《离心式压缩机》课件

离 心 式 压 缩 机 离 心 式 压 缩 机 是 一 种 高 速 旋 转 的 透 平 式 （ turbine） 机 械 ， 其 作 用 是 一种 能 量 转 换 机 械 。 在 驱 动 机 的 拖 动 下 ， 以 消 耗 机 械 能 达 到 排 送 和 压 缩 各 种气 体 ， 使 气 体 压 力 提 高 ， 满 足 各 种 不 同 工 艺 流 程 的 需 要 。 离 心 压 缩 机 工 作 原 理 与 活 塞 压 缩 机 的 不 同 点 ： 活 塞 式 压 缩 机 是 通 过 活 塞 来 改 变 气 缸 的 容 积 ， 从 而 达 到 压 缩 气体 提 高 压 力 的 目 的 。 离 心 压 缩 机 是 利 用 气 体 动 力 学 的 方 法 ， 即 利 用 高 速 回 转 的 叶 轮对 气 体 作 功 ， 使 气 体 在 离 心 力 场 中 使 压 力 和 动 能 都 得 到 提 高 ， 然 后在 扩 张 流 道 中 在 将 大 部 分 的 动 能 转 变 为 静 压 能 ， 而 使 气 体 压 力 得 到进 一 步 的 提 高 。 离 心 压 缩 机 工 作 原 理 叶 轮 在 驱 动 机 的 带 动 下 高 速 旋 转 ， 在 叶 轮 入 口 产 生 负 压 区 ， 从 而 使气 体 从 进 气 口 到 达 吸 气 室 ， 再 经 高 速 旋 转 的 叶 轮 ， 叶 轮 对 气 体 做 功 ， 使气 体 的 压 力 和 动 能 得 到 提 高 ， 然 后 进 入 扩 压 室 ， 扩 压 室 是 一 个 流 通 截 面 积 逐 渐 扩 大 的 流 道 空 间 ， 使 叶 轮 出 来 的 高 速 气 体 尽 可 能 的 将 动 能 转 化 为静 压 能 ， 然 后 通 过 弯 道 ， 进 入 回 流 器 ， 再 进 入 下 一 级 叶 轮 ， 使 气 体 压 力进 一 步 得 到 提 高 ， 气 体 从 最 后 一 级 叶 轮 出 来 后 进 入 蜗 壳 ， 最 后 从 排 气 口排 出 。 离 心 压 缩 机 的 组 成轴 承与 机 体 相 连 的 隔 板机 体转 子定 子离 心 压 缩 机 的 组 成 在 动 静 部 件 之 间 还 设 有 密 封 元 件 平 衡 盘联 轴 器轴 套转 轴叶 轮 离 心 压 缩 机 各 截 面 代 号 的 约 定 :in 吸 气 管 进 口 截 面 0 叶 轮 进 口 截 面1 叶 轮 叶 道 进 口 截 面 2 叶 轮 出 口 截 面3 扩 压 器 进 口 截 面 4 扩 压 器 出 口 截 面5 弯 道 出 口 截 面 6 回 流 器 出 口 截 面0 本 级 出 口 截 面 7 排 气 涡 壳 进 口 截 面out 排 气 涡 壳 出 口 截 面 离 心 压 缩 机 的 优 缺 点 ：优 点 ：1、 离 心 压 缩 机 排 气 量 大 ， 结 构 简 单 紧 凑 ， 重 量 轻 ， 机 组 尺寸 小 ， 占 地 面 积 小 。2、 运 转 平 稳 ， 操 作 可 靠 ， 摩 擦 件 少 ， 因 此 备 件 需 用 量 少 ，维 护 费 用 及 人 员 少 。3、 在 化 工 流 程 中 ， 离 心 压 缩 机 对 化 工 介 质 可 以 做 到 绝 对 无油 的 压 缩 过 程 。4、 离 心 压 缩 机 为 一 种 回 转 运 动 机 械 ， 它 适 宜 于 工 业 汽 轮 机或 燃 汽 轮 机 直 接 拖 动 ， 对 一 般 大 型 化 工 厂 ， 常 用 副 产 蒸 汽驱 动 工 业 汽 轮 机 作 为 动 力 ， 为 热 能 综 合 利 用 提 供 了 可 能 。缺 点 ：1、 目 前 还 不 太 适 用 于 气 量 太 小 及 压 力 比 过 高 的 场 合 。 且 单级 能 够 提 供 的 压 力 比 较 活 塞 式 压 缩 机 小 。2、 稳 定 工 况 区 较 窄 ， 气 量 调 节 虽 然 方 便 ， 但 经 济 性 较 差 。 3、 工 作 效 率 一 般 比 活 塞 压 缩 机 低 。 第 二 节 离 心 压 缩 机 的 气 动 热 力 学 气 体 在 叶 轮 中 实 际 状 况 0 tW r 0 tWu 0 tWz 气 体 在 流 道 中 流 动 时 呈 三 元 流 动 状 态 ， 即 气 体 的 状 态 参 数 沿轴 向 、 周 向 、 径 向 都 是 变 化 的 。 实 际 气 体 流 动 是 非 定 常 的 。 如 ： 气 体 在 叶 道 中 流 动 的 相 对 速度 流 动 的 都 是 实 际 气 体 ， 都 有 粘 性 。 在 内 部 流 场 的 计 算 中 应 考虑 气 体 粘 性 力 的 影 响 。 气 体 流 动 边 界 层 的 存 在 ， 会 产 生 复 杂 的 流 动 现 象 。 应 考 虑 实 际 气 体 的 压 缩 因 子 的 影 响 。 1 理 想 气 体 状 态 方 程 、 过 程 方 程 和 压 缩 功 2 实 际 气 体 状 态 方 程 、 过 程 方 程 和 压 缩 功 mmaRT P V bV 1） 状 态 方 程 gp ZR T , ,r r rc c cp Tp Tp T r rrpc TgpZ ZR T 2） 过 程 方 程 , oo p ppp p p v pc ccc c c k c c c 3-3 气 体 在 级 中 流 动 的 概 念 和 基 本 方 程 1 欧 拉 公 式假 设 气 体 无 预 旋 的 进 入 叶 轮 .1 90 01 uc由 于 叶 片 无 限 多 ， 2=2A 2 2 1 1th u uH u C u C Aru ctgcuc 2222 2 2 222 2 2 2 2 2 2 2 22(1 ) (1 )rT u A r A ucH u c ctg u ctg u uu 流 量 系 数 或 叶 轮径 向 分 速 系 数 无 穷 多 叶 片 叶 轮周 向 分 速 系 数 无 限 多 叶 片 叶 轮 的 理 论 能 量 头 的 影 响 因 素2u1） 、 u 2 的 影 响 22 ru 注 意 ： u2 的 增 大 不 是 无 限 的 ， 将 受 叶 轮 材 质 和 气 体 马 赫 数 的 限 制 。TH 2 2 222 2 2 2 2 2 2 2 22(1 ) (1 )rT u A r A ucH u c ctg u ctg u uu 2） 、 周 向 分 速 系 数 的 影 响 222 uc rr Aru ctg 222 1 由 连 续 性 方 程 得 ： 2222 bDQc r 2 堵 塞 系 数与 叶 轮 几 何 结构 有 关 ， 见 书P77 式 3-3 有 限 叶 片 叶 轮 的 理 论 能 量 头 通 常 后 弯 型 叶 片 的 叶 轮 ， 叶 片 数 一 般 为 Z=1418， 而 且叶 片 有 一 定 的 厚 度 。 1、 叶 轮 上 流 速 及 压 力 实 际 分 布 （ 见 图 ）原 因 ： 轴 向 涡 流 由 于 流 体 本 身 的 惯 性 ， 使 流 体 在 旋 转 叶 轮 的 叶 道 中 出 现 了 与叶 轮 旋 转 方 向 相 反 ， 旋 转 次 数 相 同 的 环 流 现 象 轴 向 涡 流 。 （ 见 图 ）2、 改 变 了 出 口 速 度 三 角 形 由 于 有 限 叶 片 叶 轮 中 存 在 轴 向 涡 流 ， 不 仅 使 叶 道 中 同 一 截 面相 对 速 度 分 布 不 均 匀 ， 而 且 使 叶 轮 出 口 速 度 方 向 偏 离 叶 片 的 切线 方 向 ， 即 2等 温效 率 。 忽 略 2 22b aT hydpolhyd T Tc cH HHH H 4） 流 动 效 率 多 变 能 头 系 数2 22b ac c pol T hydhyd T TH H HH H 22 2pol hyd T hyd uH H u 2pol hyd u 产 生 流 动 损 失 的 原 因 ： 波 阻 损 失 ： 因 气 体 的 压 缩 性 ， 使 气 速 达 到 或 超 过 音 速 时 形 成的 激 波 阻 力 损 失 （ 见 图 ） ， 这 种 损 失 实 际 是 激 波 前 后 气 流 压 力 、速 度 、 密 度 、 温 度 等 参 数 突 跃 变 化 而 造 成 的 一 种 不 可 逆 的 能 量损 失 。 气 体 本 身 的 粘 滞 性 ， 由 摩 擦 、 涡 流 而 产 生 的 能 量 损 失 。粘 滞 性 引 起 的 流 动 损 失 主 要 表 现 形 式 ：1、 摩 擦 损 失2、 分 离 损 失3、 二 次 涡 流 损 失4、 尾 迹 损 失5、 冲 击 损 失 3-4 气 体 在 级 中 的 能 量 损 失 1、 摩 擦 损 失 ：气 体 在 压 缩 机 级 的 流 道 中 流 动 ， 因 气 体 粘 性 的 存 在 ， 在 贴近 流 道 壁 处 产 生 边 界 层 ， 出 现 磨 擦 损 失 。在 实 际 气 体 速 度 与 理 想 气 体 的 速 度 相 差 1%的 气 体 层 厚度 ， 称 为 边 界 层 厚 度 。规 定 ： 贴 近 壁 面 有 速 度 梯 度 的 这 一 气 体 薄 层 ， 称 为 边 界 层 。 2、 分 离 损 失 减 少 分 离 损 失 的 措 施 使 控 制 流 道 的 当 量 扩 张 角 6 8 经 验 方 法 是 控 制 进 出 口 的 相 对 速 度 比 8.16.111 2221 ffww 3、 二 次 流 损 失与 主 流 方 向 垂 直 的 流 动 造 成 的 损 失 ， 由 哥 氏 力 和 流 道 弯 曲引 起 。 主 要 发 生 在 叶 轮 的 叶 道 、 弯 道 及 吸 气 室 等 有 急 剧 转弯 之 处 。4、 尾 迹 损 失 5、 冲 击 损 失 当 流 量 偏 离 设 计 工 况 点 时 使 得 11A ， 于 是 气 流 对 叶片 产 生 冲 击 造 成 冲 击 损 失 。损 失 大 小 与 进 气 冲 角 i = 1A-1 有 关 。当 流 量 小 于 设 计 工 况 时 i0，当 流 量 大 于 设 计 工 况 时 i0。 级 中 轮 阻 损 失 rdrdF 2 drrc dFurcdFrdMf ff 42 22 面 积 摩 擦 力 矩 设 圆 盘 附 近 气 体 的 密 度 不 变 ， 且 等 于 叶轮 出 口 处 的 2 ； 设 圆 盘 内 径 等 于 0， 则 5 2225 rcM f 级 中 泄 漏 损 失 mrmmll Db DDZDsDDaqq 22222 22122 143 22 VVinm 式 中 ： a=0.7 Z=46 齿 ， 齿 顶 间 隙 s0.4mm， 因 圆 盘 有 两 个 侧 面 ， 故 消 耗 的 功 率 322222 1001002 uDcMN f KW22222 erDucM f 圆 盘 外 缘 摩 擦 力 矩 式 中 e轮 盘 外 缘 宽 度圆 盘 外 缘 消 耗 功 率 3222 100500 ueDcMN f KW轮 盘 摩 擦 总 损 失 功 率 为 232222 51100100 DeuDcNNN fdf KW dfdf TNGH 22222 DbcG r222uh uth 22 2 rr uc 叶 轮 轮 阻 损 失 系 数 222221000 172.0 urdf Db 多 级 离 心 压 缩 机 由 于 离 心 压 缩 机 每 级 所 能 提 供 的 压 缩 比 很 小 1.21.5， 所 以离 心 式 压 缩 机 大 多 采 用 多 级 串 联 结 构 来 满 足 工 艺 压 力 比 的 要 求 。 单 机 级 数 最 多 可 达 9级 。 为 了 节 省 功 耗 ， 在 离 心 式 压 缩 机 中 同 样 可 以 采 用 中 间 冷 却 器的 方 法 降 低 排 气 温 度 。 离 心 压 缩 机的 性 能 曲 线 在 该 曲 线 上 的 每 个 点即 代 表 着 压 缩 机 的 一 个工 况 ， 把 效 率 最 高 的 工况 点 称 为 最 佳 工 况 点 。注 意 ： 该 图 是 在 一 定 转速 下 测 定 的 。 在 性 能 曲 线 最 左 边 对应 着 喘 振 点 。 右 边 对 应着 压 缩 机 的 堵 塞 点 。 两点 之 间 为 压 缩 机 的 稳 定工 况 区 。 喘 振 原 因 ABCD旋 转 脱 离 阻 塞 原 因 管 网 特 性 曲 线 压 缩 机 在 使 用 中 总 是 需 要 管 网 与 其 配 套 。 管 网 包 括 与 压 缩 机 连 接 的 进 气 管 路 、 排 气 管 路 以 及 这 些管 路 上 的 附 件 及 设 备 的 总 称 。 气 体 在 管 网 中 流 动 时 ， 需 要 有 足 够 的 压 力 来 克 服 沿 程 阻 力 和 各种 局 部 阻 力 ， 每 条 管 网 都 有 自 己 的 特 性 曲 线 ， 即 气 体 通 过 管 网 流量 与 保 证 这 个 流 量 通 过 所 需 的 压 力 之 间 的 关 系 曲 线 ， 其 取 决 于 管网 本 身 与 用 户 的 需 要 。 管 网 特 性 曲 线 形 式 压 缩 机 与 管 网 联 合 工 作压 缩 机 工 作 点 的 两 个 条 件 ：a、 压 缩 机 的 排 气 量 等 于 管 网 的需 气 量 ；b、 压 缩 机 提 供 的 排 气 压 力 等 于管 网 需 要 的 端 压 。稳 定 工 作 点 的 判 定 条 件 ： pipevcompv dqdpdqdp pipevcompv dqdpdqdp 具 有 稳 定 工 况 点具 有 不 稳 定 工 况 点 BAB 离 心 式 压 缩 机 串 联 和 并 联 工 作 多 台 离 心 压 缩 机 可 以 串 联 或 并 联 在 管 网 中 使 用 。机 组 并 联 可 增 大 供 气 量 ， 串 联 可 提 高 供 气 压 力 。 相 似 理 论 在 离 心 式 压 缩 机 中 应 用相 似 理 论 在 离 心 式 压 缩 机 中 的 应 用 是 十 分 重 要 的 问 题 ， 它可 为 试 验 研 究 、 相 似 设 计 和 性 能 换 算 提 供 理 论 依 据 。离 心 压 缩 机 相 似 实 际 是 研 究 气 体 在 压 缩 机 内 接 受 叶 轮 外 功进 行 能 量 交 换 过 程 中 的 流 动 相 似 问 题 。流 动 相 似 是 指 气 体 在 流 经 几 何 相 似 的 机 器 时 ， 其 任 意 对 应点 的 同 名 物 理 量 的 比 值 相 等 。气 体 流 动 的 基 本 物 理 量 有 T、 p、 c若 两 机 流 动 相 似 ， 两 机 间 任 意 点 处 的 T、 p、 c 比 值 相 等 。相 似 的 条 件 ：流 动 相 似 时 两 机 间 几 何 、 运 动 、 动 力 、 热 力 必 须 相 似 。对 于 几 何 相 似 是 指 同 名 几 何 参 数 对 应 比 值 等 于 常 数 ， 且 任意 点 处 叶 片 安 装 角 必 须 相 等 。 22112211 bbbbbbDDDDDDil AAAA 2211 注 意 ： 要 产 生 相 似 流 动 只能 发 生 在 几 何 相 似 的 流 道 ，其 是 相 似 流 动 最 基 本 的 要素 。 运 动 相 似 的 条 件对 于 运 动 相 似 是 指 两 机 内 部 流 动 的 流 型 相 似 ， 即 两 机 任 意 对应 点 处 的 速 度 大 小 成 比 例 ， 且 为 一 个 常 数 ， 速 度 的 方 向 相同 速 度 三 角 形 相 似 。 221122112211 uuuuuuwwwwwwccccccic 可 以 证 明 ： 对 于 几 何 相 似 的 流 道 内 当 进 口 速 度 三 角 形 相 似 则 能 保证 后 续 的 运 动 相 似 。 动 力 相 似 的 条 件 ：动 力 相 似 是 指 两 机 气 流 在 对 应 点 上 所 受 的 同 名 力 的 比 值 相 等 。离 心 压 缩 机 中 对 气 流 流 动 起 主 要 作 用 的 力 有 惯 性 力 、 粘 性 力 、 弹性 力 。 2223 lclclmafg 由 因 次 分 析 得 : 惯 性 力 粘 性 力 clAdndcf 弹 性 力 是 指 气 体 在 流 动 中 由 于 体 积 发 生 变 化 所 需 的 力 。弹 性 力 大 小 与 气 体 的 弹 性 系 数 有 关 。弹 性 系 数 的 物 理 含 义 是 ： 产 生 单 位 容 积 相 对 变 化 率 时所 需 的 压 强 增 量 。 ddpE dVdV dVdpVE 因 气 体 容 积 变 化 率 与 密 度 变 化 率 刚 好 相 反 。 2a力 是 压 强 乘 以 面 积 ， 所 以 弹 性 力 必 然 与 弹 性 系 数 及 受 力 面 积成 正 比 。 弹 性 力 为 ： 22laEAfe ffff gg cllc 若 两 机 对 应 的 雷 诺 数 相 等 则 两 机 对 应 点 的 惯 性 力 的 比 值 等 于 对应 点 的 粘 性 力 比 值 。雷 诺 数 相 等 实 际 是 反 映 流 体 粘 性 对 流 体 流 动 的 影 响 相 当 ， 当 两机 雷 诺 数 相 等 时 ， 两 机 对 应 的 摩 擦 阻 力 系 数 相 等 ， 但 由 于 透 平式 机 械 雷 诺 数 一 般 大 于 临 界 值 ， 机 内 流 动 已 进 入 自 动 模 化 区 ，这 时 流 动 摩 擦 阻 力 系 数 近 似 为 一 常 数 ， 因 此 可 不 必 考 虑 它 对 流动 的 影 响 。 ee RR 依 相 似 定 义 得 动 力 相 似 的 条 件 eegg ffffff egeg ffff acac MM 两 机 动 力 要 相 似 只 要 满 足 两 机 任 意 对 应 点 处 马 赫 数 相 等 。当 两 机 几 何 相 似 和 速 度 三 角 形 相 似 的 前 提 下 ， 只 要 满 足两 机 某 个 截 面 马 赫 数 相 等 ， 其 他 截 面 马 赫 数 也 相 等 。 通常 取 进 口 截 面 。 uu MM 11 11 MM ww MM 11 注 意 书 中 ： 特 征 马 赫 数 相 等 2222222 TTMTTkRTukRTuM jujju 热 力 相 似 条 件 ：两 机 热 力 相 似 是 指 在 各 对 应 点 处 同 类 热 力 参 数 比 值 相 等 ，如 温 度 比 、 压 力 比 、 速 度 比 、 比 容 比 等 。这 些 比 值 均 是 （ M、 k） 的 函 数 ， 因 此 此 时 还 需 两 机 的kk 两 机 相 似 的 条 件 ： 流 道 几 何 相 似 ， 进 口 速 度 三 角 形 相 似 ， 马 赫 数相 等 ， 绝 热 过 程 指 数 相 等 。相 似 定 律 的 应 用 P103 式 3-5459 自 学 ：1、 压 缩 机 的 各 种 调 节 方 法 及 其 特 点 和 压 缩 机 附 属 系 统 P1041092、 压 缩 机 的 选 型 P125136 多 级 离 心 压 缩 机 组 有 限 多 叶 片 流 速 及 压 力 分 布 轴 向 涡 流 流 道 中 流 体 的 实 际 流 动 声 音 的 传 播