612离心压缩机解析.pptx

6.1 6.1 概述概述 一、离心压缩机一、离心压缩机 用旋转叶轮实现能量转换，使气体主要沿径向离心方向流用旋转叶轮实现能量转换，使气体主要沿径向离心方向流动，从而提高动，从而提高气体气体压力的机器称为离心压缩机。压力的机器称为离心压缩机。二、基本结构及术语：二、基本结构及术语：6.1.16.1.1离心压缩机结构离心压缩机结构转子转子是轴和由轴带动一起旋转的所有零部件（如是轴和由轴带动一起旋转的所有零部件（如叶叶 轮、轴套、平衡盘等轮、轴套、平衡盘等）的总称。）的总称。定子定子是固定不动的零部件的总称，如吸气室、扩压是固定不动的零部件的总称，如吸气室、扩压 气、机壳、固定部件和排气室等。气、机壳、固定部件和排气室等。在它们之间还有密封元件。在它们之间还有密封元件。结结构构6 6 离心式压缩机离心式压缩机 弯道和回流器的作用：弯道引导气流转向，由离心方向转为向心方向流弯道和回流器的作用：弯道引导气流转向，由离心方向转为向心方向流动。回流器使气流以一定方向均匀进入下一动。回流器使气流以一定方向均匀进入下一 级叶轮进口。级叶轮进口。吸气室的作用吸气室的作用吸气室的作用吸气室的作用：主要是将气流由进：主要是将气流由进：主要是将气流由进：主要是将气流由进气管（或中间冷却器出口）均匀地导入气管（或中间冷却器出口）均匀地导入气管（或中间冷却器出口）均匀地导入气管（或中间冷却器出口）均匀地导入叶轮上进行增压。叶轮上进行增压。叶轮上进行增压。叶轮上进行增压。蜗壳（排气室）的作用蜗壳（排气室）的作用蜗壳（排气室）的作用蜗壳（排气室）的作用：主要是将：主要是将：主要是将：主要是将扩压器（或直接由叶轮）出来的气流汇扩压器（或直接由叶轮）出来的气流汇扩压器（或直接由叶轮）出来的气流汇扩压器（或直接由叶轮）出来的气流汇集起来并引出机外。此外，由于蜗壳曲集起来并引出机外。此外，由于蜗壳曲集起来并引出机外。此外，由于蜗壳曲集起来并引出机外。此外，由于蜗壳曲率半径及通流截面逐渐增大，也起降速率半径及通流截面逐渐增大，也起降速率半径及通流截面逐渐增大，也起降速率半径及通流截面逐渐增大，也起降速扩压作用。扩压作用。扩压作用。扩压作用。作用作用：使气体获得能量，从而提高压力和速度。：使气体获得能量，从而提高压力和速度。形式形式：按弯曲形式：按弯曲形式前弯、径向和后弯叶轮。前弯、径向和后弯叶轮。按结构形式按结构形式闭式、半开式、双吸式。闭式、半开式、双吸式。叶轮叶轮作用作用：将气流的动能（速度能）转变为静压能。：将气流的动能（速度能）转变为静压能。形式：形式：无叶、有叶和直壁形扩压器。无叶、有叶和直壁形扩压器。扩压器扩压器吸气室吸气室叶轮叶轮扩压器扩压器排气蜗壳排气蜗壳弯道弯道回流器回流器转子转子定子定子离心式压缩机常用术语离心式压缩机常用术语：离心压缩机的级：是使气体增压的基本单元，由一个叶轮和一 组与其相配合的固定元件所构成。段：段：以中间冷却器作为分段的标志。冷却器为冷却器为N 个，段个，段数为数为 N+1。缸：缸：一个机壳称为一缸，多机壳称为多缸。三、级的结构三、级的结构与关键截面与关键截面a a 中间级：由叶轮、扩压器、弯道和回流器组成。中间级：由叶轮、扩压器、弯道和回流器组成。b 首级首级:它由吸气管和中间级组成。它由吸气管和中间级组成。c 为末级为末级:它由叶轮、扩压器、排气蜗室组成。它由叶轮、扩压器、排气蜗室组成。排气量大。气体连续流动且叶轮转速高，故流量大；排气量大。气体连续流动且叶轮转速高，故流量大；结构紧凑结构紧凑 ：机组重量与占地面积比用同一流量活塞压缩：机组重量与占地面积比用同一流量活塞压缩机小得多；机小得多；运转平稳可靠，机组连续运转时间长，机器利用率高，维运转平稳可靠，机组连续运转时间长，机器利用率高，维护费用低，操作人员少；护费用低，操作人员少；气体不与机器润滑系统的油接触。不污染被压缩的气体；气体不与机器润滑系统的油接触。不污染被压缩的气体；转速越高，适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以转速越高，适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以合理而又充分地利用石油化工厂的热能，节约能源。合理而又充分地利用石油化工厂的热能，节约能源。6.1.2 6.1.2 离心压缩机特点离心压缩机特点1优优点点2缺缺点点不适用于气量太小及压力比过高的场合；不适用于气量太小及压力比过高的场合；离心压缩机的效率一般低于活塞压缩机；离心压缩机的效率一般低于活塞压缩机；离心压缩机的稳定工况区较窄。离心压缩机的稳定工况区较窄。一、连续方程一、连续方程 6.2.1 6.2.1 基本方程基本方程6.2 6.2 离心压缩机热力过程分析离心压缩机热力过程分析令：令：K Kvivi为为i i截面处气流的比体积比截面处气流的比体积比二、欧拉方程二、欧拉方程 叶轮对流体所作的功等于流体进、出口速度的变化。即：叶轮对流体所作的功等于流体进、出口速度的变化。即：通常压缩机进口处设计成无预旋（通常压缩机进口处设计成无预旋（1=90=90气体径向进入）气体径向进入）c cu1=0=0当叶片无限多时当叶片无限多时当叶片有限多时当叶片有限多时三、能量方程三、能量方程 任意截面任意截面i i处的溫度为：处的溫度为：四、伯努利方程四、伯努利方程 若将级内的泄漏若将级内的泄漏H Hl l和轮阻和轮阻H Hdfdf损失等各种能量损失都考虑进损失等各种能量损失都考虑进去去H Hlosso-olosso-o则叶轮消耗的总功能头为：则叶轮消耗的总功能头为：多变压缩有效能量头与理论能头的比称为流动效率，即：多变压缩有效能量头与理论能头的比称为流动效率，即：每千克气体获得的压缩功称为有效能量头，对多变压缩功每千克气体获得的压缩功称为有效能量头，对多变压缩功有：有：6.2.2 6.2.2 压缩过程与压缩功压缩过程与压缩功6.2.3 6.2.3 功率与效率功率与效率总能量头分配示意图注：闭式后弯叶轮的注：闭式后弯叶轮的l l+dfdf一般在一般在0.020.020.040.04之间。之间。一、总耗功一、总耗功若质量流量为若质量流量为G G，则级的实际功率为：，则级的实际功率为：三、原动机的输出功率三、原动机的输出功率 二、轴功率二、轴功率P PZ Z和机械效率和机械效率四、效率四、效率 多变效率：级中气体压力由多变效率：级中气体压力由p p0 0升高到升高到p0所需的多变压缩功所需的多变压缩功与实际总耗功之比，即：与实际总耗功之比，即：若要比较效率的高低，应当注意以下几点：若要比较效率的高低，应当注意以下几点：与所指的通流部件的进出口有关。与所指的通流部件的进出口有关。与特定的气体压缩热力过程有关。与特定的气体压缩热力过程有关。与运行工况有关。与运行工况有关。在以上三点相同的条件下，比较效率才有意义。在以上三点相同的条件下，比较效率才有意义。例：某单级离心式鼓风机的性能要求是：例：某单级离心式鼓风机的性能要求是：pin=0.1MPa，pout=0.15MPa，tin=20，R=288.3 J/kgK，k=1.4，Z=18，2A=45o，2r=0.23，n=8200r/min，l+df=0.04，pol=0.77，求圆周速度求圆周速度u u2 2。解：解：一、性能曲线一、性能曲线（1 1）级的性能曲线）级的性能曲线性能参数性能参数、polpol、N N随流量随流量Q Qvinvin变化的曲线为级的性能曲线。变化的曲线为级的性能曲线。6.2.4 6.2.4 离心压缩机的性能离心压缩机的性能（2 2）压缩机的串联与并联）压缩机的串联与并联多级与单级多级与单级性能曲线性能曲线形状基本一样；形状基本一样；串联后串联后级数愈多，曲线愈陡；级数愈多，曲线愈陡；喘振流量变大，堵塞工况变小，稳定工作范围变窄。喘振流量变大，堵塞工况变小，稳定工作范围变窄。串联串联有：有：并联有：并联有：结论：结论：一定转速下，增大流量，压力比将下降，反之则上升。一定转速下，增大流量，压力比将下降，反之则上升。一定转速下，流量为设计值时，效率达最高值，流量不为设一定转速下，流量为设计值时，效率达最高值，流量不为设计值效率则下降。计值效率则下降。压缩机性能曲线的左端受到喘振工况的限制，右端受到堵塞压缩机性能曲线的左端受到喘振工况的限制，右端受到堵塞工况的限制，在两者之间为压缩机的稳定工况区。工况的限制，在两者之间为压缩机的稳定工况区。级数越多则气体密度变化越大，性能曲线越陡，稳定工作区级数越多则气体密度变化越大，性能曲线越陡，稳定工作区越窄。越窄。转速越高，压力比越大，性能曲线越陡，稳定工作区越窄。转速越高，压力比越大，性能曲线越陡，稳定工作区越窄。（3 3）级的性能曲线的特点）级的性能曲线的特点二、压二、压缩机的喘振与堵塞缩机的喘振与堵塞 性能曲线中流量达最小时的工况称为喘振工况。它是曲线的性能曲线中流量达最小时的工况称为喘振工况。它是曲线的左端点，显然压缩机只能在喘振点的右面曲线上工作。左端点，显然压缩机只能在喘振点的右面曲线上工作。喘振：喘振：当离心压缩机的操作流量比设计流量小到一定程度当离心压缩机的操作流量比设计流量小到一定程度时，压缩机就会出现不稳定的工作状态，这种状态称作喘时，压缩机就会出现不稳定的工作状态，这种状态称作喘振。振。它是气流在压缩机中的低频率大振幅的振荡现象。它是气流在压缩机中的低频率大振幅的振荡现象。（1 1）喘振工况）喘振工况（2 2）喘振的危害）喘振的危害（3 3）喘振的预防措施）喘振的预防措施 喘振造成的后果很严重，它不仅使压缩机的性能恶化，压喘振造成的后果很严重，它不仅使压缩机的性能恶化，压力和效率显著降低，机器出现异常的噪声、吼叫和爆音，而且力和效率显著降低，机器出现异常的噪声、吼叫和爆音，而且使机器出现强烈的振动，致使压缩机的轴承、密封遭到破坏，使机器出现强烈的振动，致使压缩机的轴承、密封遭到破坏，甚至发生转子和固定部件的碰撞，造成极其的严重损坏。甚至发生转子和固定部件的碰撞，造成极其的严重损坏。操作者应随时了解压缩机工况点处在性能曲线上的位置；操作者应随时了解压缩机工况点处在性能曲线上的位置；减小压缩机转速，减小压缩机转速，应先降压后降速应先降压后降速，防止管网回压，防止管网回压；首级或各级设置导叶转动机构；首级或各级设置导叶转动机构；压缩机出口设置旁通管或回流管，保证足够的气流返回到压压缩机出口设置旁通管或回流管，保证足够的气流返回到压缩机进口；缩机进口；在压缩机进口安置温度、流量仪表，出口安置压力仪表；在压缩机进口安置温度、流量仪表，出口安置压力仪表；三、级内的各种能量损失三、级内的各种能量损失 能量损失主要有：流动损失、泄漏损失和轮阻损失等。能量损失主要有：流动损失、泄漏损失和轮阻损失等。（1 1）流动损失）流动损失 级内的流动损失主要有级内的流动损失主要有5 5种：种：摩阻、分离、冲击、二次流和尾迹损失等。摩阻、分离、冲击、二次流和尾迹损失等。（2 2）漏气损失）漏气损失由于压力差作用，高压气体向低压区流动，形成泄漏损失。由于压力差作用，高压气体向低压区流动，形成泄漏损失。密封形式：密封形式：内漏采用迷宫（梳齿）密封等。内漏采用迷宫（梳齿）密封等。外漏采用浮环油膜密封等。外漏采用浮环油膜密封等。主要发生在：主要发生在：叶轮端盖处；级间，为内泄漏。叶轮端盖处；级间，为内泄漏。轴的两个外伸端，为外泄漏。轴的两个外伸端，为外泄漏。（3 3）轮阻损失）轮阻损失 叶轮旋转时，轮盘、轮盖的外侧和轮缘要与它周围的气叶轮旋转时，轮盘、轮盖的外侧和轮缘要与它周围的气体发生摩擦，从而产生轮阻损失。体发生摩擦，从而产生轮阻损失。轮阻损失系数为轮阻损失系数为df:一般不超过一般不超过 0.010.010.030.03。对于压缩机型叶轮一般为对于压缩机型叶轮一般为l+df=0.03。压缩机进、出口节流、进口压缩机进、出口节流、进口导叶（又称进气预旋）导叶（又称进气预旋）、转动、转动的扩压器叶片、改变转速等。的扩压器叶片、改变转速等。常用的调节方法有：常用的调节方法有：调节原理：调节原理：改变管路特性曲线或改改变管路特性曲线或改变压缩机的性能曲线使其工变压缩机的性能曲线使其工况点发生变化。况点发生变化。6.2.5 6.2.5 离心压缩机的调节方法离心压缩机的调节方法