）弯道设置于扩压器后的气流通道。其作用是将扩压器后的气体由离心方向改为向心方向，以便引入下一级叶轮去继续进行压缩。,定子：扩压器、弯道、回流器、吸气室和蜗壳等固定元件 。,（3）回流器 使气流以一定方向均匀进入下一级叶轮入口。回流器中一般都装有导向叶片。（4）吸气室 将气体从进气管（或中间冷却器出口）均匀地引入叶轮进行压缩。（5）蜗壳 把从扩压器或直接从叶轮出来的气体收集起来，并引出机外。在蜗壳收集气体的过程中，由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着一

5、定的降速扩压作用。,1.2 离心式压缩机的基本工作原理,气体由吸气室吸入，通过叶轮对气体作功后，使气体的压力、速度、温度都得到提高，然后再进入扩压器，将气体的速度能转变为压力能。当通过一级叶轮对气体作功、扩压后不能满足输送要求时，就必须把气体再引入下一级继续进行压缩。为此，在扩压器后设置了弯道、回流器，使气体由离心方向变为向心方向，均匀地进入下一级叶轮进口。各级经蜗壳及排出管被引出至中间冷却器。冷却后的气体再经吸气室进入以后各级继续压缩，最后由排出管输出。气体在离心式压缩机中是沿着与压缩机轴线垂直的半径方向流动的。,级是离心压缩机使气体增压的基本单元，有三种型式，即：首级、中间级、末级。,1.

6、3 离心式压缩机的主要优缺点,优点：（1）单级流量大。目前合成氨装置中合成气体压缩机的排气量达6000m3/min以上。在产量大于600吨/日的合成氨厂中主要的工艺用压缩机几乎都采用了离心式压缩机。 （2）重量轻、体积小。无论机组占地面积还是质量都比同一气量的活塞式压缩机小得多。（3）运转可靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，操作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。目前大型石油化工过程用离心式压缩机多为单机运行。（4）气体不与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可以做到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。（5）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以合理而充分

7、的利用工艺过程本身的热能，节约能源。,缺点：（1）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。（2）离心式压缩机的效率一般低于活塞式压缩机。（3）离心式压缩机的稳定工况区较窄。,2 气体在级中的流动及基本方程,气体在压缩机叶轮中的流动与液体在泵叶轮中流动非常类似，都是沿半径方向流动的，其圆周速度为u，相对速度为，绝对速度为c。,圆周速度与相对速度的合成。,相对速度（w）：与叶片的切线方向一致。,牵连速度（u）：,绝对速度（c）：,三者之间的关系可以用速度三角形表示,但气体与液体性质不同，又使其流动过程有所区别：气体与液体的密度相差很大，因此当它们通过叶轮获得同样的能头时，两者的压力升p相差很大；气体

8、是可压缩的，在气体压力提高的同时，其他状态参数如比容、温度等都在变化。尤其在高速下，气体的流动更复杂。气体在压缩机内的流动情况分析：欧拉方程；伯努利方程；用热力学基本方程来分析气体在压缩过程中状态参数的变化及其对流动影响。,在离心式压缩机中气体的流动实际上是属于三元非稳态流动。在工程上，为了便于分析研究，常假设级中气体作一元定常流动。一元定常流动垂直于流动方向的各截面上的流动参数（压力、温度、密度和速度等）都均匀一致且不随时间变化。这样，气体参数的变化仅与流道长度这一坐标有关。,2.1 连续方程,连续方程的基本表达式,气体作定常一元流动，流经机器任意截面的质量流量相等，其连续方程表示为：,方程

9、说明：随着气体在压缩过程中压力不断提高，其密度不断增大，容积流量沿机器不断减小。,式中：G 为质量流量 kg/s, Q 为容积流量m3/s,为气流密度,f 为截面面积,c2r为垂直该截面的法向流速。,2.2 欧拉方程,欧拉方程是用来计算原动机通过轴和叶轮将机械能转换给流体的能量，称为叶轮机械的基本方程。由流体力学的动量矩定理导出，其表达式：,也可表示为：,式中LT 为叶轮输出的欧拉功 ，HT为每千克流体所接受的能量称为理论能量头，单位是J/kg。,欧拉方程的物理意义：,欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循能量转换与守恒定律；只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出一千克流体与叶

10、轮之间机械能转换的大小、而不管叶轮内部的流动情况；该方程适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的压缩机，也适用于叶轮式的泵；推而广之只需将等式右边各项的进出口符号调换一下，亦适用于叶轮式的原动机如汽轮机、燃气轮机等。原动机的欧拉方程为,叶片数有限的理论能头：,无预旋：一般情况下气体是从径向流入叶道入口，简称径向进入叶轮或气流无预旋进入叶轮。此时,理论能头系数或周速系数,叶片数有限的理论能头：,轴向旋涡 液体由于存在惯性力，产生轴向涡流，方向与叶轮转动方向相反。结果 使得相对速度和绝对速度产生滑移。,无预旋：一般情况下气体是从径向流入叶道入口，简称径向进入叶轮或气流无预旋进入叶轮。此时,有限多叶片

11、相对速度的分布工作面一侧相对速度小，非工作面一侧相对速度大。,为此，斯陀道拉提出了计算周向分速的半理论半经验公式：,滑移速度与叶轮结构、叶道中流动情况及流体性质有关。,斯陀道拉认为，轴向漩涡的转速与叶轮转速相等，但方向相反；并假设轴向漩涡的直径近似等于叶轮叶道的有效宽度。轴向漩涡导致叶轮出口处气流产生平均附加圆周分速度，其数值为 wu2。,实际叶轮理论扬程：,滑移系数（又称环流系数、周速纠正系数），用以考虑叶片数有限对理论扬程的影响,与叶片数z、叶片离角A2、叶轮形状尺寸等参数有关,有限多叶片的理论能头的计算公式：,此方程为离心压缩机计算能量与功率的基本方程式。说明： 主要与叶轮圆周速度、流量

12、系数、叶片出口角和叶片数有关。,式中： 流量系数。,又可表达为：,周速系数,【例】 离心式压缩机DA35061第一级叶轮的外径D2=600 mm，叶片出口角A2=45，叶片数 z =18，流量系数r2=0.248，转速n =8600 r/min。求叶轮使每千克气体所获得的理论能头。,解：,2.4 总耗功和功率,叶轮对每千克有效气体作的总功为：,WT叶轮通过叶片对叶道内的气体作功，成为叶片功，它就是气体获得的理论能头；Wdf轮阻损失功。叶轮的轮盘和轮盖的外表面及轮缘等与周围气体有相对运动，产生摩擦而消耗功。轮阻损失功转变成热量而被气体吸收。Wl内漏气损失功。由于叶轮轮盖处存在泄漏，有流量为Gl（

13、kg/s）的气体从叶轮出口返回到叶轮入口，并且反复循环，把能量消耗在轮盖密封处，它也转变成热量而被气体吸收。,每千克有效气体从叶轮中得到相应的总能头为 ：,轮阻损失能头,内漏气损失能头,理论能头,【思考】 离心式压缩机的总能头Htot 包括哪几部分？为什么泄漏损失能头Hl 和轮盘阻力损失能头Hdf 都要计入总能头？,2.4 能量方程,能量方程用来计算气流温度（或焓）的增加和速度的变化。,根据热力学的能量转换与守恒定律，当气体在级中作稳定流动时，取级中任意两截面a、b间的系统作为考察对象，则对单位质量气体有：,焓,外界做功,外界加热,流速,位置,能量方程的物理意义：能量方程是既含有机械能又含有热

14、能的能量转化与守恒方程，它表示由叶轮所作的机械功，转换为级内气体温度（或焓）的升高和动能的增加；该方程适用任一级，也适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的进出口截面而定。,离心压缩机不从外界吸收热量，而由机壳向外散出的热量与气体与气体的热焓升高相比较是很小的，故可认为气体在机器内作绝热流动，其q=0； 忽略a、b截面高度差；且近似绝热过程，对理想气体有：,定压比热容,气体常数,当a、b截面分别为级的进、出口截面时，一个级的能量方程式可写为：,2.5 伯努利方程,应用伯努利方程将流体获得的能量区分为有用能量和能量损失，并引入压力参数，表示出压力的增加，将机械功与级内流体压力升高的静压能联系

15、起来，其表达式为：,在稳定流动中外界对气体所作的功，表现为气体静压头的提高、速度头的提高、并克服各种能量损失。它是计算压缩机中气体压力变化的一个重要方程式。,hlos级进出口全部能量损失hdf轮阻损失hl内漏气损失hhyd各种流动损失,伯努利方程的物理意义:伯努利方程也是能量转化与守恒的一种表达式,它表示叶轮所做机械功转换为级中流体的有用能量(静压能和动能增加)的同时,由于流体具有粘性,还需付出一部分能量克服流动损失或级中所有的损失；它建立了机械能与气体压力p、流速c 和能量损失之间的相互关系；该方程适用一级，亦适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的时出口截面而定 ；对于不可压流体，其密

16、度为常数，则可直接解出，因而对输送水或其他液体的泵来说应用伯努利方程计算压力的升高是十分方便的。而对于可压缩流体，还需知道p=f（）的函数关系及热力学基础知识才可解决。,2.6 级效率；热力过程方程和压缩功的表达式关联,是外功中可以用来使气体压力升高并克服损失的能头，称为可用能头。,伯努利方程：,等温压缩过程中温度始终保持常数 ：,等温压缩功：,绝热压缩为等熵过程 ：,绝热压缩功：,或,多变压缩过程存在能量损失和气体同外界的热交换 ：,多变压缩功：,【例题】 某离心式空气压缩机的一个级，空气进、出口参数 ts=20，ps=101.3103Pa，pd=155103Pa。试计算压缩一千克空气需要的

17、 、 和 各为多少？,解： 空气的气体常数R = 287.64 J/kgK Ts=273+20=293 K,在进气温度和压力比相同的条件下，等温压缩功最小，排气温度最低。多变压缩功最大，排气温度最高。所以多级压缩时常作成多段，增加段间冷却以降低气体温度，使压缩过程向等温过程靠近，达到节省压缩功的目的。压缩功大小与气体性质有关，在同样压力比下压缩轻的气体（气体常数R 较大）比压缩重气体需要的压缩功大。例如压缩氢气需要的压缩功比压缩空气需要的压缩功大14.4倍。由于同一压缩机的级压缩同一质量流量的不同气体所提供的理论能头 HT 是相同的，所以，当压力比相同时，压缩轻气体需要的级数比重气体的多。,降

18、低气体的温度，节省功率，采用分段中间冷却器。,如果段数为N，则中间冷却器的个数为N-1个。经过各段间冷却器存在压力损失；中间冷却器和管道的阻力降，加大功率消耗。因此，要合理选择压缩机的段数。,多变效率：,多变指数系数：,3 级中能量损失,3.1 级内的流动损失,（1）摩阻损失,产生原因：流体的粘性是根本原因。从叶轮进口到出口有流体与壁面接触，就有边界层存在，就将产生摩阻损失。,摩阻损失Hf 与摩阻系数相关，摩阻系数是Re与壁面粗糙度的函数。,减小措施：减少叶轮外表面粗糙度。,（2）冲击损失,产生原因：流量偏离设计工况点，使得叶轮和叶片扩压器的进气冲角i0，在叶片进口附近产生较大的扩张角，导致气

19、流对叶片的冲击，造成分离损失。,大小：采用冲击速度来表示，正冲角损失是负冲角损失的1015倍。减少措施：控制在设计工况点附近运行；在叶轮前安装可转动导向叶片。,流量小于设计,流量大于设计,（3）分离损失,产生原因：通道截面突然变化，速度降低，近壁边界层增厚，引起分离损失。大小：大于沿程摩阻损失。,受流道形状、壁面粗糙度、气流雷诺数、气体湍流程度影响。减少措施：控制通道的当量扩张角 ；控制进出口的相对速度比,（4）二次涡流损失,产生原因：叶道同一截面上气流速度与压力分布不均匀，存在压差，产生流动，干扰主气流的流动，产生能量损失 。在叶轮和弯道处急剧转弯部位出现。,减少措施：增加叶片数，避免急剧转

20、弯。,大小：叶道的弯曲，气流速度方向的变化急剧与否。,（5）尾迹损失,产生原因：叶片尾部有一定厚度，气体从叶道中流出时，通流面积突然扩大，气流速度下降，边界层发生突然分离，在叶片尾部外缘形成气流旋涡区，尾迹区。尾迹区气流速度与主气流速度、压力相差较大，相互混合，产生的能量损失。,减少措施：采用翼型叶片代替等厚叶片；将等厚叶片出口非工作面削薄。,大小：与叶道出口速度，叶片厚度及叶道边界层有关。,（6）波阻损失,马赫数（M）流场中任一点处的气流速度c与该点气温下的音速a之比。,马赫数是表征气流可压缩性的一个准数。当M0.3时，一般可以不考虑密度的变化，即认为此时气流是不可压缩的，它所引起的误差也不

21、超过9%。当M0.3时，就必须考虑密度的变化，即必须考虑气流的可压缩性了，否则会造成很大的误差。气体的可压缩性只有在高速时才明显地显示出来。,（6）波阻损失,产生原因：当超音速气流绕物体流动时，强扰动的波峰表面上将会有很大的压力及密度的突然变化，即在流场中往往出现突跃的压缩波。气流通过这种压缩波时，压力、温度、密度都突跃地升高，速度突跃地下降，气流受到突然的压缩。这种突跃压缩波叫激波。超音速气流被压缩时，一般都会产生激波。所以激波是超音速气流中的重要现象。气流通过激波时，有压力、密度、温度及速度的突跃，因此从热力学观点分析，这是一个不可逆过程，有很大的能量损失，由激波引起的这些能量损失的总和称

22、为波阻损失。,大小：当气速增大时，级中的能量损失将急剧增加。,产生原因：叶轮旋转，轮盖、轮盘的外缘和轮缘与周围的气体发生摩擦，产生的损失大小：与轮盘的粗糙度，相对侧隙及雷诺数有关。,对于离心叶轮，需试验得到轮阻损失功率,3.2 轮阻损失,（1）产生漏气损失的原因,存在间隙；存在压力差。出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定件之间的间隙、轴端的间隙，产生漏气，存在能量损失。,密封型式：梳齿密封、蜂窝密封等,3.3 漏气损失,级中能量损失,流动损失,摩阻损失,冲击损失,分离损失,二次涡流损失,尾迹损失,波阻损失,内漏气损失,轮阻损失,减少叶轮外表面粗糙度。,正冲角损失(

23、小流量)与负冲角损失(大流量),控制通道的当量扩张角,增加叶片数，避免急弯,采用翼型叶片,马赫数表征气流可压缩性,与轮盘的粗糙度，相对侧隙及雷诺数有关,密封,4 离心式压缩机的特性曲线,4.1 级的特性曲线,离心压缩机工作性能最主要的参数是压力比、效率和流量。为将其工作性能形象表示出来，一般以曲线的形式表示，就得到了压缩机的性能曲线。,级的性能曲线是指在气体状态（进口流量Qs ，进气压力Ps ，进气温度Ts ）一定，转速不变的条件下，级的压力比、多变效率pol 以及功率Ntot 随该级进气量Qs 而变化的关系曲线。,性能曲线由实验确定。,（1）级的特性曲线的形成,当级一定、转速一定，则无限多叶

24、片理论能头与叶轮入口容积流量成直线关系。,对于有限多叶片理论能头与叶轮入口容积流量仍成直线关系。,（1）级的特性曲线的形成,性能曲线HpolQs只在压缩机设计中使用；而工程应用中采用更为直观的Qs曲线。经换算得：,换算得到的Qs曲线和HpolQs曲线形状相似。,性能曲线的一般特点：,随流量的减小，压缩机提供的压力比将增大。在最小流量时，达到最大。流量和压力比的关系是一一对应的，流量与其他参数的关系也是一一对应的。,性能曲线的一般特点：,流量有最大和最小两个极限流量；排出压力也有最大值和最小值。效率曲线有最高效率点，离开该点的工况效率下降很快。,（2） 压缩机的喘振,压缩机喘振的机理,旋转脱离,

25、压缩机喘振,整个压缩机系统发生周期性的低频大振幅的气流振荡现象，就称为喘振。,现象：级进出口参数产生强烈脉动，叶片振动，机器噪音增大。,喘振的内因：流量过小，小于压缩机的最小流量，导致机内出现严重的气体旋转脱离；喘振的外因：管网有一定容积，且压力高于压缩机的排压，造成气流倒流，产生大幅度的气流脉动。脉动的频率和振幅与管网容量有关。,喘振的危害,压缩机性能恶化，压力、效率降低；出现异常噪声、吼叫和爆音；机组出现强烈振动，使得压缩机的轴承、密封损坏，转子和固定部件发生碰撞，造成机器严重破坏。,喘振原因,操作者和运行人员的要求：应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩机工况点处在性能曲线图上的

26、位置；熟悉各种监测系统和调节控制系统的操作，尽量使机器不致进入喘振状态。,防喘振的措施,在首级或各级设置导叶转动机构以调节导叶角度，使流量减少时的进气冲角不致太大，从而避免发生喘振。在压缩机出口设置旁通管道，让压缩机通过足够的流量，以防进入喘振状态。在压缩机进口设置温度、流量监视仪表，出口设置压力监视仪表，一旦出现异常或喘振及时报警；设有与防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。,系统要求：,当转速可调时，降低运行转速，可使流量减少而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低。开大入口阀，提高压缩机入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。降低后部系统的压力。压力降低，工作点下移，喘振区范围变窄，工作范围变

27、宽。后部系统压力无法降低而生产需求流量又很小的情况下，可开大压缩机防喘振阀（放空系统或将出口部分回流到入口）来提高入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。,操作要求：,产生原因：流量增大，气流的冲角达到较大的负冲角，在叶片工作面上发生边界层分离，叶片做功全部转变为能量损失，压力不再升高，仅用于维持在该流量下流动；在流道最小截面处出现了声速，边界层分离区急剧扩大，压缩机达到了阻塞工况，此时压力得不到提高，流量不再增大。,（3） 压缩机的堵塞工况（最大流量工况）,在性能曲线上，处于喘振工况和阻塞工况之间的区域，称为稳定工作范围。,衡量压缩机性能好坏，除要求有较高的压力比和较高的效率外，还有较宽的稳定

28、工作范围。,（4） 压缩机的稳定工况区,4.2 压缩机的性能曲线,（1） 级数对压缩机性能的影响,级与多级压缩机的性能曲线形状基本一致。由于受逐级气流密度的变化与影响，级数愈多，密度变化越大，压缩机的性能曲线愈陡，喘振流量愈大，堵塞流量愈小，稳定工况区也就越窄。多级离心式压缩机稳定工况区的宽窄，主要取决于最后几级的特性。,（2 ） 转速对压缩机性能的影响,转速增大时，压缩机的压力比将显著增加。转速增大时，气流马赫数增大，这时流量若偏离设计工况，就会使损失大大增加，性能曲线变陡，使稳定工况范围变窄。压缩机只能在喘振界限右边正常工作。,一定转速下，增大流量，压缩机的压力比将下降；反之则上升。一定转

29、速下，如流量为设计流量时，压缩机效率达最高值。当流量大于或小于设计流量时，压缩机效率都下降。,压缩机的性能曲线左端受到喘振工况的限制，右端受到堵塞工况的限制，在这两者之间的区域为压缩机稳定工况区。稳定工况区的宽窄，是衡量压缩机性能的重要指标之一。压缩机级数越多，则气体密度越大，性能曲线越陡，稳定工况区越窄。转速越高，压力比越大，但性能曲线越陡、稳定工况区越窄。随着转速的增高，压缩机的性能曲线向大流量、高压力方向转移。,（3） 气体和进气温度对压缩机性能的影响,如进气温度Ts 不变，在相同容积流量Qs下(此时Hpol也基本对应相等)，压缩重的气体(R小的气体)所得到的压力比较大；反之，压缩轻的气

30、体，所得的较小。假设压缩的是同一种气体介质，进气温度较高的气体，其Qs曲线在下方，进气温度较低的性能曲线在上方。,5 离心式压缩机的性能调节,管网性能曲线 : 指通过管网的气体流量与保证这个流量通过管网所需要的压力之间的关系曲线，即p=f（Q）曲线。每一种管网都有自己的特性曲线，其决定于管网本身的结构和用户要求。有三种形式：,管网阻力与流量无关；二次曲线；上面两种形式的混合。,5.1 管网性能曲线,管网阻力与流量无关；,可用 表示的二次曲线；,上面两种形式的混合：,Qs,5.2 离心式压缩机的工作点,压缩机和管网的性能协调，处于稳定操作的工作点具有两个条件；压缩机的排气量等于管网的进气量；压缩

31、机提供的背压等于管网所需的端压。所以这个稳定工作点一定是压缩机性能曲线与管网性能曲线之交点。,调节的目的：使压缩机适应变工况下操作，保持生产系统的稳定。调节的方法：等压调节（保持排气压力不变，只改变气体流量的调节）和等流量调节（保持气体流量不变，只改变排气压力的调节） 。调节原理：设法改变压缩机的性能曲线和改变管网性能曲线，其实质是改变压缩机的工况点。,5.3 离心式压缩机工况的调节,（1） 压缩机出口节流调节,方法：调节压缩机出口管道中节流阀门的开度。特点：改变管网阻力特性曲线； 减小阀门开度，减小流量，反之亦然； 阀门关小，管网阻力损失增大，系统效率降低； 方法简单，操作方便。仅在风机和小

32、型压缩机上采用。,（2） 压缩机进口节流调节,方法：调节进口管道中阀门开度。特点：比出口节流调节节省功率； 改变压缩机性能曲线的位置，达到调节输送气体的流量和压力的目的； 压缩机性能曲线向小流量方向移动，使其在更小流量下稳定运行。 带来一定压力损失使排气压力降低。 简便常用的方法。,（3） 改变压缩机转速的调节,方法：利用原动机改变转速。特点：改变压缩机性能曲线位置；流量和压力的变化较大，扩大了稳定工况范围；经济简便的方法，不增加附加能量损失，不需改变压缩机的结构，但驱动机必须是可调速的。,（4） 采用可转动的进口导叶调节（又称进气预旋调节）,方法：在叶轮之前设置进口导叶，并用专门机构，使各个

33、叶片绕自身的轴转动，从而改变导向叶片的角度，使叶轮进口气流产生预旋。分为正预旋和负预旋。特点：改变压缩机性能曲线；经济性好于进出口节流调节；机构复杂，实际应用不多，一般只在风机上使用。,正预旋角越大，曲线越陡,（5） 采用可转动的扩压器叶片调节,方法：改变扩压器叶片的进口角，来适应流角。特点：改变压缩机性能曲线；扩大了稳定工作范围喘振流量减小，对于等压下调节流量有利；压力、效率变化小，很少单独使用；调节机构复杂。应用不多。,（6） 三种调节方法的经济性比较及联合采用两种调节,（1）进口节流、进气预旋和改变转速比较，改变转速最为经济。,（2）两种方法联合使用,例如：改变转速和改变扩压器叶片角度，

34、稳定工作范围扩大。,改变转速的调节方法，经济性最好，调节范围广，适用于蒸汽轮机、燃气轮机驱动的压缩机。压缩机进口节流调节方法，方法简单，经济性较好，且具有一定的调节范围，在转速固定的压缩机、鼓风机等采用。转动进口导叶调节方法，调节范围较广，经济性也好，但结构较复杂。转动扩压器叶片调节方法，使压缩机性能曲线平移，对减小喘振流量，扩大稳定工作范围很有效，经济性也好，但结构复杂，目前该法很少单独采用，有时同转速调节法联合使用。出口节流调节方法最简单，但经济性最差，目前只在通风机和小功率的压缩机、鼓风机上使用。同时采用两种调节方法，可取长补短，最有效地扩大压缩机的稳定工作范围。,（7）对上述调节方法做

35、一综合比较：,5.4 压缩机的串联与并联,串联：增大气流的排出压力；并联：增大气流的输送流量。不适于管网阻力较大的系统。,要求：需保证压缩机的特性与管网特性相互匹配，防止使用不当出现问题。,串联和并联操作适用于流量或压力需长时间增加的操作，在风机或离心泵中使用普遍，在压缩机不常应用。,当压缩机串联工作时： 两台压缩机的质量流量G应相等，对应的进口体积流量应满足的关系。两台压缩机串联后，总的性能曲线要比单机陡。为了保证合适的稳定工作范围，一般要求第二台压缩机的稳定工况区最好比第一台宽。 由于压缩机的串联增加了整个系统的复杂性，因此很少采用。一般在设计时，应使一台压缩机就能满足压力要求。压缩机的并

36、联常用于以下情况：(1) 必须增加输气量，而又不需要对现有的压缩机作重新改造；(2) 气体用量很大，用一台压缩机可能尺寸过大或制造上有困难，这时应考虑两台小的压缩机并联供气；(3) 用户的用气量经常变动，这时用两台机器并联，一台作为主要工作机，另一台作辅机。,6.1 相似理论的应用价值,按照性能良好的模型级或机器，快速设计出性能良好的新机器；将模型化试验的结果，换算成设计条件或使用条件下的机器性能；相似的机器可用通用性能曲线表示其性能；使产品系列化、通用化、标准化，利于产品设计制造，也利于产品的选型使用。,利用相似理论中的一些规律，与试验结合，有效解决一些复杂过程的研究和设计问题：大致有以下四

37、方面用途：,相似理论的主要任务在于揭示满足相似所需的足够条件，包括找出决定流动相似的相似准数。在离心式压缩机中的应用有重要意义。,6 相似原理在离心式压缩机中的应用,对于离心压缩机的相似原理，主要是研究气体在机内接受叶轮外功，进行能量交换过程中的流动相似问题。为简化讨论，仅研究理想气体在一元稳定流动中的流动相似。,6.2 离心压缩机流动相似应具备的条件,流动相似：流体流经几何相似的通道或机器时，其任意对应点上同名物理量比值相等，就可认为机器的流动性能相似。,相似条件：几何相似、运动相似、动力相似、热力相似。,为了保证两机流动相似必须具备的相似条件：,对于离心压缩机要保持两机流动相似必须具备的条

38、件：（1）几何相似：两机通流部件对应的线性尺寸之比为常数，对应角度相等。即：几何相似是物理现象相似的先决条件。,（2）运动相似：流动过程中两机对应点的同名速度大小成比例，且为一常数，速度方向角相同 。即实际上一般只要求叶轮进口速度三角形对应相似就满足运动相似的要求。,（3）动力相似：指两机对应点上作用的同名力大小成比例，且为一常数，力的方向对应相同。 判别动力相似的判据是动力相似准数：表示粘性影响的决定性准数是雷诺数；表示可压缩性影响的决定性准数是马赫数。 离心式压缩机的雷诺数往往大于临界值（5106107），摩阻系数近似常数，可不考虑。,在气体压缩过程中，气体参数的变化受气体可压缩性的影响，

39、随马赫数的增大，其影响愈加显著。所以，要保持两机流动相似，各对应点的马赫数应相等。为了简化以不随工况改变的机器特征马赫数代替第一级进口马赫数，即动力相似的条件是两机的特征马赫数相等。,（4）热力相似：指气体在两机内的流动过程中，气体的热力过程相似，即两机的气体等熵指数应相等。,等熵指数相等是两机相似的必需条件。,若k 相等，还可证明两机多变指数m 相等，多变效率pol相等。,多变指数系数,多变效率,所以，要保持两台离心压缩机流动完全相似，必须具备以下相似条件：几何相似；叶轮进口速度三角形相似；特征马赫数相等；气体等熵绝热指数相等。,6.3 离心式压缩机的性能换算,（1）符合相似条件的性能换算（

40、完全相似）,两台机器符合相似条件时，只要知道一台机器的性能参数，就可应用相似换算得到另一台机器的性能参数 。,解决的问题：将模型机试验条件下的性能参数，换算成实物机设计条件时的性能参数；新设计制造的机器在产品试验条件下的性能参数，换算成产品设计时的性能参数。,压力比关系,多变效率关系,能量头关系,功率关系,转速关系,流量关系,(2)模化设计,模化设计：把一台已有性能良好的压缩机作为样机（模型机），设计一台完全相似的新机器（实物机）的过程。,设计过程：选择合适的模化样机和模化点；确定几何尺寸的缩放比；确定新机器的转速；确定功率；根据模型机的性能曲线，利用上述符合相似条件的性能参数换算有关公式，得

41、到新机器的性能曲线。,7 离心式压缩机中的主要零部件,7.1 叶轮,叶轮是主要的做功元件，它将外界（原动机）的能量传递给气体，使气体增压。,（1）叶轮组成及种类：按叶轮结构型式闭式叶轮：性能好、效率高；由于轮盖的影响，叶轮圆周速度受到限制。半开式叶轮：效率较低，强度较高。双面进气叶轮：适用于大流量，且轴向力平衡好。,闭式叶轮,半开式叶轮,双面进气叶轮,按叶轮叶片型式后弯型叶轮：A2 90，级效率高，稳定工作范围宽。径向型叶轮： A2 90 ，性能介于后弯型和前弯型之间。前弯型叶轮： A290，级效率较低，稳定工作范围窄。,叶片离角A2对理论扬程的影响,A2增加时，Ht也增加。,后弯叶片,前弯叶

42、片,径向叶片,A290时：Hd1/2Ht 径向叶片；A290时：1/2 后弯叶片；A290时：1/2 前弯叶片,反作用度：,反映静扬程在理论扬程中所占的比例,（2）叶片安装角,叶片入口安装角A1的确定是从避免气体进入叶道时产生冲击损失考虑的，即在设计工况下，基本上应等于入口气流相对速度方向角1。 A1不能过小(15)，否则叶道将过长，会增流动损失。一般取3034。 在多级压缩机中，为了便于设计及加工，常对同一段叶轮取同一个A1值。叶片出口安装角A2一般 1640，最常用的是2030。,（3）流量系数,流量系数 是一个随压缩机气量变化而变化的气动参数，要选择的是设计工况下的流量系数。 的取值合理

43、与否对级的能头及效率影响很大。从欧拉方程式,当 取较小时，HT较大。为了保证级的能头不至于太小，应该选取较小的 值。但因为叶道中的气流受轴向涡流和曲线形通道造成的离心惯性力影响，气流分布是不均匀的，为了不使低速处的气流速度小到零，甚至为负值(倒流)，就必须保证叶道中具有足够大的平均速度，因此太小也不利。叶道中气流的不均匀程度随A2增大而增大，因此流量系数的适宜值也就随A2的增大而增大。,不同型式叶轮的流量系数推荐值,（4）叶轮相对宽度 b2/D2,叶轮宽度b2与进气量、叶轮直径以及所选择的流量系数均有关系。在叶轮直径一定的情况下，大流量要求b2大，小流量则b2小。如b2D2过大，叶道中气速分布

44、严重不均匀，容易出现边界层分离，导致叶轮及扩压器效率下降。若b2D2过小，则叶道水力半径减小，Re数减小而使摩擦系数增大。若b2D2过小，轮阻损失及泄漏损失增大，级效率下降。试验表明0.025b2D20.065较合适。对径向叶片型叶轮宜取较小值，对后弯叶片型叶轮取偏大值。,（5）叶轮直径比 D1/D2,叶轮入口直径与出口直径之比D1D2过大或过小都会降低气流在叶轮中的流动效率。若D1D2过大，则会增加叶道的扩张角，容易造成边界层分离，同时还会使( )减小，不能充分利用叶轮给气体的旋转惯性力来提高气体静压，降低了级效率。若D1D2过小，则使叶道过长，摩擦阻力损失增加，也影响效率。根据试验结果，一

45、般认为D1D2=0.450.65较合适。,（6）叶轮叶片型线,叶片一般有圆弧型、直线型、机翼型及扭曲型等。一般多采用圆弧型，因为它加工方便，且性能较好。,（7）叶片数 z,叶轮中的叶片起着对气体作功、并引导气体作有效流动的作用。叶片太少，有效导流作用弱，轴向涡流的强度增加，使能量头HT减小。叶片过少，还会增大扩张角，使级效率降低。若叶片数太多，将使叶片阻塞系数1及2减小，增加摩擦损失，对HT及都不利。对于A2大的叶轮，叶片数z 应多取些，以限制其扩张角；而对于A2小的叶轮，叶片数z 应取少些，以减少摩擦损失。一般取1432片。,（8） 三元叶轮的应用,为满足离心压缩机对增大流量、提高效率、提高

46、单级压力比，并具有较宽的变工况范围的要求，研制开发了三元叶轮。,三元叶轮特点：叶片既弯又扭，气流参数变化均匀； 液流流动更加符合实际情况；多变效率达80%86%； 变工况的工作范围宽。,叶轮出口的气流绝对速度较大，为了提高级的增压比和效率，设置了扩压器使气流降速增压。,无叶扩压器：结构简单，级变工况较好，稳定工作范围宽。隔板直径大。叶片扩压器：结构复杂，效率高，隔板直径小。变工况性能差，稳定工作范围窄。,7.2 扩压器,（1）无叶扩压器,结构和工作原理：无叶扩压器通常是由两个平行壁面构成的环形通道所组成。从叶轮中流出的气体，经过扩压器通道时，由于通道截面面积逐渐增大，速度逐渐降低，而压力逐渐升

47、高。,对扩压器进口截面33和扩压器出口截面44间的伯努利方程：,动能减小,压力能增加,流动损失,几何参数：无叶扩压器直径比是按气流在扩压器中的减速需要来确定的。气流速度比c4/c2大致与直径比D4/D2成反比，即:,要扩压器充分扩压，势必加大扩压器外径。为了减小分离损失，扩压程度不能太大。由于无叶扩压器是依靠直径增大来扩压的，所以一般限制D4 / D2 1.501.70。无叶扩压器的D3一般稍大于D2，通常D3(1.031.12)D2，当D2大时，系数可取小值。,无叶扩压器的特点： 结构简单、稳定工况范围大。通用性好，只要扩压器的D3及b3合适，可用于不同的的叶轮。当进入扩压器的气流速度c3超

48、音速时，在扩压器内也不会形成激波。,无叶扩压器的缺点：要增加扩压效果，必然要尽量加大直径，这就加大了机器的径向尺寸。因为气流方向角基本不变，因此流动轨迹较长，摩擦损失较大，故设计工况下效率低于叶片扩压器，角愈小则效率愈低。因此，一般要求气流角2不小于18。,（2）叶片扩压器,结构和工作原理：在无叶扩压器的环形通道中，均匀安装叶片，就成为叶片扩压器。在叶片扩压器内叶道中的气流受到叶片的引导，迫使气流沿着叶片方向运动。气体在叶道中的运动轨迹A。由于扩压器叶片安置角是由进口向出口逐渐增加的，即A3AA4。因此气流在叶片扩压器中流动时，气流方向角也是不断增加的，即 3A4,叶片扩压器的特点：扩压程度大

49、而尺寸小。叶片扩压器中的气流由于受到叶片的引导，使得流道短，流动损失小。在设计工况下，叶片扩压器的效率一般要比无叶扩压器高35。叶片扩压器的缺点：在工况偏离设计工况时，由于3与A3不一致，产生冲击损失，使级效率下降较多。当冲角增大到一定值后，会因发生强烈的分离现象而导致压缩机喘振。因此，安有叶片扩压器的级或压缩机的性能曲线较陡，稳定工况区较窄。,7.3 弯道和回流器,为了把扩压器后的气体引导到下一级去进一步增压，在扩压器后设置了弯道和回流器。,截面44至截面55为弯道；截面55至66为回流器,弯道一般不安装叶片，气体如同在无叶扩压器中流动一样，在弯道中流动也遵循质量守恒和动量矩不变的原理。 气

50、体从扩压器出来后经弯道拐180弯进入回流器。 由于气体进入回流器仍具有绕叶轮轴线的旋绕运动，为了保证下一级叶轮入口轴向进气，回流器必须装叶片，叶片数一般有1218片 。,7.4 排气室,排气室是把从扩压器或者叶轮(无扩压器时)出来的气体汇集起来，引到机外输气管道或冷却器中去，并把较高的气流速度降低至排气室出口的气流速度，使气体压力进一步提高。,7.5 轴向力及平衡装置,（1）转子的轴向力,由于叶轮的轮盘和轮盖两侧所受的气体作用力不同，相互抵消后，还会剩下一部分轴向力作用于转子，所有叶轮轴向力之代数和就是整个转子的气体轴向推力。轴向力作用方向一般是从高压端向低压端。转子的轴向推力经平衡后，剩下的