流体机械原理课件.ppt

西安交通大学流体机械研究所西安交通大学流体机械研究所西安交通大学流体机械国家专业实验室西安交通大学流体机械国家专业实验室闻苏平闻苏平 20102010年授课于西安交通大学年授课于西安交通大学B72B72班班可编辑可编辑可编辑流体机械原理（离心压缩机部分）流体机械原理（离心压缩机部分）可编辑可编辑可编辑课程重点讲授的内容课程重点讲授的内容离心压缩机原理离心压缩机原理离心压缩机的研究现状与技术发展离心压缩机的研究现状与技术发展流体机械的设计方法流体机械的设计方法流体机械的应用流体机械的应用可编辑可编辑可编辑流体机械流体机械的定义流体机械的定义 流体机械是以流体（液体或气体）为工作介质与能流体机械是以流体（液体或气体）为工作介质与能量载体的机械设备量载体的机械设备流体机械的分类流体机械的分类流体机械分为原动机与工作机流体机械分为原动机与工作机原动机：原动机：将流体的能量转换为机械能的机械设备。将流体的能量转换为机械能的机械设备。水轮机、汽轮机、燃气轮机、风力机、气动工具等水轮机、汽轮机、燃气轮机、风力机、气动工具等工作机：工作机：将机械能转换为流体的能量。将机械能转换为流体的能量。各类风机、泵、各类风机、泵、压缩机压缩机等等可编辑可编辑可编辑绪论绪论 第一节第一节 压缩机的分类压缩机的分类 第二节第二节 离心式压缩机的应用离心式压缩机的应用 第三节第三节 离心式压缩机的工作原理离心式压缩机的工作原理第一章第一章 气体流动的基本方程和基本概念气体流动的基本方程和基本概念 第一节第一节 欧拉方程式欧拉方程式 第二节第二节 能量方程式能量方程式 第三节第三节 伯努利方程式伯努利方程式 第四节第四节 气体压缩过程和压缩功气体压缩过程和压缩功 第五节第五节 级的总耗功和功率级的总耗功和功率 第六节第六节 级中气体状态参数的变化级中气体状态参数的变化 第七节第七节 级的效率级的效率 第八节第八节 流量及流量系数流量及流量系数 第九节第九节 能量头及能量头系数能量头及能量头系数可编辑可编辑可编辑第二章第二章 级中能量损失级中能量损失 第一节第一节 摩擦损失摩擦损失 第二节第二节 分离损失分离损失 第三节第三节 二次流损失二次流损失 第四节第四节 尾迹损失尾迹损失 第五节第五节 ReRe数和数和MaMa数对流动损失的影响数对流动损失的影响 第六节第六节 级的性能曲线级的性能曲线 第七节第七节 漏气损失漏气损失 第八节第八节 轮阻损失轮阻损失第三章第三章 叶轮叶轮 第一节第一节 叶轮典型结构比较叶轮典型结构比较 第二节第二节 叶轮的主要结构参数叶轮的主要结构参数 第三节第三节 能量头、周速系数的计算能量头、周速系数的计算 第四节第四节 叶轮主要参数对级性能的影响叶轮主要参数对级性能的影响 第五节第五节 半开式混流式叶轮半开式混流式叶轮可编辑可编辑可编辑第四章第四章 固定元件固定元件 第一节第一节 吸气室吸气室 第二节第二节 无叶扩压器无叶扩压器 第三节第三节 叶片扩压器叶片扩压器 第四节第四节 叶轮主要参数对级性能的影响叶轮主要参数对级性能的影响 第五节第五节 半开式、混流式叶轮半开式、混流式叶轮第五章第五章 相似原理在离心压缩机中的应用相似原理在离心压缩机中的应用 第一节第一节 相似原瑗的基础知识相似原瑗的基础知识 第二节第二节 离心压缩机的相似条件离心压缩机的相似条件 第三节第三节 相似原理的应用相似原理的应用 第四节第四节 相似模化设计相似模化设计 第五节第五节 性能换算性能换算可编辑可编辑可编辑第六章第六章 离心式压缩机的性能曲线和调节离心式压缩机的性能曲线和调节 第一节第一节 离心式压缩机的性能曲线离心式压缩机的性能曲线 第二节第二节 压缩机与管网联合工作压缩机与管网联合工作 第三节第三节 旋转失速和喘振旋转失速和喘振 第四节第四节 压缩机的串联和并联压缩机的串联和并联 第五节第五节 离心式压缩机的调节离心式压缩机的调节第七章第七章 三元流动三元流动 第一节第一节 运动参数运动参数 第二节第二节 基本方程式基本方程式 第三节第三节 简化计算模型简化计算模型 第四节第四节 流线曲率法流线曲率法 第五节第五节 绝对无旋运动绝对无旋运动可编辑可编辑可编辑第八章第八章 实际气体实际气体 第一节第一节 实际气体的压缩性系数实际气体的压缩性系数 第二节第二节 实际混合气体实际混合气体 第三节第三节 实际气体的热力学性质实际气体的热力学性质 第四节第四节 实际气体的压缩过程实际气体的压缩过程第九章第九章 离心式压缩机热力设计离心式压缩机热力设计 第一节第一节 中间冷却与分段中间冷却与分段 第二节第二节 热力设计概述热力设计概述 第三节第三节 压缩机中各段各级主要参数的选择压缩机中各段各级主要参数的选择 第四节第四节 级通流部分基本尺寸的确定级通流部分基本尺寸的确定 第五节第五节 计算例题计算例题可编辑可编辑可编辑绪论离心压缩机的分类与应用离心压缩机的分类与应用可编辑可编辑可编辑 气体压力定义：气体压力定义：单位面积所承受的气体分子的撞击力。根据分子撞击的形式单位面积所承受的气体分子的撞击力。根据分子撞击的形式可以分为以下两种提高压力的方法：可以分为以下两种提高压力的方法：减容压缩过程减容压缩过程 ：压缩机为一定容积的气体：压缩机为一定容积的气体 聚集在容器内，聚集在容器内，通过减小容器的容积，增加单位体积内气体分子数量，增加通过减小容器的容积，增加单位体积内气体分子数量，增加了气体分子撞击单位面积的次数，以增加气体的压力。了气体分子撞击单位面积的次数，以增加气体的压力。所产生的压力满足方程：所产生的压力满足方程：P P2 2=P P1 1（V V1 1/V V2 2）。）。加速流体压缩过程加速流体压缩过程 :增加气体分子的动能，提高气体分子撞增加气体分子的动能，提高气体分子撞击单位面积的力量提高压力。击单位面积的力量提高压力。根据动能转换为势能的原理，根据动能转换为势能的原理，为流体加速到高速然后降低速度，通过改变气流流动方向，为流体加速到高速然后降低速度，通过改变气流流动方向，把气体所具有的动能转化为势能（压力能）。把气体所具有的动能转化为势能（压力能）。可编辑可编辑可编辑压缩机的分类 压压缩缩机机 可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑活塞压缩机可编辑可编辑可编辑空气滤清器进气阀气 缸活 塞散热片排气阀单级活塞式压气机结构示意图可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑螺杆压缩机可编辑可编辑可编辑螺杆压缩机的运行可编辑可编辑可编辑 螺杆式制冷压缩机结构和工作原理可编辑可编辑可编辑透平压缩机的分类轴流式离心式混流式可编辑可编辑可编辑轴流式压缩机可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑离心式可编辑可编辑可编辑混流式可编辑可编辑可编辑轴流离心混合式可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑Centrifugal FansCentrifugal Fans离心风机离心风机9-19D high pressureGY4-73 boiler fanDKT-2 low noise fanB30 axes flow fanhigh temperature可编辑可编辑可编辑多翼风机wheel可编辑可编辑可编辑罗茨风机（泵）The two rotating components confine a volume of gasThe volume of the pocket decreases in rotation so pressure increases可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑透平压缩机和容积式压缩机比较透平压缩机和容积式压缩机比较透平式透平式透平式透平式压缩压缩压缩压缩机机机机容容容容积积积积式（以活塞式式（以活塞式式（以活塞式式（以活塞式为为为为例）例）例）例）压缩压缩压缩压缩机机机机1 1、流量大。如果与活塞式的具有相同流量、流量大。如果与活塞式的具有相同流量、流量大。如果与活塞式的具有相同流量、流量大。如果与活塞式的具有相同流量的的的的压缩压缩压缩压缩机相比机相比机相比机相比较较较较，透平式，透平式，透平式，透平式压缩压缩压缩压缩机的尺寸要机的尺寸要机的尺寸要机的尺寸要小得多。小得多。小得多。小得多。1 1、排气、排气、排气、排气压压压压力可以在力可以在力可以在力可以在较较较较大的范大的范大的范大的范围围围围内波内波内波内波动动动动，高高高高压压压压力、小流量区域尤力、小流量区域尤力、小流量区域尤力、小流量区域尤为为为为合适。气体成分合适。气体成分合适。气体成分合适。气体成分变变变变化化化化对对对对机机机机组组组组性能影响不大。性能影响不大。性能影响不大。性能影响不大。2 2、输输输输气均匀，无脉气均匀，无脉气均匀，无脉气均匀，无脉动动动动，气体无油，气体无油，气体无油，气体无油污污污污染染染染。2 2、输输输输气脉气脉气脉气脉动动动动，排气流速低、机，排气流速低、机，排气流速低、机，排气流速低、机组热组热组热组热效率效率效率效率高。高。高。高。3 3、结结结结构构构构简单简单简单简单，易，易，易，易损损损损件少，件少，件少，件少，连续连续连续连续运运运运转转转转周期周期周期周期长长长长。因因因因为为为为运运运运转时转时转时转时无不平衡力，基无不平衡力，基无不平衡力，基无不平衡力，基础较础较础较础较小，基建小，基建小，基建小，基建投投投投资资资资少。少。少。少。3 3、外形尺寸大、外形尺寸大、外形尺寸大、外形尺寸大、结结结结构复构复构复构复杂杂杂杂、运行不平、运行不平、运行不平、运行不平稳稳稳稳。基基基基础础础础大，易大，易大，易大，易损损损损件多，运行周期短。件多，运行周期短。件多，运行周期短。件多，运行周期短。4 4、以用汽、以用汽、以用汽、以用汽轮轮轮轮机、燃气机、燃气机、燃气机、燃气轮轮轮轮机直接拖机直接拖机直接拖机直接拖动动动动，便，便，便，便于整个装置的于整个装置的于整个装置的于整个装置的热热热热力平衡。运行力平衡。运行力平衡。运行力平衡。运行转转转转速速速速对对对对材料材料材料材料及零部件制造精度要求高。及零部件制造精度要求高。及零部件制造精度要求高。及零部件制造精度要求高。4 4、运行速度低，零部件多用普通材料制、运行速度低，零部件多用普通材料制、运行速度低，零部件多用普通材料制、运行速度低，零部件多用普通材料制成。成。成。成。可编辑可编辑可编辑离心压缩机的特点优点：1.排气量大，气体流经离心压缩机是连续的，其流道截面积较大，叶轮转速很高，气流速度很大，因而流量很大。2.结构紧凑、尺寸小。它比同气量的活塞式小得多；3.运转平稳可靠，连续运转时间长，维护费用小，操作人员少；4.不污染被压缩的气体，这对化工生产是很重要的；5.转速较高，适宜用蒸汽轮机或燃气轮机直接拖动。缺点：1.单级压力比不高，不适用于较小的流量；2.稳定工况区较窄，尽管气量调节较方便，但经济性较差可编辑可编辑可编辑Single Stage Centrifugal Compressor Application Flow rate is 500,000m Flow rate is 500,000m3 3/hr and having compression/hr and having compression ratio 3 with discharge pressure 80barratio 3 with discharge pressure 80bar可编辑可编辑可编辑Multistage Integrally Geared Compressor ApplicationsMultistage Integrally Geared Compressor ApplicationsFlow rate ranging from 1,000 to 500,000Flow rate ranging from 1,000 to 500,000 mm3 3/hr/hrHaving pressure upto 100 barHaving pressure upto 100 bar可编辑可编辑可编辑Pipeline Compressor Applications This This is is the the natural natural gas gas compressor compressor for for pipeline pipeline transportation transportation having having pressure pressure ratio ratio ranging ranging from from 1.05 1.05 to to 1.5,1.5,shaft shaft speed speed ranging ranging from from 3,000 3,000 to to 13,500 13,500 rpm rpm anddischarge anddischarge pressure pressure ranging ranging from from 80 80 to 125 barto 125 bar可编辑可编辑可编辑离心压缩机应用领域电力工业电力工业石油工业石油工业冶金工业冶金工业动力工程动力工程制冷与低温工程制冷与低温工程航空和航天航空和航天采矿工业采矿工业生物医学工程生物医学工程环境工程环境工程采暖与通风采暖与通风污水处理污水处理空气净化空气净化气力输送气力输送可编辑可编辑可编辑离心压缩机的典型结构与应用 压缩过程主要在离心压缩机的级中进行，级由以下压缩过程主要在离心压缩机的级中进行，级由以下六个元件组成：六个元件组成：进气室（吸气室）：把气体均匀地引入叶轮。进气室（吸气室）：把气体均匀地引入叶轮。叶轮：在叶轮内进行能量传递，提高气体的动能和叶轮：在叶轮内进行能量传递，提高气体的动能和压力能。压力能。扩压器：把叶轮出口流体的较高动能转换为压力。扩压器：把叶轮出口流体的较高动能转换为压力。弯道：在多级离心压缩机中，引导气体进入下一级，弯道：在多级离心压缩机中，引导气体进入下一级，继续进行压缩，提高气体压力。继续进行压缩，提高气体压力。回流器：使气流按所需的方向均匀地进入下一级回流器：使气流按所需的方向均匀地进入下一级蜗室：把扩压器或叶轮后面的气体汇集起来引到压蜗室：把扩压器或叶轮后面的气体汇集起来引到压缩机处缩机处可编辑可编辑可编辑叶轮扩压器弯道回流器主轴蜗壳进气室密封平衡盘机壳隔板可编辑可编辑可编辑离心压缩机水平剖分面可编辑可编辑可编辑闭式叶轮叶轮进口轮盖密封轮盖shroud轮盘hub叶片叶轮进口c1w1u1c2w2u2可编辑可编辑可编辑半开式三元叶轮三元叶片轮盘(Hub）叶片工作面压力吗（PS）叶片非工作面吸力面（SS)可编辑可编辑可编辑离心压缩机的典型结构 组成：离心式压缩机由定子和转子两部分组成。定子：又称固定元件。它主要指吸气室、扩压器、弯道、回流器、蜗壳等。转子：包括轴、轴套、叶轮、平衡盘等。可编辑可编辑可编辑离心压缩机的工作原理 气体由吸气室吸入。通过叶轮对气体作功，使气体压力，速度，温度提高然后流入扩压器，使速度降低，压力提高，弯道，回流器主要起导向作用。使气流流入下一级继续压缩。最后由未级出来的高压气体级蜗室和出气管输出。可编辑可编辑可编辑级的典型结构 级定义：级是离心压缩机使气体增压的基本单元，由一个级是离心压缩机使气体增压的基本单元，由一个 叶轮及其附属的固定元件组成。叶轮及其附属的固定元件组成。级的三种型式：中间级中间级:由叶轮、扩压器、弯道、回流器组成；由叶轮、扩压器、弯道、回流器组成；首级：由吸气管和中间级组成；首级：由吸气管和中间级组成；末级：由叶轮、扩压器和排气蜗室组成。末级：由叶轮、扩压器和排气蜗室组成。可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑 inin 吸气管进口截面，即首级进口截面，吸气管进口截面，即首级进口截面，或整个压缩机的进口截面或整个压缩机的进口截面 0 0叶轮进口截面，中间级、末级的进口截叶轮进口截面，中间级、末级的进口截面；面；1 1叶轮叶道进口截面；叶轮叶道进口截面；2 2叶轮出口截面叶轮出口截面 3 3扩压器进口截面扩压器进口截面 4 4扩压器出口截面（即弯道入口截面）扩压器出口截面（即弯道入口截面）5 5弯道出口截面（即回流器进口截面）弯道出口截面（即回流器进口截面）6 6回流器出口截面回流器出口截面 0 0本级的出口截面（也是下一级的进口本级的出口截面（也是下一级的进口截面）截面）对于末级还有：对于末级还有：7 7排气蜗室进口截面排气蜗室进口截面 outout排气蜗室的出口截面，即末级出口截排气蜗室的出口截面，即末级出口截面。或整个压缩机的出口截面。面。或整个压缩机的出口截面。可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑叶轮背靠背布置可编辑可编辑可编辑水平剖分结构可编辑可编辑可编辑筒形结构可编辑可编辑可编辑齿轮式可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑可编辑谢谢