离心压缩机.ppt

过程流体机械过程流体机械n提高气体压力的主要目标提高气体压力的主要目标:n增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气体分子与分子间的距离。体分子与分子间的距离。n为了达到这个目标为了达到这个目标:n容积式压缩的工作原理容积式压缩的工作原理(或增压原理或增压原理)n用挤压元件来挤压气体，使气体压力提高。用挤压元件来挤压气体，使气体压力提高。n离心式压缩机的工作原理离心式压缩机的工作原理(或增压原理或增压原理)n用作功元件用作功元件(高速回转的叶轮高速回转的叶轮)对气体作功，使对气体作功，使气体在离心场中压力得到提高。气体在离心场中压力得到提高。n同时增加动能，随后在扩张流道中，这部分动同时增加动能，随后在扩张流道中，这部分动能又转变成静压能，使气体压力进一步提高。能又转变成静压能，使气体压力进一步提高。过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械1、吸入室、吸入室2、轴、轴3、叶轮、叶轮4、固定部件、固定部件5、机壳、机壳6、轴端密封、轴端密封7、轴承、轴承8、排气蜗室、排气蜗室过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械该式表明该式表明:随着气体在压缩过程中压力不断提高，其密度随着气体在压缩过程中压力不断提高，其密度不断增大，因而容积流量沿机器不断减小。不断增大，因而容积流量沿机器不断减小。过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械三大能量损失：三大能量损失：3.3.13.3.1、流动损失：粘性、流动损失：粘性 摩阻损失（沿程摩擦阻力损失）摩阻损失（沿程摩擦阻力损失）分离损失（边界层分离损失）分离损失（边界层分离损失）二次流损失二次流损失 冲击损失冲击损失 尾迹损失尾迹损失3.3.23.3.2、漏气损失、漏气损失3.3.33.3.3、轮阻损失、轮阻损失3.3.13.3.1、流动损失：粘性、流动损失：粘性 (1)(1)摩阻损失（沿程摩擦阻力损失）摩阻损失（沿程摩擦阻力损失）原因原因:拖动力粘滞力拖动力粘滞力摩阻损失的大小为摩阻损失的大小为:部位部位:沿程沿程措施措施:粘性粘性，/D/D，采用直管、短路程，采用直管、短路程 过程流体机械过程流体机械(2)(2)分离损失分离损失原因:扩张流道(减速增压)过程流体机械过程流体机械u边界粘滞力太大，边界粘滞力太大，产生压，产生压差，出现倒流、旋涡，差，出现倒流、旋涡，边界层变厚，边界层边界层变厚，边界层分离，造成能量损失分离，造成能量损失;u固定流道中边界层固定流道中边界层分离严重，效率低，分离严重，效率低，如扩压器如扩压器;u叶轮流道中边界层叶轮流道中边界层分离轻，效率高分离轻，效率高.边界层边界层主主 流流 流体速度分布流体速度分布(2)(2)分离损失分离损失原因原因:扩张流道扩张流道(减速增压减速增压)u边界粘滞力太大，边界粘滞力太大，产生压，产生压差，出现倒流、旋涡，差，出现倒流、旋涡，边界层变厚，边界层边界层变厚，边界层分离，造成能量损失分离，造成能量损失;u固定流道中边界层固定流道中边界层分离严重，效率低，分离严重，效率低，如扩压器如扩压器;u叶轮流道中边界层叶轮流道中边界层分离轻，效率高分离轻，效率高.部位部位:扩张角、弯道处扩张角弯道处 措施措施:减少弯道，减小扩张角；减少弯道，减小扩张角；过程流体机械过程流体机械n(3)(3)冲击损失冲击损失n原因原因:见图见图n进气冲角进气冲角:部位部位v叶轮入口、叶片扩压器入口叶轮入口、叶片扩压器入口 措施措施v使工况在设计工况下使工况在设计工况下过程流体机械过程流体机械不同冲角下叶轮流道中气流分离情况不同冲角下叶轮流道中气流分离情况(a)i0(b)ip1p2p1，出现压差，出现压缩、膨胀循，出现压差，出现压缩、膨胀循环，每次循环均有能量损失，并转化为环，每次循环均有能量损失，并转化为热量。热量。u 部位部位:见图见图固定部件与轮盖、隔板与轴套、轴端。固定部件与轮盖、隔板与轴套轴端。u 措施措施迷宫密封。迷宫密封。过程流体机械过程流体机械密封漏气简图密封漏气简图n 密封的原理密封的原理n节流降压，减少通流截面积，使泄漏量减少。节流降压，减少通流截面积，使泄漏量减少。n 密封的形式密封的形式:见图见图n又称：梳齿密封又称：梳齿密封n曲曲折折形形、平平滑滑形形、阶阶梯梯形形、径径向向排排列列形形、蜂蜂窝形窝形n 泄漏量的计算泄漏量的计算:推导推导n 泄漏系数定义：泄漏系数定义：过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械n原因原因:见图见图 摩擦摩擦n部位部位:叶轮的轮盖、轮盘外侧，叶轮外缘叶轮的轮盖、轮盘外侧，叶轮外缘n措施措施:将叶轮结构由车削盘改为磨光盘将叶轮结构由车削盘改为磨光盘n轮阻系数定义：轮阻系数定义：轮阻损失示意图轮阻损失示意图过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械n离心式压缩机单级压比低（离心式压缩机单级压比低（1.21.21.51.5）采用多级采用多级:最多最多9 9级级(受主轴长度限制受主轴长度限制)n主主轴轴不不宜宜过过长长、为为了了高高增增压压或或输输送送轻轻气气体体,及结构紧凑及结构紧凑,采用多缸采用多缸:过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械氨氨过程流体机械过程流体机械u 级数与级数与u u2 2的关系的关系 减少级数减少级数:降低成本，结构紧凑，减少零部件。降低成本，结构紧凑，减少零部件。获得高压比（或高获得高压比（或高H Hthth）的方法：）的方法：采用多级数采用多级数不可行不可行 u u2 2可减少级数可减少级数但受限制。原因：但受限制。原因：受到叶轮强度的限制受到叶轮强度的限制 受到气流的受到气流的M uM u2 2限制限制 受到受到b b2 2/D/D2 2（相对宽度）（相对宽度）的限制的限制u 级数与分子量的关系级数与分子量的关系n级数级数M u2、强度的关系（不同的分子量、强度的关系（不同的分子量）v结论结论u u2 2不可太大，只好采用多级不可太大，只好采用多级。分子量大，分子量大，MuMu2 2大，影响级性能和效率；大，影响级性能和效率；MuMu2 2不是主导因素。但不是主导因素。但u u2 2不可太大不可太大强度限制强度限制u u2 2 。过程流体机械过程流体机械n级数级数L Lpolpol的关系（不同的分子量的关系（不同的分子量）v一定时，所消耗的压缩功越少越好一定时，所消耗的压缩功越少越好。影响大影响大结论：压缩重气体好压缩，例如结论：压缩重气体好压缩，例如COCO2 2。m m影响小影响小过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械叶轮耗功用在两方面：叶轮耗功用在两方面：一是传递给气体的欧拉功，即气体所获得的理论能量头；一是传递给气体的欧拉功，即气体所获得的理论能量头；二是叶轮旋转产生的漏气损失和轮阻损失二是叶轮旋转产生的漏气损失和轮阻损失（不可逆的转化为气体的热量）（不可逆的转化为气体的热量）过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械n按照定义不同，级效率的表示方式也不同，按照定义不同，级效率的表示方式也不同，n比如：等熵效率、等温效率比如：等熵效率、等温效率级效率的比较：级效率的比较：理论能量头系数：理论能量头系数：-（1 1）（2 2）（1）多级离心压缩机的内功率多级离心压缩机的内功率 可表示为诸级总功率和：可表示为诸级总功率和：（2）多级离心压缩机的效率多级离心压缩机的效率 通常指内效率，而内效率是各级效率的平均值。通常指内效率，而内效率是各级效率的平均值。（3 3）机械损失机械效率和轴功率）机械损失、机械效率和轴功率（4）原动机的输出功率原动机的输出功率3.5.2 3.5.2 多级离心压缩机的功率和效率多级离心压缩机的功率和效率过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械级性能曲线级性能曲线200020004040505070708080909010010060601.21.21.31.31.41.41.51.51.61.60.60.60.70.70.80.81800180019001900过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械（1 1）（2 2）（3 3）三种管网特性曲线三种管网特性曲线n管网阻力与流量关系管网阻力与流量关系压缩机与管网联合理论工况压缩机与管网联合理论工况n1 1-管管网网性性能能曲曲线线n2 2-压压缩缩机机性性能能曲曲线线过程流体机械过程流体机械压缩机与管网的稳定工况压缩机与管网的稳定工况过程流体机械过程流体机械压缩机与管网的不稳定工况压缩机与管网的不稳定工况过程流体机械过程流体机械压缩机性能曲线移动不稳定工况压缩机性能曲线移动不稳定工况例例1 1、过程流体机械过程流体机械例例2 2、过程流体机械过程流体机械 压缩机的串、并联压缩机的串、并联:压缩机的串联压缩机的串联 压头压头、流量相等、流量相等 压缩机的并联压缩机的并联流量流量、出口压力相等、出口压力相等注意注意:当管网性能曲线较当管网性能曲线较陡陡时，压缩机并联得不到时，压缩机并联得不到大流量大流量；当管网性能曲线较当管网性能曲线较缓缓时，压缩机串联得不到时，压缩机串联得不到大压头大压头。过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械 流动相似的相似条件：流动相似的相似条件：（模型与实物或两机器之间）（模型与实物或两机器之间）几何相似、运动相似、动力相似和热力相似几何相似、运动相似、动力相似和热力相似过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械1 1、节流调节、节流调节 （1 1）进口节流）进口节流 （2 2）出口节流）出口节流2 2、附加结构调节、附加结构调节 （1 1）可转动进口导叶调节）可转动进口导叶调节 （2 2）可转动扩压器叶片调节）可转动扩压器叶片调节3 3、改变转速调节、改变转速调节大容器大容器q qm mp p123进口节流进口节流对压缩机性能的影响对压缩机性能的影响阀门阀门（1 1）进口节流特点：）进口节流特点：改变压缩机性能曲线改变压缩机性能曲线 优点：能在小流量下稳定工作优点：能在小流量下稳定工作 缺点：节流阻力增加，排气压力降低缺点：节流阻力增加，排气压力降低过程流体机械过程流体机械阀门阀门papmq0MaMb11b1aM出口节流对出口节流对压缩机运行工况点压缩机运行工况点的影响的影响pqmqaqb （2 2）出口节流）出口节流 特点：改变管网性能曲线特点：改变管网性能曲线 优点：很好满足流量要求优点：很好满足流量要求 缺点：阀门关小时，节流阻力增加，系统效率下降缺点：阀门关小时，节流阻力增加，系统效率下降过程流体机械过程流体机械 2 2、附加结构调节、附加结构调节 （1 1）可转动进口导叶调节）可转动进口导叶调节 指在做功部件叶轮之前设置可以转动的进口导叶装置，通指在做功部件叶轮之前设置可以转动的进口导叶装置，通过改变导向叶片角度，使叶轮进口气流产生预旋，进而影响压缩过改变导向叶片角度，使叶轮进口气流产生预旋，进而影响压缩机的性能曲线，这种方法又称为机的性能曲线，这种方法又称为“进气预旋调节进气预旋调节”。%负预旋负预旋正预旋正预旋无预旋无预旋可转动的进口导叶装置对压缩机性能的影响可转动的进口导叶装置对压缩机性能的影响（1 1）可转动进口导叶调节特点：）可转动进口导叶调节特点：优点：优点：经济性好经济性好 缺点缺点：结构复杂：结构复杂附加结构设计和制造都比较复杂，所以在离心压缩机中采附加结构设计和制造都比较复杂，所以在离心压缩机中采用不多，大多应用在轴流压缩机中。用不多，大多应用在轴流压缩机中。过程流体机械过程流体机械（2 2）可转动扩压器叶片调节）可转动扩压器叶片调节：原理：原理：对于具有叶片扩压器的离心压缩机，其性能曲线比较陡，对于具有叶片扩压器的离心压缩机，其性能曲线比较陡，当流量减小时，容易发生喘振，但是如果改变扩压器叶片的当流量减小时，容易发生喘振，但是如果改变扩压器叶片的进口角，使他适应来流角，就可以避免喘振，从而扩大稳定进口角，使他适应来流角，就可以避免喘振，从而扩大稳定工况的范围。工况的范围。叶片扩压器角度对压缩机性能的影响叶片扩压器角度对压缩机性能的影响效效率率压压差差（2 2）可转动扩压器叶片调节特点：）可转动扩压器叶片调节特点：可以很好的满足对流量的要求；同时我们也可以可以很好的满足对流量的要求；同时我们也可以看到在流量变化过程中，效率变化比较小。也就是他的看到在流量变化过程中，效率变化比较小。也就是他的经济性比较可观。但在调节过程中对压力作用很小，再经济性比较可观。但在调节过程中对压力作用很小，再加上调节机构相当复杂，所以也较少采用。加上调节机构相当复杂，所以也较少采用。过程流体机械过程流体机械3 3、改变转速调节、改变转速调节 它通过改变原动机的转速，使压缩机性能曲线位置移动，它通过改变原动机的转速，使压缩机性能曲线位置移动，进而满足用户对流量或压力的需求。特别是现代大型离心压缩进而满足用户对流量或压力的需求。特别是现代大型离心压缩机大都采用汽轮机驱动，它可实现无级变速，对采用这种调节机大都采用汽轮机驱动，它可实现无级变速，对采用这种调节方法是十分有利的。方法是十分有利的。p poutoutq qm m改变转速对压缩机性能曲线的影响改变转速对压缩机性能曲线的影响p pr rq qmsmsq qmsmsq qmsmsnnnsssp poutoutq qm mp pr rq qmsmsnn nsssp pr rp pr r改变改变转速转速对压缩机性能曲线的影响对压缩机性能曲线的影响改变转速调节特点：改变转速调节特点：（1 1）扩大了稳定工况区；）扩大了稳定工况区；转速调节使压力和流量的变化都较大，从而扩大了压缩转速调节使压力和流量的变化都较大，从而扩大了压缩机稳定工况区机稳定工况区（2 2）无附加损失、附加结构；）无附加损失、附加结构；不会引起其他附加损失，所以对系统的效率影响很小。不会引起其他附加损失，所以对系统的效率影响很小。又没有附加结构，所以它的经济性是最佳的。又没有附加结构，所以它的经济性是最佳的。（3 3）原动机改变转速容易实现。）原动机改变转速容易实现。所以这是一种经济简便的方法。所以这是一种经济简便的方法。注意：注意：设计和使用时要考虑到增加转速带来的性能、强度和振动设计和使用时要考虑到增加转速带来的性能、强度和振动等问题，也就是说设计时要留有增加转速余地，以防发生等问题，也就是说设计时要留有增加转速余地，以防发生安全事故。安全事故。过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械经济性比较：经济性比较：过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械08 十一月 2024半开式叶轮模型半开式叶轮模型过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械轴向推力的平衡措施轴向推力的平衡措施过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械过程流体机械