离心式压缩机.pptx

LOGO离心式离心式压缩机压缩机过程流体机械过程流体机械第三章第三章 离心式压缩机离心式压缩机离心式压缩机典型结构和工作原理离心式压缩机典型结构和工作原理3.3.1 1性能调节与控制性能调节与控制3.23.2安全可靠性安全可靠性3.33.3 选型选型(轴流式压缩机轴流式压缩机)3.43.4 离心式压缩机级内各种损失离心式压缩机级内各种损失3.1.23.1.2菜单菜单3.1.13.1.1 离心式压缩机的基本方程离心式压缩机的基本方程1.1.离心压缩机级内的能量损失有哪几种？分离心压缩机级内的能量损失有哪几种？分别简述发生的部位、原因、防治措施别简述发生的部位、原因、防治措施.2.2.下列设计是为了减小哪些流动损失？下列设计是为了减小哪些流动损失？采用采用翼型叶片翼型叶片；提高叶轮流道的提高叶轮流道的加工精度加工精度；增加增加叶片数叶片数；在叶轮前加在叶轮前加可转动的导叶可转动的导叶；有叶有叶扩压器扩压器内容回顾：内容回顾：3.1.3 3.1.3 级内的各种流动损失级内的各种流动损失 损失种类：损失种类：泄漏损失泄漏损失 H HL L 总损失总损失 轮阻损失轮阻损失 H Hdf df 流动损失流动损失 H Hhyd hyd 摩阻损失摩阻损失 分离损失分离损失 冲击损失冲击损失 二次流损失二次流损失 尾迹损失尾迹损失 流动损失流动损失dfdf 在一级中存在气流损失项：在一级中存在气流损失项：流动损失：流动损失：泄漏损失泄漏损失 ：轮阻损失：轮阻损失：总损失总损失：总功（总能量头），即轴总输出功：总功（总能量头），即轴总输出功：HthHtotHtot=Hth+Hl+Hdf=(1+l+df)Hth3.1.5 功率与效率功率与效率3.1.4 多级压缩多级压缩（1 1）采用采用多级串联多级串联和和多缸串联多缸串联的必要性的必要性（2 2）分段与中间冷却以减少耗功分段与中间冷却以减少耗功（3)3)级数级数与与叶轮圆周速度叶轮圆周速度和和气体分子量气体分子量的关系的关系（1 1）采用多级串联和多缸串联的必要性）采用多级串联和多缸串联的必要性离心压缩机的离心压缩机的单级压力比较单级压力比较往复式的低往复式的低，所以多采用多，所以多采用多级串联式结构。考虑到结构级串联式结构。考虑到结构的紧凑性与机器的安全可靠的紧凑性与机器的安全可靠性，一般性，一般主轴不能过长主轴不能过长。对。对于要求高于要求高增压比增压比或或输送轻气输送轻气体体的机器需要两缸或多缸串的机器需要两缸或多缸串联起来形成机组。联起来形成机组。百万吨乙烯装置百万吨乙烯装置“中国心中国心”的诞生的诞生a a）级数与气体分子量的关系：）级数与气体分子量的关系：气体分子量对所需压缩功的影响气体分子量对所需压缩功的影响气体气体分子量分子量/J/(kg/J/(kgK)K)绝热指绝热指数数m m密度密度/(kg/(kg/m m3 3)多方压多方压缩功缩功H Hpolpol(kJ/kg)(kJ/kg)圆周速圆周速度度u u2 2/(m/s)/(m/s)级数级数j j氟里昂氟里昂-1111136.3136.31.101.106.156.1516.9716.971861861 1空气空气28.9728.971.401.401.2931.29392.21492.2142802802 2焦炉煤焦炉煤气气11.7811.781.361.360.5250.525215.82215.822802805 5氦气氦气4 41.661.660.1780.178701.42701.422802801717氢气氢气2 21.411.410.0900.0901319.451319.452802803232达到相同压比达到相同压比2.52.5时，压缩不同气体时所需压缩时，压缩不同气体时所需压缩功和级数的比较功和级数的比较压缩气体的压缩气体的分子量越小分子量越小，达到相同的排气压，达到相同的排气压力，需要的力，需要的多变功越大多变功越大、转速及叶轮结构一、转速及叶轮结构一定的情况下，所需要的定的情况下，所需要的级数就会越多级数就会越多 b)b)级数与叶轮圆周速度的关系：级数与叶轮圆周速度的关系：在达到所需压力比条件下要求在达到所需压力比条件下要求尽可能减少级数尽可能减少级数提高叶轮圆周速度提高叶轮圆周速度u u2 2 ，受到以下几种因素限制，受到以下几种因素限制 叶轮材料强度叶轮材料强度限制；限制；气流马赫数气流马赫数限制；限制；叶轮出口相对宽度叶轮出口相对宽度限制限制 D D2 2，u u2 2,b,b2 2/D/D2 2 3.2 3.2 性能与调节性能与调节3.2.1 3.2.1 离心压缩机的性能曲线离心压缩机的性能曲线 3.2.1.1 3.2.1.1 性能曲线形成、特点、工况性能曲线形成、特点、工况 3.2.1.2 3.2.1.2 喘振工况喘振工况 3.2.1.3 3.2.1.3 堵塞工况堵塞工况 3.2.3 3.2.3 压缩机的调节方法及特点压缩机的调节方法及特点（1 1）性能曲线）性能曲线的形成的形成在一定转速和进口条在一定转速和进口条件下的件下的压力比与流量、压力比与流量、效率与流量效率与流量的关系曲的关系曲线。线。离心压缩机的工作性能离心压缩机的工作性能最主要参数是最主要参数是压力比压力比、效率效率、功率功率和和流量流量。性能曲线：性能曲线：（2 2）性能曲线的特点）性能曲线的特点 随着随着流量的减小流量的减小，压缩，压缩机能提供的压力比将增大。机能提供的压力比将增大。离心压缩机有最大流量和最离心压缩机有最大流量和最小流量两种极限流量；排出小流量两种极限流量；排出压力也有最大值和最小值。压力也有最大值和最小值。效率曲线有效率曲线有最高效率点最高效率点，最佳工况点，最佳工况点，设计工况点设计工况点。（3 3）稳定工作范围）稳定工作范围 稳定工作范围稳定工作范围：压缩机性能曲线的左边受到压缩机性能曲线的左边受到喘喘振工况振工况的限制，右边受到的限制，右边受到堵塞工况堵塞工况限制，在这两个限制，在这两个工况之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。工况之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。线线堵塞工况堵塞工况堵塞工况堵塞工况 流量达到最大时的工况流量达到最大时的工况即为堵塞工况。造即为堵塞工况。造成这种工况有两种可能：成这种工况有两种可能：1.1.级中流道中级中流道中某喉部处气流达到临界状态某喉部处气流达到临界状态，这种情，这种情况称为况称为“阻塞阻塞”工况。工况。2.2.流道内并未达到临界状态，即未出现流道内并未达到临界状态，即未出现“阻塞阻塞”工况，但压缩机在工况，但压缩机在偌大的流量偌大的流量下，下，机内流动损失机内流动损失很大很大，所能提供的排气压力已很小，这也是压缩，所能提供的排气压力已很小，这也是压缩机的最大流量工况。机的最大流量工况。堵塞工况堵塞工况 当流量增大时，气流速度升高，当流量增大时，气流速度升高，流道某喉部气流流速将达到临界状流道某喉部气流流速将达到临界状态，即流速等于音速态，即流速等于音速 c=a(M=1)c=a(M=1)。这时流量为最大流量这时流量为最大流量 q qmaxmax ，若想，若想再提高流量，则会出现激波（波障）再提高流量，则会出现激波（波障）气流穿过波障时将有很大波阻损气流穿过波障时将有很大波阻损失，压力不再升高，流量也不能再失，压力不再升高，流量也不能再增加，这种工况称为增加，这种工况称为“阻塞工况阻塞工况”。整套装置连接形式：整套装置连接形式：压缩机压缩机 管道管道 设备（装置）设备（装置）通常：管道通常：管道+设备设备称为管网系统称为管网系统压压缩缩机机压缩机与管网联合工作压缩机与管网联合工作管管网网设设备（装备（装置）置）管网管网特性曲线特性曲线 管道沿程压力损失：管道沿程压力损失：设备内工作压力：设备内工作压力：管网进口总压力：管网进口总压力：管网特性曲线：管网特性曲线：qvp特性曲线分析：特性曲线分析：管道内摩擦阻力越大，曲线越陡。管道内摩擦阻力越大，曲线越陡。当无管道时：当无管道时：当无设备时：当无设备时：Pq qv vp=prp压缩机与管网联合工作压缩机与管网联合工作 压缩机与管网为串联连接，遵守质量守恒和能量压缩机与管网为串联连接，遵守质量守恒和能量 守恒定律。守恒定律。压缩机排气量等于管网的进气量：压缩机排气量等于管网的进气量：排气压力等于管网所需压力：排气压力等于管网所需压力：整个系统才能达到平衡，稳定工作。整个系统才能达到平衡，稳定工作。稳定工作点为两特性曲线的交点，稳定工作点为两特性曲线的交点，A点点 。A点上满足：点上满足：A 点尽量在高效率区点尽量在高效率区 A Apqv3.2.1.2 3.2.1.2 喘振工况喘振工况（1 1）压缩机喘振的机理）压缩机喘振的机理（2 2）喘振的危害）喘振的危害（3 3）预防喘振的措施）预防喘振的措施（1 1）压缩机喘振的机理）压缩机喘振的机理两方面因素决定：两方面因素决定：(a)(a)内在因素内在因素:旋转脱离、旋转失速旋转脱离、旋转失速旋转脱离旋转脱离流量减小流量减小 边界层分离边界层分离 旋转脱离旋转脱离(1)(1)压缩机喘振的机理（续）压缩机喘振的机理（续）(b)(b)外在条件：压缩机管网系统的特性外在条件：压缩机管网系统的特性 这种这种周期性周期性、低频率低频率、大大振幅的正反气流震荡振幅的正反气流震荡现象现象为为喘振喘振流量进一步减小流量进一步减小 脱离团阻塞叶道脱离团阻塞叶道 出口压力显著下降出口压力显著下降 管网压力下降慢管网压力下降慢 倒流倒流 （2 2）喘振的危害）喘振的危害离心式压缩机发生喘振时：离心式压缩机发生喘振时：性能曲线中断性能曲线中断：流量：流量正流、倒流；正流、倒流；2变大、变小；变大、变小；下降。下降。出现出现噪音噪音（呼哧）、吼叫、爆音；（呼哧）、吼叫、爆音；对机器的损害：对机器的损害：转子及定子元件转子及定子元件受交变应力受交变应力，级间压力失调引起的级间压力失调引起的强烈振动强烈振动，使，使密封及轴承密封及轴承损坏损坏，甚至发生转子与定子，甚至发生转子与定子元件相碰元件相碰、压送的、压送的气体外泄、气体外泄、引起爆炸引起爆炸等恶性事故等恶性事故 (a)(a)压缩机出口压力升高，压缩机出口压力升高，排气系统压力大于出口排气系统压力大于出口压力压力，使气体流量降到喘振流量。稳定排气系，使气体流量降到喘振流量。稳定排气系统的压力高，造成压缩机出口憋压，造成机内统的压力高，造成压缩机出口憋压，造成机内气体低流量气体低流量(b)(b)入口流量低于规定值入口流量低于规定值，当开、停机时气体流量，当开、停机时气体流量少，或者放空阀开得过大，最容易引起压缩机少，或者放空阀开得过大，最容易引起压缩机入口流量低入口流量低。（3 3）运行工况变化引起喘振）运行工况变化引起喘振(c)(c)气体密度变化气体密度变化，一定转数下，离心力下，一定转数下，离心力下降，引起出口压力及排量下降，通常误认为降，引起出口压力及排量下降，通常误认为是抽空现象是抽空现象;(d)(d)分馏系统分馏系统操作不稳致使压缩机入口气体操作不稳致使压缩机入口气体带油，液体组分进入机体带油，液体组分进入机体;(e)(e)汽轮机的汽轮机的蒸汽压力低或质量差蒸汽压力低或质量差如温度低如温度低机组出现满负荷，转速下降。机组出现满负荷，转速下降。（3 3）运行工况变化引起喘振）运行工况变化引起喘振（4）喘振实例-1例：前郭炼油厂一催化装置的例：前郭炼油厂一催化装置的MB-CH型型7级串联水平中级串联水平中分离心式气体压缩机。分离心式气体压缩机。a a由由转速变化转速变化引起的喘振引起的喘振正常情况下，压缩机转速的改变由系统反应的压力正常情况下，压缩机转速的改变由系统反应的压力信号控制，但机器发生故障时，压力信号不能使汽信号控制，但机器发生故障时，压力信号不能使汽轮机转速自由调节。某年冬季，由于蒸汽量不足，轮机转速自由调节。某年冬季，由于蒸汽量不足，蒸汽管网压力低，汽轮机用蒸汽经常出现蒸汽管网压力低，汽轮机用蒸汽经常出现0.70.0.70.8MPa8MPa，机组出现满负荷状况非常多，转速上不去，机组出现满负荷状况非常多，转速上不去，有时只达到给定信号的有时只达到给定信号的80%90%80%90%，常出现喘振，常出现喘振。喘振实例b气体分子量减小气体分子量减小引起喘振引起喘振 催化装置试验采用掺炼渣油，催化装置试验采用掺炼渣油，2020天后由于渣油中重金天后由于渣油中重金属含量高，引起催化剂中毒，使裂化气体组成发生变化，属含量高，引起催化剂中毒，使裂化气体组成发生变化，富气中富气中H H2 2组分高达组分高达40%40%（体积百分比），富气分子量降（体积百分比），富气分子量降低到低到3535（原设计分子量是（原设计分子量是5050）。分子量降低后，压缩机）。分子量降低后，压缩机发生喘振。发生喘振。（4 4）喘振实例）喘振实例-2-2喘振实例c压缩机压缩机出口管路节流出口管路节流引起喘振引起喘振在压缩机出口管路上入容器前打洗涤水，管内径是在压缩机出口管路上入容器前打洗涤水，管内径是150mm150mm，结垢后内径变成，结垢后内径变成30mm30mm，出口管路阻塞，管路性，出口管路阻塞，管路性能曲线上移，工作点进入喘振区域，发生喘振。能曲线上移，工作点进入喘振区域，发生喘振。d进口节流进口节流（进口压力低）导致压缩机喘振（进口压力低）导致压缩机喘振。一次，由于压缩机前油气分离罐破沫网脱落，被吸入一次，由于压缩机前油气分离罐破沫网脱落，被吸入压缩机入口管，形成节流，进口压力低，导致喘振。压缩机入口管，形成节流，进口压力低，导致喘振。AA1（4 4）喘振实例）喘振实例-3-3某压缩机原来进气温度为某压缩机原来进气温度为3030度，因生产中冷却器出了故度，因生产中冷却器出了故障，使气温剧增到障，使气温剧增到7070度，这时压缩机突然出现了喘振度，这时压缩机突然出现了喘振e.e.进气温度变化进气温度变化造成的喘振情况造成的喘振情况究其原因就是因为进气温度升高，使压缩机性能曲线下究其原因就是因为进气温度升高，使压缩机性能曲线下降，由线降，由线1 1下降为下降为l l，而管网性能曲线未变，压缩机工，而管网性能曲线未变，压缩机工作点变到作点变到A A，此点如果落在喘振线上，就会出现喘振。，此点如果落在喘振线上，就会出现喘振。（4 4）喘振实例）喘振实例-4-4（5 5）防喘振的措施）防喘振的措施具备具有具备具有喘振警戒线喘振警戒线的特性曲线，以及防喘的特性曲线，以及防喘振限（振限（5-105-10）；）；调节流量调节流量降低运行速度降低运行速度，可使流量减少而不，可使流量减少而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低；致进入喘振状态，但出口压力随之降低；（5 5）防喘振的措施（续）防喘振的措施（续）设出口旁路设出口旁路,防止系统减量防止系统减量,多出的量打回压多出的量打回压缩机进口，虽浪费功，但防喘振；部分气体回缩机进口，虽浪费功，但防喘振；部分气体回流法、部分气体放空法：流法、部分气体放空法：进出口装测定仪表：压力表、温度表、流量进出口装测定仪表：压力表、温度表、流量计，将防喘振与报警联锁或与紧急停车联动；计，将防喘振与报警联锁或与紧急停车联动；设置导叶转动机构，调节导叶，设置导叶转动机构，调节导叶，防止出现正防止出现正冲角冲角。注意：注意：叶轮叶轮、扩压器扩压器中均有喘振发生中均有喘振发生压缩机启动和停车过程中注意喘振压缩机启动和停车过程中注意喘振(a)(b)下图中哪一图所示的开车和停车顺序是正确的下图中哪一图所示的开车和停车顺序是正确的?先升压、后升速先升压、后升速先升速、后升压先升速、后升压先降速、后降压先降速、后降压先降压、后降速先降压、后降速开车和停车顺序开车和停车顺序先升压、后升速先升压、后升速先降速、后降压先降速、后降压开车和停车顺序开车和停车顺序先升速、后升压先升速、后升压先降压、后降速先降压、后降速3.2.3 3.2.3 压缩机的调节方法及特点压缩机的调节方法及特点1 1 压缩机出口节流调节压缩机出口节流调节2 2 压缩机进口节流调节压缩机进口节流调节3 3 采用可转动的进口导叶调节采用可转动的进口导叶调节(又称进气预旋调节又称进气预旋调节)4 4 采用可转动的扩压器叶片调节采用可转动的扩压器叶片调节5 5 改变压缩机转速的调节改变压缩机转速的调节6 6 三种调节方法的经济性三种调节方法的经济性（1 1）压缩机出口节流调节）压缩机出口节流调节 在压缩机在压缩机出口安装节流阀出口安装节流阀，靠阀的开度调节流量，靠阀的开度调节流量.原理原理：阀关小时，流量减小，管网阻力增大，管网特性：阀关小时，流量减小，管网阻力增大，管网特性曲线变陡。曲线变陡。特点特点：简单、方便，但功率浪费大。：简单、方便，但功率浪费大。注意注意：流量太小时，会进入喘振区。：流量太小时，会进入喘振区。AA1压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法（2 2）压缩机进口节流调节）压缩机进口节流调节 压缩机压缩机进口安装节流阀进口安装节流阀，控制进口，控制进口流量和压力。流量和压力。特点特点：简单、方便，省功率，应用广：简单、方便，省功率，应用广泛。泛。原理原理：阀开度大小，改变压缩机吸入：阀开度大小，改变压缩机吸入参数，使压缩机特性曲线变化。参数，使压缩机特性曲线变化。注意：流量太小时，也会进入喘振区注意：流量太小时，也会进入喘振区AA1压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法(3)(3)改变压缩机转速改变压缩机转速 调节压缩机调节压缩机转速转速，使其，使其特性曲线变化特性曲线变化，工况点也随，工况点也随之变化。之变化。特点：特点：最省功、经济，调节范围宽最省功、经济，调节范围宽，无其它损失；，无其它损失；但要求原动机速度可调或有调速机构。但要求原动机速度可调或有调速机构。原理：压缩机速度变化，原理：压缩机速度变化，特性曲线变化。特性曲线变化。注意：流量太小时，注意：流量太小时，也会进入喘振区也会进入喘振区 n1n2n3qvp压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法（4 4）叶轮）叶轮进口导叶进口导叶（进气预旋）、扩压器叶片调节（进气预旋）、扩压器叶片调节 转动导叶或扩压器叶片，使气流无冲击进入，转动导叶或扩压器叶片，使气流无冲击进入，避免气流冲击和喘振发生。避免气流冲击和喘振发生。特点：特点：经济性好，损失少，但机构复杂经济性好，损失少，但机构复杂。原理：减少压缩机内部冲击损失，原理：减少压缩机内部冲击损失，使压缩机特性曲线变平缓。使压缩机特性曲线变平缓。可避免或减小喘振区。可避免或减小喘振区。qp (5)(5)压缩机的串联与并联压缩机的串联与并联 两台或几台压缩机两台或几台压缩机串联串联或或并联并联后，使后，使特性曲线成特性曲线成倍增加，工况点提高倍增加，工况点提高。特点：简单、方便，省功，但增加设备。特点：简单、方便，省功，但增加设备。原理：压缩机特性叠加，使流量或压力倍增。原理：压缩机特性叠加，使流量或压力倍增。串联：串联：并联：并联：串联串联 并联并联qpqp3.3 3.3 安全可靠性安全可靠性3.3.1 3.3.1 叶轮强度叶轮强度3.3.2 3.3.2 转子临界速速度转子临界速速度3.3.3 3.3.3 轴向推力的平衡轴向推力的平衡3.3.2 3.3.2 转子临界速度转子临界速度1.1.什么是临界转速？什么是临界转速？临界转速是指转子旋转的临界转速是指转子旋转的角速度角速度和和转子弯曲振动转子弯曲振动的的固有频率固有频率相等时的转速。相等时的转速。2.2.临界转速的危害：临界转速的危害：转子如果在转子如果在临界转速下运行临界转速下运行，会出现，会出现剧烈的振动剧烈的振动，而且轴的弯曲度明显增大，长时间运行还会造成而且轴的弯曲度明显增大，长时间运行还会造成轴的严重弯曲变形，甚至折断。轴的严重弯曲变形，甚至折断。3.3.措施措施：为确保机器在工作范围内不致发生共振为确保机器在工作范围内不致发生共振工作转速应适当偏离临界转速例如工作转速应适当偏离临界转速例如1010以上以上转子平衡实验（转子平衡实验（137137（）安全指标）（）安全指标）转子静平衡实验：转子静平衡实验：轴上的叶轮及其他零部件构成的轴上的叶轮及其他零部件构成的转子重心转子重心是否在是否在轴的轴的旋转中心线旋转中心线;去掉不平衡部位的重量去掉不平衡部位的重量）转子的动平衡实验：转子的动平衡实验：每个零件的不平衡质量不每个零件的不平衡质量不在同一平面，在同一平面，转子旋转时转子旋转时产生力矩产生力矩，使轴发生挠曲，使轴发生挠曲，产生振动产生振动3.3.3 3.3.3 轴向推力的平衡轴向推力的平衡1)1)转子承受的轴向力转子承受的轴向力 叶轮叶轮两侧的压力两侧的压力不相等不相等 流经叶轮的流体沿流经叶轮的流体沿轴向分动量轴向分动量变化变化(a)(a)叶轮顺排叶轮顺排(b)(b)叶轮对排叶轮对排(c)(c)带有中间冷却器叶轮对排带有中间冷却器叶轮对排(1)(1)叶轮叶轮对排对排;(2)(2)叶轮叶轮背面加筋背面加筋;(3)(3)采用采用平衡盘平衡盘(平衡活塞平衡活塞)轴向推力的平衡措施轴向推力的平衡措施转子重力下沉转子重力下沉平衡轴向力平衡轴向力 径向轴承径向轴承 轴向止推轴承轴向止推轴承 在轮盘背面加几条径在轮盘背面加几条径向筋片，相当于向筋片，相当于增加一增加一个半开式叶轮个半开式叶轮。使间隙。使间隙中的流体旋转角速度增中的流体旋转角速度增加一倍，从而使离心力加一倍，从而使离心力增加，可见靠内径处的增加，可见靠内径处的压力显著下降压力显著下降.对密度对密度大流体的高压压缩机减大流体的高压压缩机减小叶轮轴向力有效小叶轮轴向力有效。（2 2）叶轮背面加筋叶轮背面加筋eijh在在末级叶轮末级叶轮之后的轴上之后的轴上安装一个平衡盘。平衡安装一个平衡盘。平衡盘的另一侧与盘的另一侧与吸气管吸气管相相通，靠近平衡盘端面安通，靠近平衡盘端面安装装梳齿密封梳齿密封，可使转子，可使转子上的上的大部分轴向力大部分轴向力被平被平衡掉。平衡盘是衡掉。平衡盘是最常用最常用的平衡轴向推力的措施。的平衡轴向推力的措施。（3 3）采用平衡盘采用平衡盘 （亦称平衡活塞）（亦称平衡活塞）3.4 3.4 选选 型型3.4.1 3.4.1 选型的基本原则选型的基本原则3.4.2 3.4.2 选型分类选型分类3.4.3 3.4.3 选型方法选型方法3.4.2 3.4.2 选型分类选型分类3.4.2.1 3.4.2.1 按气体流量与压力选型按气体流量与压力选型3.4.2.2 3.4.2.2 轴流式与离心式压缩机的性能比较轴流式与离心式压缩机的性能比较3.4.2.33.4.2.3按工作介质选型按工作介质选型3.4.2.43.4.2.4按机器结构特点选型按机器结构特点选型3.4.2.53.4.2.5原动机选型原动机选型轴流式与离心式的性能比较轴流式与离心式的性能比较(1)(1)轴流压缩机适用于轴流压缩机适用于更大的流量更大的流量(2)(2)轴流式的轴流式的级压力比低级压力比低(3)(3)轴流压缩机的轴流压缩机的效率高效率高(4)(4)轴流压缩机的轴流压缩机的变工况特性较差变工况特性较差轴流式压缩机级：轴流式压缩机级：动叶和静叶动叶和静叶构成。构成。叶栅叶栅的概念的概念(1)(1)轴流压缩机适用于更大的流量轴流压缩机适用于更大的流量DtDh通流面积：通流面积：进气速度进气速度(2)(2)轴流式的级压力比低轴流式的级压力比低 在轴流级中气流方向基本平行于在轴流级中气流方向基本平行于轴线，径向分速轴线，径向分速c cr r，由于动叶，由于动叶前后的前后的u u1 1uu2 2，由欧拉方程可知，由欧拉方程可知，故级中获得的能量比离心式的故级中获得的能量比离心式的少。因而有效压缩功小，级压力少。因而有效压缩功小，级压力比低。一个转子上的级数有限，比低。一个转子上的级数有限，故它故它不使用于高压力比不使用于高压力比的场合。的场合。(3)(3)轴流压缩机的效率高轴流压缩机的效率高效率高：流经动静叶栅的效率高：流经动静叶栅的流线弯曲小流线弯曲小，流程短流程短，流动损失小；流动损失小；机翼型叶片，分离损失小机翼型叶片，分离损失小u1c2u1c1由于相当薄的由于相当薄的机翼型动、静两排叶片机翼型动、静两排叶片都对来都对来流方向十分流方向十分敏感敏感，且两排，且两排叶片靠得很近叶片靠得很近随着流量的增减，内部正负冲角的增大，使随着流量的增减，内部正负冲角的增大，使级压力比变化剧烈，其级压力比变化剧烈，其一一q qv v曲线很陡，曲线很陡，一一q qv v曲线左右都下降得厉害。故曲线左右都下降得厉害。故轴流式的变轴流式的变工况适应性较差工况适应性较差。但若各级静叶全部可调，。但若各级静叶全部可调，能具有很好的变工况适应性能具有很好的变工况适应性.(4)(4)轴流压缩机的变工况特性较差轴流压缩机的变工况特性较差轴流离心压缩机性能曲线对比轴流离心压缩机性能曲线对比3.4.2.3 3.4.2.3 按工作介质选型按工作介质选型(1)(1)按轻气体与重气体选型按轻气体与重气体选型(2)(2)按工作介质的性质及排气压力是按工作介质的性质及排气压力是否很高选型否很高选型(3)(3)按气固、气液两相介质选型按气固、气液两相介质选型压缩轻气体压缩轻气体所需的有效压缩功就大，因而选用的压缩机级数就多，甚至需要选用多缸串联的压缩机机组，为了使结构紧凑，应尽可能选用优质材料以提应尽可能选用优质材料以提高叶轮的高叶轮的u u2 2，并选用叶片出口角较大，叶片数较多，并选用叶片出口角较大，叶片数较多的叶轮，以尽可能的提高单级的压力比，从而减少的叶轮，以尽可能的提高单级的压力比，从而减少级数级数。压缩重气体压缩重气体所需的压缩功就小，则可选用较少的级数，甚至选用单级离心压缩机单级离心压缩机，但应注意u2的数值不能太大，否则还将受马赫数较大的影响而使效率下降，变工况范围缩小。(1)(1)按轻气体与重气体选型按轻气体与重气体选型(2)(2)按工作介质的性质及排气压力选型按工作介质的性质及排气压力选型 如工作介质有毒、易燃、易爆、贵重和排有毒、易燃、易爆、贵重和排气压力很高气压力很高，则选用的机器应具有密封严密的密封严密的轴端密封装置轴端密封装置，对防介质泄漏可提出极小的允许漏量，甚至不允许有丝毫的泄漏。另外，为了工作的稳定与安全，在气体被压缩不断提高压力的同时，应对温度的提高有温度的提高有一定的限制，这就需要选用带有中间冷却的压一定的限制，这就需要选用带有中间冷却的压缩机缩机。其压缩机如何分段，则需按对温度升高的限制程度和节省能耗的多少进行综合。(3)(3)按气固、气液两相介质按气固、气液两相介质 对于气体中含有固体颗粒或液滴的两相介质，用户应提供气体中所含颗粒或液滴的浓度、大小等参数，要求机器的设计制造单位，按两相流理论进行设计，而通流部件特别是叶轮、叶片应选用耐磨损、叶轮、叶片应选用耐磨损、耐锈蚀的材料或表面喷涂硬质合金耐锈蚀的材料或表面喷涂硬质合金等进行特殊的表面处理。3.4.2.43.4.2.4按机器结构特点选型按机器结构特点选型(1)(1)单级离心压缩机单级离心压缩机(2)(2)多级多轴结构多级多轴结构(3)(3)多缸串联机组多缸串联机组(4)(4)气缸结构气缸结构(5)(5)叶轮结构与排列叶轮结构与排列(6)(6)扩压器结构扩压器结构(7)(7)轴流离心混合型压缩机轴流离心混合型压缩机(1)(1)单级离心压缩机单级离心压缩机 如工作介质分子量大或要求的压力比不高工作介质分子量大或要求的压力比不高，则应尽量选用结构简单的单级离心压缩机。为了提高单级离心压缩机的压力比，可选用半开可选用半开式径向型叶片的叶轮式径向型叶片的叶轮，它的显著特点是强度高，允许的圆周速度大，u u可达可达550 m550 ms s，进入导风轮和叶片扩压器的来流速度有的可达超音速，其压缩空气的压力比可达=65。这种离心压缩机已在小功率燃气轮机和离心增压器中得到广泛采用。(2)(2)多级多轴结构多级多轴结构 由于多级离心压缩机逐级容积流量不断减小，而一个转子或直线式串联一个转子或直线式串联的多个转子上的叶轮转速的多个转子上的叶轮转速都相同则前级和后级叶轮都相同则前级和后级叶轮的的b b2 2D D2 2很难满足性能好很难满足性能好、效率高的要求，为此可采用多级多轴结构，使各轴多级多轴结构，使各轴的转速不同来满足各级的转速不同来满足各级b b2 2D D2 2的要求的要求。(5)(5)叶轮结构与排列叶轮结构与排列 一般多采用闭式叶片后弯式的叶轮闭式叶片后弯式的叶轮，因它的性能好，效率高。为了提高单级压力比单级压力比，使结构简单紧凑，可选用半开式径向直半开式径向直叶片的叶轮叶片的叶轮，其前面加上一个沿径向叶片扭曲的导分轮，以适应气流进入叶轮时沿径向不同的圆周速度u1。较大的流量较大的流量，当前几级b2D20.06时，可选用具有叶片扭叶片扭曲的三元叶轮曲的三元叶轮，以改善性能提高效率。为了提高叶轮的做功能力提高叶轮的做功能力，而又减少叶片进口区的叶片堵塞，有的叶轮可选用长、短叶片相间用长、短叶片相间排列的结构，以增加叶片数以增加叶片数。多级压缩机的叶轮可以顺向排列，也可以对向排列对向排列。选用对向对向排列结构，可以消除转子上的轴向推力，排列结构，可以消除转子上的轴向推力，而不必另加平衡盘而不必另加平衡盘。但增加了进气管和排气管，而这正符合选用分段冷却的要求。(6)(6)扩压器结构扩压器结构一般多级离心压缩机多选用一般多级离心压缩机多选用无叶扩压器无叶扩压器，因，因为它结构简单，变工况的适应性好，但在为它结构简单，变工况的适应性好，但在最佳最佳工况点上的效率低工况点上的效率低一点。一点。有的单级或个别的多级离心压缩机选用有的单级或个别的多级离心压缩机选用有叶有叶扩压器扩压器。这种扩压器的外径尺寸小，结构紧凑，。这种扩压器的外径尺寸小，结构紧凑，最佳工况点的效率高。最佳工况点的效率高。但变工况的工作范围小但变工况的工作范围小，效率低。如若再选用扩压器叶片角度可调装置，效率低。如若再选用扩压器叶片角度可调装置，则变工况的范围亦可很宽，效率仍然较高。则变工况的范围亦可很宽，效率仍然较高。由于由于前几级前几级的容积流量大，可选用适的容积流量大，可选用适合大流量的合大流量的轴流式轴流式，而同一轴上，而同一轴上后几级后几级的的容积流量小，可选用适合较小流量的容积流量小，可选用适合较小流量的离心离心式式，这种混合型的压缩机兼取各自的优点，这种混合型的压缩机兼取各自的优点，使性能更好、效率更高。使性能更好、效率更高。（7 7）轴流离心混合型压缩机）轴流离心混合型压缩机3.4.2.5 3.4.2.5 原动机选型原动机选型为适应透平压缩机的高转速和为适应透平压缩机的高转速和变工况的要求，应尽量选用具变工况的要求，应尽量选用具有可变速的高速工业汽轮机或有可变速的高速工业汽轮机或燃气轮机。这种燃气轮机。这种原动机与压缩原动机与压缩机直联具有相同的转速，变工机直联具有相同的转速，变工况调节方便，效率高，省去了况调节方便，效率高，省去了增速齿轮箱和其他变工况的调增速齿轮箱和其他变工况的调节装置节装置。在大型冶金、炼油、。在大型冶金、炼油、化工厂中往往都有蒸汽管网系化工厂中往往都有蒸汽管网系统或储油站，选用工业汽轮机统或储油站，选用工业汽轮机或燃气轮机是较为方便，可行或燃气轮机是较为方便，可行的。的。(1)(1)选用高速、变速的选用高速、变速的 工业汽轮机或燃气轮机工业汽轮机或燃气轮机(2)(2)选用交流电动机选用交流电动机(3)(3)选用可变转速的电动机选用可变转速的电动机 选用直流电动机选用直流电动机 选用变频交流电动机选用变频交流电动机作业题(10月21日交)1.1.叶轮圆周速度的提高受哪些因素的限制？叶轮圆周速度的提高受哪些因素的限制？请分析请分析获得相同的压比获得相同的压比,压缩重气体与轻气体所需的级压缩重气体与轻气体所需的级数不同的原因数不同的原因;2.2.离心压缩机的调节方法有哪些？请画图说明离心压缩机的调节方法有哪些？请画图说明（保持流量不变、保持系统压力不变情况下）（保持流量不变、保持系统压力不变情况下）3.3.请作图分析压缩机总能量头是如何进行分配的？请作图分析压缩机总能量头是如何进行分配的？分析分析级的级的总能量头总能量头、理论能量头理论能量头、有效能量头有效能量头及及各种损失各种损失之间的关系之间的关系4.4.已知多变效率如何确定压缩过程指数已知多变效率如何确定压缩过程指数?5.P150 5.P150 第第1 1题题