離心式壓縮機(jī)課件

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1、中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)離 心 式 壓 縮 機(jī) 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī) 離 心 式 壓 縮 機(jī) 1 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 主 要 構(gòu) 件 及 基 本 原 理 2 氣 體 在 級(jí) 中 的 流 動(dòng) 及 基 本 方 程 3 級(jí) 中 能 量 損 失 4 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 特 性 曲 線 5 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 性 能 調(diào) 節(jié) 6 相 似 原 理 在 離 心 式 壓 縮 機(jī) 中 的 應(yīng) 用 7 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 主 要 零 部 件 8 離 心 式 壓 縮 機(jī) 密 封 裝 置 9 離 心 式 壓 縮 機(jī)

2、 潤 滑 系 統(tǒng) 1 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 主 要 構(gòu) 件 及 基 本 原 理 離 心 壓 縮 機(jī) 是 利 用 旋 轉(zhuǎn) 葉 輪 實(shí) 現(xiàn) 能 量 轉(zhuǎn) 換 ， 使 氣體 主 要 沿 離 心 方 向 流 動(dòng) 從 而 提 高 氣 體 壓 力 的 機(jī) 器 。 1.1 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 主 要 構(gòu) 件（ 1） 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 典 型 結(jié) 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 型 式 ： 中 低 壓 水 平 剖 分 型 垂 直 剖 分 （ 高 壓 圓 筒 ） 型 多 軸 式 例 ： 沈 陽 鼓 風(fēng) 機(jī) 廠 MCL系 列 中 低 壓 水 平 剖 分 式 多級(jí) 離 心 壓 縮 機(jī) 、 BCL系 列 高 壓 筒

3、 形 壓 縮 機(jī) 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)水 平 剖 分 型 ： 氣 缸 剖 分 為 上 下 兩 部 分 ， 螺 栓 連 接 。 上 下機(jī) 殼 為 組 合 件 ， 由 缸 體 和 隔 板 組 成 。 適 于 中 低 壓 壓 縮 機(jī)（ 一 般 低 于 5MPa） 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)垂 直 剖 分 型 ： 氣 缸 為 筒 形 。 隔 板 上 下 剖 分 （ 螺 栓 連 接 成為 整 體 ， 氣 缸 兩 側(cè) 端 蓋 用 螺 栓 緊 固 。 隔 板 轉(zhuǎn) 子 組 裝 后 送入 筒 形 缸 體 。 抗 內(nèi) 壓 能 力 強(qiáng) ，

4、 密 封 好 ， 剛 性 好 ， 溫 度 、壓 力 引 起 的 變 形 均 勻 ， 適 于 壓 力 高 、 易 泄 漏 的 氣 體 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)多 軸 式 ： 齒 輪 箱 中 一 個(gè) 大 齒 輪 驅(qū) 動(dòng) 幾 個(gè) 小 齒 輪 ， 每 個(gè) 軸的 一 端 或 兩 端 安 裝 有 葉 輪 。 葉 輪 軸 向 進(jìn) 氣 ， 徑 向 排 氣 ，以 管 道 連 接 各 級(jí) 。 從 動(dòng) 軸 轉(zhuǎn) 速 不 同 ， 各 級(jí) 均 在 最 佳 狀 況下 運(yùn) 行 。 適 于 中 低 壓 空 氣 、 蒸 汽 或 惰 性 氣 體 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離

5、心 壓 縮 機(jī)結(jié) 構(gòu) 組 成 ： 機(jī) 殼 ， 轉(zhuǎn) 子 ， 定 子 ， 以 及 輔 助 系 統(tǒng) 。 定 子 部 分1、 氣 缸 ：是 壓 縮 機(jī) 的 殼 體 ， 又 稱為 機(jī) 殼 。 由 殼 體 和 進(jìn) 排氣 室 組 成 ， 內(nèi) 裝 有 隔 板 、密 封 體 、 軸 承 等 零 部 件 。對(duì) 它 的 主 要 要 求 是 ： 有足 夠 的 強(qiáng) 度 以 承 受 氣 體的 壓 力 ， 法 蘭 結(jié) 合 面 應(yīng)嚴(yán) 密 ， 主 要 由 鑄 鋼 組 成 。 2、 隔 板 ： 隔 板 是 形 成 固 定 元 件 的 氣 體 通 道 根 據(jù) 隔 板 在 壓 縮 機(jī) 所 處 的 位 置 ， 隔 板 可 分 為 4種

6、 類型 ： 進(jìn) 口 隔 板 、 中 間 隔 板 、 段 間 隔 板 、 排 氣 隔 板 。 轉(zhuǎn) 子 部 分 主 軸 壓 縮 機(jī) 的 關(guān) 鍵 部 件 ， 他 是 主 要 起 到 裝 配 葉 輪 、平 衡 盤 、 推 力 盤 的 作 用 ， 是 轉(zhuǎn) 子 部 分 的 中 心 部 位 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)壓 縮 機(jī) 裝 置 系 統(tǒng) 圖 轉(zhuǎn) 子 ： 葉 輪 與 軸 的 組 件 。（ 1） 葉 輪 離 心 式 壓 縮 機(jī) 中 唯 一 的 作 功 部 件 。 它隨 軸 高 速 旋 轉(zhuǎn) ， 氣 體 在 葉 輪 中 受 旋 轉(zhuǎn) 離 心 力 和 擴(kuò) 壓 流動(dòng) 作 用 ，

7、因 此 氣 體 流 出 葉 輪 時(shí) 的 壓 力 和 速 度 都 得 到 明顯 提 高 。 觀 看 離 心 式 壓 縮 機(jī) 裝 配 動(dòng) 畫 （ 1） 擴(kuò) 壓 器 離 心 式 壓 縮 機(jī) 中 的 轉(zhuǎn) 能 部 件 。 氣 體從 葉 輪 流 出 時(shí) 速 度 很 高 ， 為 此 在 葉 輪 出 口 后 設(shè) 置 流 通截 面 逐 漸 擴(kuò) 大 的 擴(kuò) 壓 器 ， 以 將 這 部 分 速 度 能 有 效 地 轉(zhuǎn)變 為 壓 力 能 。（ 2） 彎 道 設(shè) 置 于 擴(kuò) 壓 器 后 的 氣 流 通 道 。 其 作 用是 將 擴(kuò) 壓 器 后 的 氣 體 由 離 心 方 向 改 為 向 心 方 向 ， 以 便引 入 下

8、 一 級(jí) 葉 輪 去 繼 續(xù) 進(jìn) 行 壓 縮 。定 子 ： 擴(kuò) 壓 器 、 彎 道 、 回 流 器 、 吸 氣 室 和 蝸 殼等 固 定 元 件 。 （ 3） 回 流 器 使 氣 流 以 一 定 方 向 均 勻 進(jìn) 入 下 一 級(jí)葉 輪 入 口 。 回 流 器 中 一 般 都 裝 有 導(dǎo) 向 葉 片 。（ 4） 吸 氣 室 將 氣 體 從 進(jìn) 氣 管 （ 或 中 間 冷 卻 器 出口 ） 均 勻 地 引 入 葉 輪 進(jìn) 行 壓 縮 。（ 5） 蝸 殼 把 從 擴(kuò) 壓 器 或 直 接 從 葉 輪 出 來 的 氣 體收 集 起 來 ， 并 引 出 機(jī) 外 。 在 蝸 殼 收 集 氣 體 的 過 程

9、 中 ，由 于 蝸 殼 外 徑 及 通 流 截 面 的 逐 漸 擴(kuò) 大 ， 因 此 它 也 起 著一 定 的 降 速 擴(kuò) 壓 作 用 。 1.2 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理l 氣 體 由 吸 氣 室 吸 入 ， 通 過 葉 輪 對(duì) 氣 體 作 功 后 ， 使 氣 體 的 壓 力 、速 度 、 溫 度 都 得 到 提 高 ， 然 后 再 進(jìn) 入 擴(kuò) 壓 器 ， 將 氣 體 的 速 度 能轉(zhuǎn) 變 為 壓 力 能 。l當(dāng) 通 過 一 級(jí) 葉 輪 對(duì) 氣 體 作 功 、 擴(kuò) 壓 后 不 能 滿 足 輸 送 要 求 時(shí) ， 就必 須 把 氣 體 再 引 入 下 一 級(jí) 繼 續(xù) 進(jìn)

10、 行 壓 縮 。 為 此 ， 在 擴(kuò) 壓 器 后 設(shè)置 了 彎 道 、 回 流 器 ， 使 氣 體 由 離 心 方 向 變 為 向 心 方 向 ， 均 勻 地進(jìn) 入 下 一 級(jí) 葉 輪 進(jìn) 口 。l各 級(jí) 經(jīng) 蝸 殼 及 排 出 管 被 引 出 至 中 間 冷 卻 器 。 冷 卻 后 的 氣 體 再 經(jīng)吸 氣 室 進(jìn) 入 以 后 各 級(jí) 繼 續(xù) 壓 縮 ， 最 后 由 排 出 管 輸 出 。l氣 體 在 離 心 式 壓 縮 機(jī) 中 是 沿 著 與 壓 縮 機(jī) 軸 線 垂 直 的 半 徑 方 向 流動(dòng) 的 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)級(jí) 是 離 心 壓 縮 機(jī)

11、使 氣 體 增 壓 的 基 本 單 元 ， 有 三種 型 式 ， 即 ： 首 級(jí) 、 中 間 級(jí) 、 末 級(jí) 。 1.3 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 主 要 優(yōu) 缺 點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn) ：（ 1） 單 級(jí) 流 量 大 。 目 前 合 成 氨 裝 置 中 合 成 氣 體 壓 縮 機(jī) 的 排 氣 量 達(dá)6000m3/min以 上 。 在 產(chǎn) 量 大 于 600噸 /日 的 合 成 氨 廠 中 主 要 的 工 藝用 壓 縮 機(jī) 幾 乎 都 采 用 了 離 心 式 壓 縮 機(jī) 。 （ 2） 重 量 輕 、 體 積 小 。 無 論 機(jī) 組 占 地 面 積 還 是 質(zhì) 量 都 比 同 一 氣量 的 活 塞 式 壓

12、 縮 機(jī) 小 得 多 。（ 3） 運(yùn) 轉(zhuǎn) 可 靠 性 。 機(jī) 組 連 續(xù) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 間 在 一 年 以 上 ， 運(yùn) 轉(zhuǎn) 平 穩(wěn) ，操 作 可 靠 ， 因 此 它 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 率 高 ， 而 且 易 損 件 少 ， 維 修 方 便 。 目 前大 型 石 油 化 工 過 程 用 離 心 式 壓 縮 機(jī) 多 為 單 機(jī) 運(yùn) 行 。（ 4） 氣 體 不 與 機(jī) 器 潤 滑 系 統(tǒng) 的 油 接 觸 。 在 壓 縮 氣 體 過 程 中 ， 可以 做 到 絕 對(duì) 不 帶 油 ， 有 利 于 氣 體 進(jìn) 行 化 學(xué) 反 應(yīng) 。（ 5） 轉(zhuǎn) 速 較 高 。 適 宜 用 工 業(yè) 汽 輪 機(jī) 或 燃 氣 輪 機(jī)

13、直 接 驅(qū) 動(dòng) ， 可 以合 理 而 充 分 的 利 用 工 藝 過 程 本 身 的 熱 能 ， 節(jié) 約 能 源 。 缺 點(diǎn) ：（ 1） 還 不 適 用 于 氣 量 太 小 及 壓 力 比 過 高 的 場 合 。（ 2） 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 效 率 一 般 低 于 活 塞 式 壓 縮 機(jī) 。（ 3） 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 穩(wěn) 定 工 況 區(qū) 較 窄 。 2 氣 體 在 級(jí) 中 的 流 動(dòng) 及 基 本 方 程 氣 體 在 壓 縮 機(jī) 葉 輪 中 的 流 動(dòng) 與 液 體 在 泵 葉 輪 中 流 動(dòng) 非常 類 似 ， 都 是 沿 半 徑 方 向 流 動(dòng) 的 ， 其 圓 周 速 度 為

14、u，相 對(duì) 速 度 為 ， 絕 對(duì) 速 度 為 c。圓 周 速 度 與相 對(duì) 速 度 的合 成 。相 對(duì) 速 度 （ w） ： 與 葉 片 的 切 線 方 向 一 致 。牽 連 速 度 （ u） ：絕 對(duì) 速 度 （ c） ： 6022 nDu 三 者 之 間 的關(guān) 系 可 以 用速 度 三 角 形表 示 但 氣 體 與 液 體 性 質(zhì) 不 同 ， 又 使 其 流 動(dòng) 過 程 有 所 區(qū) 別 ：氣 體 與 液 體 的 密 度 相 差 很 大 ， 因 此 當(dāng) 它 們 通 過 葉 輪獲 得 同 樣 的 能 頭 時(shí) ， 兩 者 的 壓 力 升 p相 差 很 大 ；氣 體 是 可 壓 縮 的 ， 在

15、氣 體 壓 力 提 高 的 同 時(shí) ， 其 他 狀態(tài) 參 數(shù) 如 比 容 、 溫 度 等 都 在 變 化 。 尤 其 在 高 速 下 ， 氣體 的 流 動(dòng) 更 復(fù) 雜 。氣 體 在 壓 縮 機(jī) 內(nèi) 的 流 動(dòng) 情 況 分 析 ：歐 拉 方 程 ； 伯 努 利 方 程 ； 用 熱 力 學(xué) 基 本 方 程 來 分 析 氣體 在 壓 縮 過 程 中 狀 態(tài) 參 數(shù) 的 變 化 及 其 對(duì) 流 動(dòng) 影 響 。 在 離 心 式 壓 縮 機(jī) 中 氣 體 的 流 動(dòng) 實(shí) 際 上 是 屬 于 三 元 非穩(wěn) 態(tài) 流 動(dòng) 。在 工 程 上 ， 為 了 便 于 分 析 研 究 ， 常 假 設(shè) 級(jí) 中 氣 體 作一

16、元 定 常 流 動(dòng) 。一 元 定 常 流 動(dòng) 垂 直 于 流 動(dòng) 方 向 的 各 截 面 上 的 流 動(dòng)參 數(shù) （ 壓 力 、 溫 度 、 密 度 和 速 度 等 ） 都 均 勻 一 致 且 不隨 時(shí) 間 變 化 。這 樣 ， 氣 體 參 數(shù) 的 變 化 僅 與 流 道 長 度 這 一 坐 標(biāo) 有 關(guān) 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)2.1 連 續(xù) 方 程連 續(xù) 方 程 的 基 本 表 達(dá) 式 constfcQQQG rii 2222211 氣 體 作 定 常 一 元 流 動(dòng) ， 流 經(jīng) 機(jī) 器 任 意 截 面 的 質(zhì) 量 流 量 相 等 ，其 連 續(xù) 方 程 表

17、 示 為 ：方 程 說 明 ： 隨 著 氣 體 在 壓 縮 過 程 中 壓 力 不 斷 提 高 ，其 密 度 不 斷 增 大 ， 容 積 流 量 沿 機(jī) 器 不 斷 減 小 。式 中 ： G 為 質(zhì) 量 流 量 kg/s, Q 為 容 積 流 量 m3/s, 為 氣流 密 度 ,f 為 截 面 面 積 ,c2r為 垂 直 該 截 面 的 法 向 流 速 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)2.2 歐 拉 方 程歐 拉 方 程 是 用 來 計(jì) 算 原 動(dòng) 機(jī) 通 過 軸 和 葉 輪 將 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 換 給 流 體的 能 量 ， 稱 為 葉 輪 機(jī) 械 的 基 本 方

18、 程 。 由 流 體 力 學(xué) 的 動(dòng) 量 矩 定 理導(dǎo) 出 ， 其 表 達(dá) 式 ： 1122 uuTT cucuHL 也 可 表 示 為 ： 222 212222212122 ccwwuuHL TT 式 中 LT 為 葉 輪 輸 出 的 歐 拉 功 ， HT為 每 千 克 流 體 所 接 受 的能 量 稱 為 理 論 能 量 頭 ， 單 位 是 J/kg。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)歐 拉 方 程 的 物 理 意 義 ：歐 拉 方 程 指 出 的 是 葉 輪 與 流 體 之 間 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 關(guān) 系 ， 它 遵 循能 量 轉(zhuǎn) 換 與 守 恒 定 律 ；只

19、要 知 道 葉 輪 進(jìn) 出 口 的 流 體 速 度 ， 即 可 計(jì) 算 出 一 千 克 流 體 與葉 輪 之 間 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 換 的 大 小 、 而 不 管 葉 輪 內(nèi) 部 的 流 動(dòng) 情 況 ；該 方 程 適 用 于 任 何 氣 體 或 液 體 ， 既 適 用 于 葉 輪 式 的 壓 縮 機(jī) ，也 適 用 于 葉 輪 式 的 泵 ；推 而 廣 之 只 需 將 等 式 右 邊 各 項(xiàng) 的 進(jìn) 出 口 符 號(hào) 調(diào) 換 一 下 ， 亦 適用 于 葉 輪 式 的 原 動(dòng) 機(jī) 如 汽 輪 機(jī) 、 燃 氣 輪 機(jī) 等 。原 動(dòng) 機(jī) 的 歐 拉 方 程 為 2211 uuuu cucuHL 中 國 石

20、 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)葉 片 數(shù) 有 限 的 理 論 能 頭 ：無 預(yù) 旋 ： 一 般 情 況 下 氣 體 是 從 徑 向 流 入 葉 道 入 口 ， 簡 稱 徑 向 進(jìn) 入葉 輪 或 氣 流 無 預(yù) 旋 進(jìn) 入 葉 輪 。 此 時(shí) 090 11 uc， 222222222 uucucuH uuuT ucuu理 論 能 頭 系 數(shù) 或 周 速 系 數(shù) 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)葉 片 數(shù) 有 限 的 理 論 能 頭 ：軸 向 旋 渦 液 體 由 于 存 在 慣 性 力 ，產(chǎn) 生 軸 向 渦 流 ， 方 向 與 葉 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) 方向 相

21、反 。 結(jié) 果 使 得 相 對(duì) 速 度 和 絕 對(duì) 速 度 產(chǎn)生 滑 移 。無 預(yù) 旋 ： 一 般 情 況 下 氣 體 是 從 徑 向 流 入 葉 道 入 口 ， 簡 稱 徑 向 進(jìn) 入葉 輪 或 氣 流 無 預(yù) 旋 進(jìn) 入 葉 輪 。 此 時(shí) 090 11 uc，22 uT cuH 有 限 多 葉 片 相 對(duì) 速 度 的 分 布工 作 面 一 側(cè) 相 對(duì) 速 度 小 ， 非 工 作 面一 側(cè) 相 對(duì) 速 度 大 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)為 此 ， 斯 陀 道 拉 提 出 了 計(jì) 算 周 向 分 速 的 半 理 論 半 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 ： 滑 移 速 度

22、與 葉 輪 結(jié) 構(gòu) 、 葉道 中 流 動(dòng) 情 況 及 流 體 性 質(zhì)有 關(guān) 。 AAruuu zuctgcuwcc sin斯 陀 道 拉 認(rèn) 為 ， 軸 向 漩 渦的 轉(zhuǎn) 速 與 葉 輪 轉(zhuǎn) 速 相 等 ，但 方 向 相 反 ； 并 假 設(shè) 軸 向漩 渦 的 直 徑 近 似 等 于 葉 輪葉 道 的 有 效 寬 度 。 軸 向 漩渦 導(dǎo) 致 葉 輪 出 口 處 氣 流 產(chǎn)生 平 均 附 加 圓 周 分 速 度 ，其 數(shù) 值 為 wu2。 實(shí) 際 葉 輪 理 論 揚(yáng) 程 ： TT HH 滑 移 系 數(shù) （ 又 稱 環(huán) 流 系 數(shù) 、 周 速 糾 正 系 數(shù) ） ， 用 以考 慮 葉 片 數(shù) 有

23、限 對(duì) 理 論 揚(yáng) 程 的 影 響 22uuTT ccHH與 葉 片 數(shù) z、 葉 片 離 角 A2、 葉 輪 形 狀 尺 寸 等 參 數(shù) 有 關(guān) 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)有 限 多 葉 片 的 理 論 能 頭 的 計(jì) 算 公 式 ： 此 方 程 為 離 心 壓 縮 機(jī) 計(jì) 算 能 量 與 功 率 的 基 本 方 程 式 。說 明 ： 主 要 與 葉 輪 圓 周 速 度 、 流 量 系 數(shù) 、 葉 片 出 口角 和 葉 片 數(shù) 有 關(guān) 。 TH )sin1( 2222222 AAruT zctgucuH ucrr式 中 ： 流 量 系 數(shù) 。 2r 22222

24、222 sin AAruuu zuctgcuwcc 2A2A22 sinctg1 zru 2u 又 可 表 達(dá) 為 ： 周 速 系 數(shù)222 2222222 )sin1(u AAruT u zctgucuH 【例】 離心式壓縮機(jī)DA35061第一級(jí)葉輪的外徑D2=600 mm，葉片出口角A2=45，葉片數(shù) z =18，流量系數(shù)r2=0.248，轉(zhuǎn)速n =8600 r/min。求葉輪使每千克氣體所獲得的理論能頭。 )sin1( 2222222 AAruT zctgucuH m/s. nDu (J/kg) 45892.850.628673008.04 45sin1845ctg248.012.270

25、 2 TH 解 ： 2.4 總 耗 功 和 功 率葉 輪 對(duì) 每 千 克 有 效 氣 體 作 的 總 功 為 ： ldfTtot WWWW WT葉 輪 通 過 葉 片 對(duì) 葉 道 內(nèi) 的 氣 體 作 功 ，成 為 葉 片 功 ， 它 就 是 氣 體 獲 得 的 理 論 能 頭 ；Wdf輪 阻 損 失 功 。 葉 輪 的 輪 盤 和 輪 蓋 的外 表 面 及 輪 緣 等 與 周 圍 氣 體 有 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) ， 產(chǎn)生 摩 擦 而 消 耗 功 。 輪 阻 損 失 功 轉(zhuǎn) 變 成 熱 量 而被 氣 體 吸 收 。W l內(nèi) 漏 氣 損 失 功 。 由 于 葉 輪 輪 蓋 處 存 在泄 漏 ， 有 流

26、 量 為 Gl（ kg/s） 的 氣 體 從 葉 輪 出口 返 回 到 葉 輪 入 口 ， 并 且 反 復(fù) 循 環(huán) ， 把 能 量消 耗 在 輪 蓋 密 封 處 ， 它 也 轉(zhuǎn) 變 成 熱 量 而 被 氣體 吸 收 。 每 千 克 有 效 氣 體 從 葉 輪 中 得 到 相 應(yīng) 的 總 能 頭 為 ： ldfTtot HHHH 輪 阻損 失 能 頭 內(nèi) 漏 氣損 失 能 頭理 論 能 頭 【 思 考 】 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 總 能 頭 Htot 包括 哪 幾 部 分 ？ 為 什 么 泄 漏 損 失 能 頭 Hl 和輪 盤 阻 力 損 失 能 頭 Hdf 都 要 計(jì) 入 總 能 頭 ？

27、中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)2.4 能 量 方 程 能 量 方 程 用 來 計(jì) 算 氣 流 溫度 （ 或 焓 ） 的 增 加 和 速 度 的 變化 。 根 據(jù) 熱 力 學(xué) 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 與守 恒 定 律 ， 當(dāng) 氣 體 在 級(jí) 中 作 穩(wěn)定 流 動(dòng) 時(shí) ， 取 級(jí) 中 任 意 兩 截 面 a、b間 的 系 統(tǒng) 作 為 考 察 對(duì) 象 ， 則 對(duì)單 位 質(zhì) 量 氣 體 有 ： )(2)( 22 ababababab zzgcciiqH 焓外 界 做 功外 界 加 熱 流 速 位 置 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)能 量 方 程 的

28、物 理 意 義 ：能 量 方 程 是 既 含 有 機(jī) 械 能 又 含 有 熱 能 的 能 量 轉(zhuǎn) 化 與 守恒 方 程 ， 它 表 示 由 葉 輪 所 作 的 機(jī) 械 功 ， 轉(zhuǎn) 換 為 級(jí) 內(nèi) 氣體 溫 度 （ 或 焓 ） 的 升 高 和 動(dòng) 能 的 增 加 ；該 方 程 適 用 任 一 級(jí) ， 也 適 用 于 多 級(jí) 整 機(jī) 或 其 中 任 一 通流 部 件 ， 這 由 所 取 的 進(jìn) 出 口 截 面 而 定 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī) 離 心 壓 縮 機(jī) 不 從 外 界 吸 收 熱 量 ， 而 由 機(jī) 殼 向 外 散 出 的 熱 量與 氣 體 與 氣

29、體 的 熱 焓 升 高 相 比 較 是 很 小 的 ， 故 可 認(rèn) 為 氣 體 在 機(jī)器 內(nèi) 作 絕 熱 流 動(dòng) ， 其 q=0； 忽 略 a、 b截 面 高 度 差 ； 且 近 似 絕 熱 過 程 ， 對(duì) 理 想 氣 體 有 ： 2)(12)( 2222 ababababpab ccTTkkRccTTcH )(2)( 22 ababababab zzgcciiqH 定 壓 比 熱 容 氣 體 常 數(shù) 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī) 當(dāng) a、 b截 面 分 別 為 級(jí) 的 進(jìn) 、 出 口 截 面 時(shí) ， 一 個(gè) 級(jí)的 能 量 方 程 式 可 寫 為 ： 2)(12)

30、( 2222 sdsdsdsdptot ccTTkkRccTTcH 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)2.5 伯 努 利 方 程 應(yīng) 用 伯 努 利 方 程 將 流 體 獲 得 的 能 量 區(qū) 分 為 有 用 能量 和 能 量 損 失 ， 并 引 入 壓 力 參 數(shù) ， 表 示 出 壓 力 的 增 加 ，將 機(jī) 械 功 與 級(jí) 內(nèi) 流 體 壓 力 升 高 的 靜 壓 能 聯(lián) 系 起 來 ， 其表 達(dá) 式 為 ： ablosabppab hccpvH ba )(d 在 穩(wěn) 定 流 動(dòng) 中 外 界 對(duì) 氣 體 所 作 的 功 ， 表 現(xiàn) 為 氣 體靜 壓 頭 的 提 高 、

31、 速 度 頭 的 提 高 、 并 克 服 各 種 能 量 損 失 。它 是 計(jì) 算 壓 縮 機(jī) 中 氣 體 壓 力 變 化 的 一 個(gè) 重 要 方 程 式 。 sdlossdpptot hccvdpH ds )(2 22 hydldflos hhhh hlos級(jí) 進(jìn) 出 口 全 部 能量 損 失h df輪 阻 損 失hl內(nèi) 漏 氣 損 失hhyd各 種 流 動(dòng) 損 失 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)伯 努 利 方 程 的 物 理 意 義 :伯 努 利 方 程 也 是 能 量 轉(zhuǎn) 化 與 守 恒 的 一 種 表 達(dá) 式 ,它 表 示 葉 輪 所做 機(jī) 械 功 轉(zhuǎn) 換

32、為 級(jí) 中 流 體 的 有 用 能 量 (靜 壓 能 和 動(dòng) 能 增 加 )的 同時(shí) ,由 于 流 體 具 有 粘 性 ,還 需 付 出 一 部 分 能 量 克 服 流 動(dòng) 損 失 或 級(jí)中 所 有 的 損 失 ；它 建 立 了 機(jī) 械 能 與 氣 體 壓 力 p、 流 速 c 和 能 量 損 失 之 間 的 相 互關(guān) 系 ；該 方 程 適 用 一 級(jí) ， 亦 適 用 于 多 級(jí) 整 機(jī) 或 其 中 任 一 通 流 部 件 ， 這由 所 取 的 時(shí) 出 口 截 面 而 定 ；對(duì) 于 不 可 壓 流 體 ， 其 密 度 為 常 數(shù) ， 則 可 直 接解 出 ， 因 而 對(duì) 輸 送 水 或 其 他

33、 液 體 的 泵 來 說 應(yīng) 用 伯 努 利 方 程 計(jì) 算 壓 力 的 升 高 是 十 分 方 便 的 。 而 對(duì) 于 可 壓 縮 流 體 ， 還 需 知 道 p=f（ ） 的 函 數(shù) 關(guān) 系 及 熱 力 學(xué) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 才 可 解 決 。 1221 ppdp 2.6 級(jí) 效 率 ； 熱 力 過 程 方 程 和 壓 縮 功 的 表 達(dá) 式關(guān) 聯(lián) 是 外 功 中 可 以 用 來 使 氣 體 壓 力 升 高并 克 服 損 失 的 能 頭 ， 稱 為 可 用 能 頭 。2 22 abab ccH ablosabppab hccpvH ba )(d 伯 努 利 方 程 ： ablosppabab

34、 hpvccH b a )(d2 22 等 溫 壓 縮 過 程 中 溫 度 始 終 保 持 常 數(shù) ：ds RTRTRTpv sdspp sppis ppRTppRTpvH dsds lndd 等 溫 壓 縮 功 ：絕 熱 壓 縮 為 等 熵 過 程 ： constpv k 絕 熱 壓 縮 功 ： kksdsskspp kppad ppvpkkppvppvH dsds )(dd s )(1)1(11)(1 1 sdsdskksdsad TTRkkTTRTkkppRTkkH 或 多 變 壓 縮 過 程 存 在 能 量 損 失 和 氣 體 同 外 界 的 熱 交換 ： constpvm 多 變 壓

35、 縮 功 ： )(11)(1 1 sdmm sdspppol TTRmmppRTmmvdpH ds 【 例 題 】 某 離 心 式 空 氣 壓 縮 機(jī) 的 一 個(gè) 級(jí) ， 空 氣進(jìn) 、 出 口 參 數(shù) ts=20 ， ps=101.3 103Pa，pd=155 103Pa。 試 計(jì) 算 壓 縮 一 千 克 空 氣 需 要的 、 和 各 為 多 少 ？isH .kHad .mH pol解 ： 空 氣 的 氣 體 常 數(shù) R = 287.64 J/kgK Ts=273+20=293 K J/kg 35847103.101 10155ln29364.287ln 33 sdsis ppRTH J/kg

36、 381161103.101 1015529364.28714.1 4.1 11 4.1 14.1 331 kksdsad ppRTkkH J/kg 388301103.101 1015529364.287159.1 59.1 11 59.1 159.1 331 mmsdspol ppRTmmH 在 進(jìn) 氣 溫 度 和 壓 力 比 相 同 的 條 件 下 ， 等 溫 壓 縮 功 最 小 ，排 氣 溫 度 最 低 。 多 變 壓 縮 功 最 大 ， 排 氣 溫 度 最 高 。 所以 多 級(jí) 壓 縮 時(shí) 常 作 成 多 段 ， 增 加 段 間 冷 卻 以 降 低 氣 體溫 度 ， 使 壓 縮 過

37、程 向 等 溫 過 程 靠 近 ， 達(dá) 到 節(jié) 省 壓 縮 功的 目 的 。壓 縮 功 大 小 與 氣 體 性 質(zhì) 有 關(guān) ， 在 同 樣 壓 力 比 下 壓 縮 輕的 氣 體 （ 氣 體 常 數(shù) R 較 大 ） 比 壓 縮 重 氣 體 需 要 的 壓 縮功 大 。 例 如 壓 縮 氫 氣 需 要 的 壓 縮 功 比 壓 縮 空 氣 需 要 的壓 縮 功 大 14.4倍 。由 于 同 一 壓 縮 機(jī) 的 級(jí) 壓 縮 同 一 質(zhì) 量 流 量 的 不 同 氣 體 所提 供 的 理 論 能 頭 H T 是 相 同 的 ， 所 以 ， 當(dāng) 壓 力 比 相 同 時(shí) ，壓 縮 輕 氣 體 需 要 的 級(jí)

38、數(shù) 比 重 氣 體 的 多 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)降 低 氣 體 的 溫 度 ， 節(jié) 省 功 率 ， 采 用 分 段 中 間 冷 卻 器 。如 果 段 數(shù) 為 N， 則 中 間 冷 卻 器 的 個(gè) 數(shù) 為 N-1個(gè) 。經(jīng) 過 各 段 間 冷 卻 器 存 在 壓 力 損 失 ； 中 間 冷 卻 器 和 管 道的 阻 力 降 ， 加 大 功 率 消 耗 。 因 此 ， 要 合 理 選 擇 壓 縮 機(jī)的 段 數(shù) 。 多 變 效 率 ： 11)(1 )(12 22 kkmmTTkkR TTmmRccH H sd sdsdtot polpol polkkmm 11

39、 多 變 指 數(shù) 系 數(shù) ： 2)(1 22 sdsdtot ccTTkkRH由 能 量 方 程 知 ： 3 級(jí) 中 能 量 損 失流 動(dòng) 損 失 摩 阻 損 失沖 擊 損 失分 離 損 失二 次 渦 流 損 失尾 跡 損 失波 阻 損 失內(nèi) 漏 氣 損 失輪 阻 損 失 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)3.1 級(jí) 內(nèi) 的 流 動(dòng) 損 失 （ 1） 摩 阻 損 失 產(chǎn) 生 原 因 ： 流 體 的 粘 性 是 根 本原 因 。 從 葉 輪 進(jìn) 口 到 出 口 有 流體 與 壁 面 接 觸 ， 就 有 邊 界 層 存在 ， 就 將 產(chǎn) 生 摩 阻 損 失 。 摩 阻 損

40、失 H f 與 摩 阻 系 數(shù) 相關(guān) ， 摩 阻 系 數(shù) 是 Re與 壁 面 粗 糙度 的 函 數(shù) 。減 小 措 施 ： 減 少 葉 輪 外 表 面 粗 糙 度 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 2） 沖 擊 損 失 產(chǎn) 生 原 因 ： 流 量 偏 離 設(shè) 計(jì) 工 況 點(diǎn) ， 使 得 葉 輪 和 葉 片 擴(kuò) 壓 器 的 進(jìn) 氣沖 角 i0， 在 葉 片 進(jìn) 口 附 近 產(chǎn) 生 較 大 的 擴(kuò) 張 角 ， 導(dǎo) 致 氣 流 對(duì) 葉 片的 沖 擊 ， 造 成 分 離 損 失 。 大 小 ： 采 用 沖 擊 速 度 來 表 示 ， 正 沖 角 損 失 是 負(fù) 沖 角 損

41、 失 的 10 15倍 。減 少 措 施 ： 控 制 在 設(shè) 計(jì) 工 況 點(diǎn) 附 近 運(yùn) 行 ； 在 葉 輪 前 安 裝 可 轉(zhuǎn) 動(dòng) 導(dǎo) 向 葉 片 。11 Ai其 中 進(jìn) 氣 沖 角 流 量小 于設(shè) 計(jì) 流 量大 于設(shè) 計(jì) 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 3） 分 離 損 失產(chǎn) 生 原 因 ： 通 道 截 面 突然 變 化 ， 速 度 降 低 ， 近壁 邊 界 層 增 厚 ， 引 起 分離 損 失 。大 小 ： 大 于 沿 程 摩 阻 損失 。 86 8.16.111 2221 ff受 流 道 形 狀 、 壁 面 粗 糙 度 、 氣 流 雷 諾 數(shù) 、 氣 體

42、湍 流 程 度 影 響 。減 少 措 施 ： 控 制 通 道 的 當(dāng) 量 擴(kuò) 張 角 ；控 制 進(jìn) 出 口 的 相 對(duì) 速 度 比 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 4） 二 次 渦 流 損 失產(chǎn) 生 原 因 ： 葉 道 同 一截 面 上 氣 流 速 度 與 壓力 分 布 不 均 勻 ， 存 在壓 差 ， 產(chǎn) 生 流 動(dòng) ， 干擾 主 氣 流 的 流 動(dòng) ， 產(chǎn)生 能 量 損 失 。在 葉 輪 和 彎 道 處 急 劇轉(zhuǎn) 彎 部 位 出 現(xiàn) 。 減 少 措 施 ： 增 加 葉 片 數(shù) ， 避 免 急 劇 轉(zhuǎn) 彎 。大 小 ： 葉 道 的 彎 曲 ， 氣 流 速 度 方

43、 向 的 變 化 急 劇 與 否 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 5） 尾 跡 損 失 產(chǎn) 生 原 因 ： 葉 片 尾 部 有 一 定 厚 度 ， 氣 體 從 葉 道 中 流 出 時(shí) ，通 流 面 積 突 然 擴(kuò) 大 ， 氣 流 速 度 下 降 ， 邊 界 層 發(fā) 生 突 然 分 離 ，在 葉 片 尾 部 外 緣 形 成 氣 流 旋 渦 區(qū) ， 尾 跡 區(qū) 。 尾 跡 區(qū) 氣 流 速度 與 主 氣 流 速 度 、 壓 力 相 差 較 大 ， 相 互 混 合 ， 產(chǎn) 生 的 能 量損 失 。減 少 措 施 ： 采 用 翼 型葉 片 代 替 等 厚 葉 片 ； 將

44、 等 厚 葉 片 出 口 非 工作 面 削 薄 。大 小 ： 與 葉 道 出 口 速度 ， 葉 片 厚 度 及 葉 道邊 界 層 有 關(guān) 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 6） 波 阻 損 失 馬 赫 數(shù) （ M） 流 場 中 任 一 點(diǎn) 處 的 氣 流 速 度 c與 該點(diǎn) 氣 溫 下 的 音 速 a之 比 。馬 赫 數(shù) 是 表 征 氣 流 可 壓 縮 性 的 一 個(gè) 準(zhǔn) 數(shù) 。當(dāng) M0.3時(shí) ， 一 般 可 以 不 考 慮 密 度 的 變 化 ， 即 認(rèn) 為 此 時(shí) 氣 流 是不 可 壓 縮 的 ， 它 所 引 起 的 誤 差 也 不 超 過 9%。當(dāng) M0.

45、3時(shí) ， 就 必 須 考 慮 密 度 的 變 化 ， 即 必 須 考 慮 氣 流 的 可 壓 縮 性 了 ， 否 則 會(huì) 造 成 很 大 的 誤 差 。氣 體 的 可 壓 縮 性 只 有 在 高 速 時(shí) 才 明 顯 地 顯 示 出 來 。kRTcacM 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 6） 波 阻 損 失 產(chǎn) 生 原 因 ：當(dāng) 超 音 速 氣 流 繞 物 體 流 動(dòng) 時(shí) ， 強(qiáng) 擾 動(dòng) 的 波 峰 表 面 上 將 會(huì) 有 很 大的 壓 力 及 密 度 的 突 然 變 化 ， 即 在 流 場 中 往 往 出 現(xiàn) 突 躍 的 壓 縮 波 。氣 流 通 過 這 種 壓

46、縮 波 時(shí) ， 壓 力 、 溫 度 、 密 度 都 突 躍 地 升 高 ， 速 度突 躍 地 下 降 ， 氣 流 受 到 突 然 的 壓 縮 。 這 種 突 躍 壓 縮 波 叫 激 波 。 超音 速 氣 流 被 壓 縮 時(shí) ， 一 般 都 會(huì) 產(chǎn) 生 激 波 。 所 以 激 波 是 超 音 速 氣 流中 的 重 要 現(xiàn) 象 。氣 流 通 過 激 波 時(shí) ， 有 壓 力 、 密 度 、 溫 度 及 速 度 的 突 躍 ， 因 此 從熱 力 學(xué) 觀 點(diǎn) 分 析 ， 這 是 一 個(gè) 不 可 逆 過 程 ， 有 很 大 的 能 量 損 失 ， 由激 波 引 起 的 這 些 能 量 損 失 的 總 和

47、稱 為 波 阻 損 失 。 大 小 ： 當(dāng) 氣 速 增 大 時(shí) ， 級(jí) 中 的 能 量 損 失 將 急 劇 增 加 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)產(chǎn) 生 原 因 ： 葉 輪 旋 轉(zhuǎn) ， 輪 蓋 、 輪 盤 的 外 緣 和 輪 緣 與 周 圍的 氣 體 發(fā) 生 摩 擦 ， 產(chǎn) 生 的 損 失大 小 ： 與 輪 盤 的 粗 糙 度 ， 相 對(duì) 側(cè) 隙 及 雷 諾 數(shù) 有 關(guān) 。對(duì) 于 離 心 葉 輪 ， 需 試 驗(yàn) 得 到 輪 阻 損 失 功 率3.2 輪 阻 損 失 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 1） 產(chǎn) 生 漏 氣 損 失 的 原

48、 因u存 在 間 隙 ； 存 在 壓 力 差 。u出 口 壓 力 大 于 進(jìn) 口 壓 力 ， 級(jí) 出 口壓 力 大 于 葉 輪 出 口 壓 力 ， 在 葉 輪 兩側(cè) 與 固 定 件 之 間 的 間 隙 、 軸 端 的 間隙 ， 產(chǎn) 生 漏 氣 ， 存 在 能 量 損 失 。密 封 型 式 ： 梳 齒 密 封 、 蜂 窩 密 封 等3.3 漏 氣 損 失 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī) 級(jí)中能量損失 流 動(dòng) 損 失 摩 阻 損 失沖 擊 損 失分 離 損 失二 次 渦 流 損 失尾 跡 損 失波 阻 損 失內(nèi) 漏 氣 損 失輪 阻 損 失 減 少 葉 輪 外 表 面

49、粗 糙 度 。正 沖 角 損 失 (小 流 量 )與 負(fù) 沖角 損 失 (大 流 量 )控 制 通 道 的 當(dāng) 量 擴(kuò) 張 角增 加 葉 片 數(shù) ， 避 免 急 彎采 用 翼 型 葉 片馬 赫 數(shù) 表 征 氣 流 可 壓 縮 性與 輪 盤 的 粗 糙 度 ， 相 對(duì) 側(cè) 隙 及 雷 諾 數(shù) 有 關(guān)密 封 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī) 4 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 特 性 曲 線4.1 級(jí) 的 特 性 曲 線 離 心 壓 縮 機(jī) 工 作 性 能 最 主 要 的 參 數(shù) 是 壓 力 比 、 效率 和 流 量 。 為 將 其 工 作 性 能 形 象 表 示 出 來 ，

50、 一 般 以 曲線 的 形 式 表 示 ， 就 得 到 了 壓 縮 機(jī) 的 性 能 曲 線 。 級(jí) 的 性 能 曲 線 是 指 在 氣 體 狀 態(tài) （ 進(jìn) 口 流 量 Qs ， 進(jìn)氣 壓 力 P s ， 進(jìn) 氣 溫 度 Ts ） 一 定 ， 轉(zhuǎn) 速 不 變 的 條 件 下 ，級(jí) 的 壓 力 比 、 多 變 效 率 pol 以 及 功 率 Ntot 隨 該 級(jí) 進(jìn) 氣量 Qs 而 變 化 的 關(guān) 系 曲 線 。性 能 曲 線 由 實(shí) 驗(yàn) 確 定 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 1） 級(jí) 的 特 性 曲 線 的 形 成當(dāng) 級(jí) 一 定 、 轉(zhuǎn) 速 一 定 ， 則 無

51、限 多 葉 片 理 論 能 頭 與 葉 輪 入口 容 積 流 量 成 直 線 關(guān) 系 。 對(duì) 于 有 限 多 葉 片 理 論 能 頭 與葉 輪 入 口 容 積 流 量 仍 成 直 線關(guān) 系 。 22222222 2 sin1 uZukbD ctgQH AvAsT 2222222 2 22222221 1 uukbD ctgQ uctguH vAs AruT 而 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 1） 級(jí) 的 特 性 曲 線 的 形 成 hydsdpol hydsdppT hccH hccpvH ds 2 2d 22 22 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離

52、心 壓 縮 機(jī)性 能 曲 線 H polQs只在 壓 縮 機(jī) 設(shè) 計(jì) 中 使 用 ；而 工 程 應(yīng) 用 中 采 用 更為 直 觀 的 Qs曲 線 。經(jīng) 換 算 得 ： spolRTH1換 算 得 到 的 Qs曲 線 和 H polQs曲線 形 狀 相 似 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)性 能 曲 線 的 一 般特 點(diǎn) ：隨 流 量 的 減 小 ， 壓縮 機(jī) 提 供 的 壓 力 比將 增 大 。 在 最 小 流量 時(shí) ， 達(dá) 到 最 大 。流 量 和 壓 力 比 的 關(guān)系 是 一 一 對(duì) 應(yīng) 的 ，流 量 與 其 他 參 數(shù) 的關(guān) 系 也 是 一 一 對(duì) 應(yīng)的 。

53、 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)性 能 曲 線 的 一般 特 點(diǎn) ：流 量 有 最 大 和 最 小兩 個(gè) 極 限 流 量 ； 排出 壓 力 也 有 最 大 值和 最 小 值 。效 率 曲 線 有 最 高 效率 點(diǎn) ， 離 開 該 點(diǎn) 的工 況 效 率 下 降 很 快 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)（ 2） 壓 縮 機(jī) 的 喘 振壓 縮 機(jī) 喘 振 的 機(jī) 理 旋 轉(zhuǎn) 脫 離流 量 減 小 邊 界 層 分 離 旋 轉(zhuǎn) 脫 離壓 縮 機(jī) 喘 振 流 量 進(jìn) 一 步 減 小 脫 離 團(tuán) 阻 塞 葉 道 出 口 壓 力 顯 著 下 降 倒 流

54、 整 個(gè) 壓 縮 機(jī) 系 統(tǒng) 發(fā) 生 周 期 性 的 低 頻 大 振 幅 的 氣 流 振 蕩 現(xiàn) 象 ，就 稱 為 喘 振 ?，F(xiàn) 象 ： 級(jí) 進(jìn) 出 口 參 數(shù) 產(chǎn) 生 強(qiáng) 烈 脈 動(dòng) ， 葉 片 振 動(dòng) ， 機(jī) 器噪 音 增 大 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)喘 振 的 內(nèi) 因 ： 流 量 過 小 ， 小 于 壓 縮 機(jī) 的 最 小 流 量 ， 導(dǎo) 致 機(jī) 內(nèi) 出現(xiàn) 嚴(yán) 重 的 氣 體 旋 轉(zhuǎn) 脫 離 ；喘 振 的 外 因 ： 管 網(wǎng) 有 一 定 容 積 ， 且 壓 力 高 于 壓 縮 機(jī) 的 排 壓 ， 造成 氣 流 倒 流 ， 產(chǎn) 生 大 幅 度 的 氣

55、流 脈 動(dòng) 。 脈 動(dòng) 的 頻 率 和 振 幅 與 管網(wǎng) 容 量 有 關(guān) 。喘 振 的 危 害 壓 縮 機(jī) 性 能 惡 化 ， 壓 力 、 效 率 降 低 ；出 現(xiàn) 異 常 噪 聲 、 吼 叫 和 爆 音 ； 機(jī) 組 出 現(xiàn) 強(qiáng) 烈 振 動(dòng) ， 使 得 壓 縮 機(jī) 的 軸 承 、 密 封 損 壞 ， 轉(zhuǎn) 子 和固 定 部 件 發(fā) 生 碰 撞 ， 造 成 機(jī) 器 嚴(yán) 重 破 壞 。喘 振 原 因 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)操 作 者 和 運(yùn) 行 人 員 的 要 求 ：應(yīng) 具 備 標(biāo) 注 喘 振 線 的 壓 縮 機(jī) 性 能 曲 線 ， 隨 時(shí) 了 解 壓 縮機(jī) 工

56、況 點(diǎn) 處 在 性 能 曲 線 圖 上 的 位 置 ；熟 悉 各 種 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 和 調(diào) 節(jié) 控 制 系 統(tǒng) 的 操 作 ， 盡 量 使 機(jī)器 不 致 進(jìn) 入 喘 振 狀 態(tài) 。防 喘 振 的 措 施 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)在 首 級(jí) 或 各 級(jí) 設(shè) 置 導(dǎo) 葉 轉(zhuǎn) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 以 調(diào) 節(jié) 導(dǎo) 葉 角 度 ， 使流 量 減 少 時(shí) 的 進(jìn) 氣 沖 角 不 致 太 大 ， 從 而 避 免 發(fā) 生 喘 振 。在 壓 縮 機(jī) 出 口 設(shè) 置 旁 通 管 道 ， 讓 壓 縮 機(jī) 通 過 足 夠 的 流量 ， 以 防 進(jìn) 入 喘 振 狀 態(tài) 。在 壓 縮 機(jī) 進(jìn)

57、口 設(shè) 置 溫 度 、 流 量 監(jiān) 視 儀 表 ， 出 口 設(shè) 置 壓力 監(jiān) 視 儀 表 ， 一 旦 出 現(xiàn) 異 常 或 喘 振 及 時(shí) 報(bào) 警 ； 設(shè) 有 與防 喘 振 控 制 操 作 聯(lián) 動(dòng) 或 與 緊 急 停 車 聯(lián) 動(dòng) 。系 統(tǒng) 要 求 ： 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)u當(dāng) 轉(zhuǎn) 速 可 調(diào) 時(shí) ， 降 低 運(yùn) 行 轉(zhuǎn) 速 ， 可 使 流 量 減 少 而 不致 進(jìn) 入 喘 振 狀 態(tài) ， 但 出 口 壓 力 隨 之 降 低 。u開 大 入 口 閥 ， 提 高 壓 縮 機(jī) 入 口 流 量 ， 讓 壓 縮 機(jī) 的 工作 點(diǎn) 離 開 喘 振 區(qū) 。u降 低 后 部

58、 系 統(tǒng) 的 壓 力 。 壓 力 降 低 ， 工 作 點(diǎn) 下 移 ， 喘振 區(qū) 范 圍 變 窄 ， 工 作 范 圍 變 寬 。u后 部 系 統(tǒng) 壓 力 無 法 降 低 而 生 產(chǎn) 需 求 流 量 又 很 小 的 情況 下 ， 可 開 大 壓 縮 機(jī) 防 喘 振 閥 （ 放 空 系 統(tǒng) 或 將 出 口 部分 回 流 到 入 口 ） 來 提 高 入 口 流 量 ， 讓 壓 縮 機(jī) 的 工 作 點(diǎn)離 開 喘 振 區(qū) 。操 作 要 求 ： 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)產(chǎn) 生 原 因 ：流 量 增 大 ， 氣 流 的 沖 角 達(dá) 到 較 大 的 負(fù) 沖 角 ， 在 葉 片

59、工 作面 上 發(fā) 生 邊 界 層 分 離 ， 葉 片 做 功 全 部 轉(zhuǎn) 變 為 能 量 損 失 ，壓 力 不 再 升 高 ， 僅 用 于 維 持 在 該 流 量 下 流 動(dòng) ；在 流 道 最 小 截 面 處 出 現(xiàn) 了 聲 速 ， 邊 界 層 分 離 區(qū) 急 劇 擴(kuò) 大 ，壓 縮 機(jī) 達(dá) 到 了 阻 塞 工 況 ， 此 時(shí) 壓 力 得 不 到 提 高 ， 流 量 不再 增 大 。（ 3） 壓 縮 機(jī) 的 堵 塞 工 況 （ 最 大 流 量 工 況 ） 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)在 性 能 曲 線 上 ， 處 于 喘 振 工 況 和 阻 塞 工 況 之 間 的

60、區(qū) 域 ，稱 為 穩(wěn) 定 工 作 范 圍 。衡 量 壓 縮 機(jī) 性 能 好 壞 ， 除 要 求 有 較 高 的 壓 力 比 和較 高 的 效 率 外 ， 還 有 較 寬 的 穩(wěn) 定 工 作 范 圍 。（ 4） 壓 縮 機(jī) 的 穩(wěn) 定 工 況 區(qū) 4.2 壓 縮 機(jī) 的 性 能 曲 線（ 1） 級(jí) 數(shù) 對(duì) 壓 縮 機(jī) 性 能 的 影 響 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)級(jí) 與 多 級(jí) 壓 縮 機(jī) 的 性 能 曲 線 形 狀 基 本 一 致 。由 于 受 逐 級(jí) 氣 流 密 度 的 變 化 與 影 響 ， 級(jí) 數(shù) 愈多 ， 密 度 變 化 越 大 ， 壓 縮 機(jī) 的 性

61、能 曲 線 愈 陡 ，喘 振 流 量 愈 大 ， 堵 塞 流 量 愈 小 ， 穩(wěn) 定 工 況 區(qū) 也就 越 窄 。多 級(jí) 離 心 式 壓 縮 機(jī) 穩(wěn) 定 工 況 區(qū) 的 寬 窄 ， 主 要取 決 于 最 后 幾 級(jí) 的 特 性 。 （ 2 ） 轉(zhuǎn) 速 對(duì) 壓 縮 機(jī) 性能 的 影 響轉(zhuǎn) 速 增 大 時(shí) ， 壓 縮 機(jī) 的 壓 力比 將 顯 著 增 加 。轉(zhuǎn) 速 增 大 時(shí) ， 氣 流 馬 赫 數(shù) 增大 ， 這 時(shí) 流 量 若 偏 離 設(shè) 計(jì) 工況 ， 就 會(huì) 使 損 失 大 大 增 加 ，性 能 曲 線 變 陡 ， 使 穩(wěn) 定 工 況范 圍 變 窄 。壓 縮 機(jī) 只 能 在 喘 振 界 限 右

62、 邊正 常 工 作 。 一 定 轉(zhuǎn) 速 下 ， 增 大 流 量 ，壓 縮 機(jī) 的 壓 力 比 將 下 降 ；反 之 則 上 升 。 一 定 轉(zhuǎn) 速 下 ， 如 流 量 為設(shè) 計(jì) 流 量 時(shí) ， 壓 縮 機(jī) 效率 達(dá) 最 高 值 。 當(dāng) 流 量 大于 或 小 于 設(shè) 計(jì) 流 量 時(shí) ，壓 縮 機(jī) 效 率 都 下 降 。 壓 縮 機(jī) 的 性 能 曲 線 左 端 受 到喘 振 工 況 的 限 制 ， 右 端 受 到堵 塞 工 況 的 限 制 ， 在 這 兩 者之 間 的 區(qū) 域 為 壓 縮 機(jī) 穩(wěn) 定 工況 區(qū) 。 穩(wěn) 定 工 況 區(qū) 的 寬 窄 ，是 衡 量 壓 縮 機(jī) 性 能 的 重 要 指標(biāo)

63、之 一 。 壓 縮 機(jī) 級(jí) 數(shù) 越 多 ， 則 氣 體 密度 越 大 ， 性 能 曲 線 越 陡 ， 穩(wěn)定 工 況 區(qū) 越 窄 。 轉(zhuǎn) 速 越 高 ， 壓 力 比 越 大 ， 但性 能 曲 線 越 陡 、 穩(wěn) 定 工 況 區(qū)越 窄 。 隨 著 轉(zhuǎn) 速 的 增 高 ， 壓縮 機(jī) 的 性 能 曲 線 向 大 流 量 、高 壓 力 方 向 轉(zhuǎn) 移 。 （ 3） 氣 體 和 進(jìn) 氣 溫 度 對(duì) 壓 縮 機(jī) 性 能 的 影 響如 進(jìn) 氣 溫 度 Ts 不 變 ， 在 相 同 容 積 流 量 Qs下 (此 時(shí) Hpol也 基 本 對(duì) 應(yīng) 相 等 )， 壓 縮 重 的 氣 體 (R小 的 氣 體 )所 得

64、到的 壓 力 比 較 大 ； 反 之 ， 壓 縮 輕 的 氣 體 ， 所 得 的 較 小 。假 設(shè) 壓 縮 的 是 同 一 種 氣 體 介 質(zhì) ， 進(jìn) 氣 溫 度 較 高 的 氣體 ， 其 Q s曲 線 在 下 方 ， 進(jìn) 氣 溫 度 較 低 的 性 能 曲 線 在上 方 。 spolRTH 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī) 5 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 性能 調(diào) 節(jié) 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)管 網(wǎng) 性 能 曲 線 : 指 通 過 管 網(wǎng) 的 氣 體 流 量 與 保 證 這 個(gè) 流 量 通 過 管 網(wǎng)所 需 要 的 壓 力 之 間

65、的 關(guān) 系 曲 線 ， 即 p=f（ Q） 曲 線 。 每一 種 管 網(wǎng) 都 有 自 己 的 特 性 曲 線 ， 其 決 定 于 管 網(wǎng) 本 身 的結(jié) 構(gòu) 和 用 戶 要 求 。 有 三 種 形 式 ：管 網(wǎng) 阻 力 與 流 量 無 關(guān) ；二 次 曲 線 ；上 面 兩 種 形 式 的 混 合 。5.1 管 網(wǎng) 性 能 曲 線 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)管 網(wǎng) 阻 力 與 流 量 無 關(guān) ；2sAQp rs pAQp 2 rpp 背 壓 ）管 網(wǎng) 端 壓 （ 壓 縮 機(jī) 出 口可 用 表 示 的 二 次 曲 線 ；上 面 兩 種 形 式 的 混 合 ：Qs Qs

66、AQs2 Qs AQs2 5.2 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 工 作 點(diǎn)壓 縮 機(jī) 和 管 網(wǎng) 的 性 能 協(xié) 調(diào) ，處 于 穩(wěn) 定 操 作 的 工 作 點(diǎn) 具有 兩 個(gè) 條 件 ；壓 縮 機(jī) 的 排 氣 量 等 于 管網(wǎng) 的 進(jìn) 氣 量 ；壓 縮 機(jī) 提 供 的 背 壓 等 于管 網(wǎng) 所 需 的 端 壓 。所 以 這 個(gè) 穩(wěn) 定 工 作 點(diǎn) 一 定是 壓 縮 機(jī) 性 能 曲 線 與 管 網(wǎng)性 能 曲 線 之 交 點(diǎn) 。 中 國 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 離 心 壓 縮 機(jī)調(diào) 節(jié) 的 目 的 ： 使 壓 縮 機(jī) 適 應(yīng) 變 工 況 下 操 作 ， 保持 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 。調(diào) 節(jié) 的 方 法 ： 等 壓 調(diào) 節(jié) （ 保 持 排 氣 壓 力 不 變 ，只 改 變 氣 體 流 量 的 調(diào) 節(jié) ） 和 等 流 量 調(diào) 節(jié) （ 保 持氣 體 流 量 不 變 ， 只 改 變 排 氣 壓 力 的 調(diào) 節(jié) ） 。調(diào) 節(jié) 原 理 ： 設(shè) 法 改 變 壓 縮 機(jī) 的 性 能 曲 線 和 改 變管 網(wǎng) 性 能 曲 線 ， 其 實(shí) 質(zhì) 是 改 變 壓 縮 機(jī) 的 工 況 點(diǎn) 。5.3 離 心