离心式压缩机的性能测试与计算.doc

离心式压缩机的性能测试与计算谢进祥 / 中石化股份公司茂名分公司机动部摘要 :介绍了离心式压缩机的性能测试与流量 、压力 、内功率的计算过程 ,并作出了评价 。关键词 :离心式压缩机性能测试计算 中图分类号 : T H452文献标识码 :B 文章编号 :1006 - 8155 (2006) 02 - 0006 - 04Pe rfo rma nc e Te st a nd Calculatio n of Ce ntrifugalCo mp re s so rAb stra ct : This article int ro duces t he perfo r mance test and t he calculatio n p rocedure of flow , p ressure and inner power of cent rif ugal co mp resso r .Ke y wo rd s : Cent rif ugal co mp resso r Perfo r mance test calculatio n设计参数和技术要求见表 1 。表 1新的 401/ 2 机组的设计参数和技术要求1引言某炼油厂一催化装置 401/ 2 压缩机组于 1975年安装投用 。该机组的蒸汽透平机是从旧船上拆下来的背压双冲动级的透平机 ,经过 20 多年的运 行 ,早已超过设计寿命 。喷嘴和动叶栅磨损严重 , 绝热效率已下降到 45 % 。该透平机已不能再将压 缩机驱动到额定转速 , 压缩机风量和出口压力也不能满足装置的正常生产需要 。鉴于这种情况 ,决定对该机组进行更新改造 。 新机组 由 离 心 式 压 缩 机 、齿 轮 箱 和 电 动 机 组 成 。 离心式压缩机由某鼓风机厂设计制造 , 齿轮箱由 南京高速齿轮箱厂制造 , 电动机由上海电机厂制造 。压缩机的性能试验3根据技术协议规定 , 新的离心式压缩机 组 采用三元流叶轮设计 ,在制造厂试验台现场记录的 试验数据见表 2 。制造厂试验台现场提供的压缩机出口管道管 径 D = 500 mm , 出 口 端 流 量 测 量 孔 板 直 径 d =390 mm ,孔板流量系数 a = 0 . 746 ,膨胀系数 = 0 .987 。2新机组的设计参数和技术要求新的 401/ 2 机 组 投 用 后 , 单 独 供 风 便 能 满 足一催化装置的正常生产需要 。新的 401/ 2 机组的收稿日期 :2005 - 12 - 23 茂名市 525011 6主风机级数4 级 ( 按三元流叶轮设计)转速5500r/ min多变效率83 %流量调节进口蝶阀设计寿命200000h年平均( 工况 2)最热月平均值( 设计点)最冷月平均值( 工况 1)进口压力/ MPa(绝)0 . 0960 . 0960 . 096进口温度/ 2330 . 715 . 6相对湿度/ %82 . 48477流量Nm 3/ min ( 湿基) 设计点1150最大值1250出口压力/ M Pa ( 绝)0 . 32轴功率/ k W4150额定功率/ k W5000离心式压缩机的性能测试与计算表 2 新的 401/ 2 离心式压缩机性能测试数据(8) 计算压缩机出口空气质量流量4压缩机各试验点计算结果根据表 2 各测试点的测量数据 , 利用相关公qm = d 2 602kp4= 1505 . 1 kg/ min(9) 压缩机进口质量流量与出口质量流量之 间的关系压缩机进口质量流量 qm 1 应等于出口质量流 量 qm 2及机外泄质量流量 qm x 之和 ,即 qm 1 = qm 2 + qm x 。但 qm x 数值与 qm 2 数 值 相 比 极 小 , 故 可 认 为qm x 0 。所以 qm 1 = qm 2 = qm = 1505 . 1kg/ min 。(10) 计算压缩机空气进口密度式计算出新的 401/ 2 离心式压缩机的空气进口流量 、内功率 、多变效率等 。4 . 1第 4 试验点 ,即设计点的空气进口流量 、内 功率及多变效率计算查表可知 :水蒸气气体常数 R w = 461 . 6J / kg K ;空气气体常数 R d = 287 . 04J / kgK ; 压缩 机 进 口温 度 下 水 蒸 气 的 饱 和 压 力 psat = 3778 Pa ( 28 .31 ) ;空气绝 热 指 数 k = 1 . 4 ; 压 缩 机 进 、出 口 压 缩性系数 Z1 1 , Z2 1 ;空气分子量 M = 28 . 97 。(1) 计算多变指数 p1 = 1 . 09326 kg/ m31 =R T 1 Z1(11) 计算压缩机空气进口容积流量1m = 1 . 5540qm 1q = 1376 . 7 m3 / minlg ( T 2 /T 1 )1 -v 1p1lg ( p2 / p1 )(12) 计算空气标准密度N = 28/ 22 . 4 = 1 . 2933 kg/ m3(2) 计算多变效率 m ( k - 1)p = ( m - 1) k = 80 . 14 %()13 计算空气标准容积流量(3) 计算湿空气含水蒸气分量qm3qv N = = 1164 N m / minpsNx = 0 . 622 = 0 . 020023pb - ps(14) 每千克湿空气压缩机耗功(4) 计算湿空气气体常数p2mm - 1w p = m - 1 R T 1 Z1( )p- 1mx R w + R d1R = 290 . 47 J / kgK1 + x= 128112 . 34 J / kg(15) 压缩机内功率P = w p qm / p = 4020 . 1 k W第 4 测试点计算结果见表 3 。4 . 2其他测试点的空气进口流量 、内功率 、多变 效率计算同样 ,按上述公式和方法可计算出其它 测 试点的空气进口流量 、内功率 、多变效率等 。其计算 结果列于表 3 中 。(5) 计算出口压力p2 = 0 . 3107 M Pa(6) 计算压力比p2rp = p1 = 3 . 247(7) 计算孔板前空气气体密度 p k 3k = R T Z= 2 . 31492 kg/ mk 2 7测试点1234 ( 设计点)5室温 t 0/ 20 . 520 . 5212121相对湿度 / %8383797979出口压力 p 2/ k Pa79 . 726139 . 719207 . 313215 . 178229 . 977孔板前压力/ k Pa75 . 326136 . 920205 . 446213 . 045228 . 910孔板前后压力差/ k Pa55 . 19433 . 86319 . 99817 . 59815 . 332大气压力 ( 进口压力) p 1/ Pa9570095700957009570095700出口温度 t 2/ 136 . 31160 . 8183 . 26185 . 43195 . 3进口温度 t 1/ 26 . 9127 . 828 . 1628 . 3129 . 2孔板前温度/ 136 . 31160 . 8183 . 62185 . 78195 . 3转速/ ( r/ min)55405540554155175540试验研究风机技术2006 年第 2 期 /表 3 压缩机各试验点计算结果5第 4 试验点计算结果转化修正后的数值表 3 中第 4 试验点的计算结果 , 只是反映该 台压缩机在制造厂试验台工况条件下的性能 , 并不代表它在用户 催化装置工况条件下的 性 能 。因此 ,必须用设计点工况对第 4 试验点计算结果进行修正 。修正后的数值才能与设计参数进行比 较 ,以判断它的实际性能是否符合设计性能 。转 化计算结果见表 4 。表 4转化计算结果6第 4 试验点计算结果的转化修正计算实例现用近似相似原理的相关公式把第 4 试验点查表已知 : 在压缩机设计进口温度下水 蒸 气的饱和压力 ps= 4416 Papsx= 0 . 622 = 0 . 025pb- ps计算结果转化到设计点工况进行修正计算 。(1) 原多变指数 m 和效率p 转化后数值保持 不变 ,即 m= m = 1 . 554 ,p= p = 80 . 14 % 。(2) 设计点空气含水蒸气分量 x的计算(3) 计算设计点空气气体常数xR w + R dR= 291 . 3 J / kgK1 + x(4) 计算设计点空气进口密度 8转化修正后数值第 4 试验点计算结果修正到工况 1后的数值修正到工况 2后的数值修正到设计点后的数值多变指数 m1 . 5541 . 5541 . 5541 . 554绝热指数 k1 . 41 . 41 . 41 . 4进口压力 p 1/ M Pa ( 绝)0 . 09570 . 0960 . 0960 . 096进口温度 T 1/ 28 . 3115 . 62330 . 7相对湿度 / %797782 . 484多变效率 p/ %80 . 1480 . 1480 . 1480 . 14饱和水蒸气压力 ps/ Pa3778177228084416含水蒸气分量 x0 . 0200230 . 008960 . 015360 . 025湿空气气体常数 R/ (J / kgK)290 . 47288 . 59289 . 68291 . 30进口空气密度 1/ ( kg/ m3)1 . 093261 . 15201 . 11251 . 0846进口质量流量 q m 1/ ( kg/ min)1510 . 81581 . 11526 . 91488 . 6进口容积流量 q v1/ ( m3/ min)1381 . 91372 . 51372 . 51372 . 5进口标准容积流量 q vN 1/ ( Nm3/ min)11681222 . 51180 . 61151压力比 r p3 . 2473 . 3863 . 2733 . 194出口压力 p 2/ M Pa ( 绝)0 . 31070 . 32510 . 31420 . 3066单位湿空气压缩机耗能 w p/ (J / kg)128112 . 3133751 . 6129165 . 5125926 . 2压缩机内功率 P/ k W4020 . 143984101 . 63898 . 5压缩机转速 n/ ( r/ min)5517550055005500试验点12345多变指数 m2 . 05501 . 68571 . 56361 . 55401 . 5568绝热指数 k1 . 41 . 41 . 41 . 41 . 4多变效率 p/ %55 . 770 . 279 . 2780 . 1479 . 9湿空气气体常数 R / (J / kgK)290 . 44290 . 64290 . 47290 . 14290 . 48湿空气含水蒸气分量 x0 . 019840 . 0210710 . 0200230 . 0200230 . 020085干球温度下的饱和水蒸气压力 ps/ Pa35643777 . 83777 . 83777 . 83789 . 3孔板前空气气体密度 k1 . 43771 . 84362 . 26862 . 314922 . 3842压力比 r p1 . 83252 . 4593 . 16473 . 2473 . 40136质量流量 q m/ ( kg/ min)2100 . 61863 . 21588 . 31505 . 11425 . 7空气进口密度 1/ ( kg/ m3)1 . 09811 . 09411 . 093451 . 093261 . 092175空气进口容积流量 q v1/ ( m3/ min)1912 . 917031452 . 61376 . 71305 . 4空气标准密度 N / ( kg/ m3)1 . 29331 . 29331 . 29331 . 29331 . 2933空气进口标准容积流量 q vN 1/ ( Nm3/ min)1624 . 31440 . 71228111641102 . 3空气出 、进口压力 ( p 2/ p 1) / M Pa ( 绝)0 . 1754/ 0 . 0950 . 2354/ 0 . 0950 . 3029/ 0 . 0950. 31072/ 0. 09570. 32551/ 0. 0957内功率 P/ k W3891 . 34204417440204007 . 7离心式压缩机的性能测试与计算1果 ,可判定该台压缩机在设计点工况下的实际操31= RT 1Z1 = 1 . 0846 kg/ m作标准容积流量 ( q = 1151N m3 / min) 与设计标v N(5) 第 4 试验点转化到设计点的质量流量计准容积 流 量 ( qv N = 1150N m3 / min) 大 约 相 等 。而实际操作出口绝对压力 ( p2= 0 . 3066M Pa) 比设计 出口绝对压力 ( p2 = 0 . 32M Pa) 低 4 . 19 % 。实际多变效 率 (p= 80 . 14 %) 比 设 计 多 变 效 率 (p =83 %) 低 3 . 45 % 。算 n 1qm= 1 qm = 1488 . 6 kg/ minn(6) 第 4 试验点转化到设计点的进口容积流量计算 qm3qv1 = 1= 1372 . 5 m / min(7) 第 4 试验点转化到设计点的压力比计算 m p1 m ( m- 1)1 n2m - 1m- 1rp=( )n( rp- 1) + 1mp1m( m - 1)1= 3. 194(8) 第 4 试验点转化到设计点的出口压力计算p2= rp p1= 0 . 3066 M Pa(9) 第 4 试验点转化到设计点的标准流量计算 qm3qv N= = 1151 N m / minN(10) 第 4 试验点转化到设计点的单位耗能图 11 n2结论w p= ( n ) w p = 125926 . 2 J / kg91(11) 第 4 试验点转化到设计点的内功率P= ( w pqm) / p = 3898 . 5 k W虽然该台压缩机的性能没有达到设计 要 求 ,稍有偏差 ,但根据催化装置再生器 、反应器的现有 状况 ,即操作压力不宜超过 0 . 23M Pa ( 绝) 原设计压力 0 . 26M Pa (绝) , 压缩机出口到再生器的压损约 0 . 05M Pa ,故推算压缩机出口压力不宜超过 0 .28M Pa (绝) 。所以 ,使用该台压缩机后 ,它的供风 量 、压头的余量还是相当大的 ,完全可满足目前催化装置的最大炼油生产能力要求 。性能曲线7根据上面计算结果 ,作曲线如图 1 所示 。测试评价8根据第 4 试验点转化到设计点的计算结(上接第 37 页)Clo se ( sockf d) ;也可 以 调 用 shut dow n ( ) 函 数 来 关 闭 socket 。 该函数 允 许 用 户 只 停 止 在 某 个 方 向 上 的 数 据 传 输 ,而另一个方向上的数据传输可继续进行 。如 :i nt shut dow n (int sockf d , int how) ;更加经 济 和 方 便 。随 着 嵌 入 式 设 备 价 格 的 逐 步 降低 ,相信不久的将来利用嵌入式系统进行振动信号 采集 、处理和传送将是一个发展趋势 。参考文献1王学 龙. 嵌 入 式 Linux 系 统 设 计 与 应 用 , 清 华 大 学 出 版 社 ,2002 .邹思轶. 嵌入式 Linux 设计与应用 ,清华大学出版社 2002 . 陈晓强 ,杨建刚. 基于 DSP 的汽轮机振动状态监测仪 ,汽轮机 技术 ,2003 ( 2) .Behro uz A. Fo ro uzan , Sop hia Chung Fegan 著 ,谢希仁译. TCP/ IP 协议族. 2 版. 清华大学出版社 ,2003 .23结束语5基于嵌入式系统的振动信号的采集 、处理和传输 ,将使振动信号的监测和电厂振动故障诊断变得4 9