离心压缩机ppt课件.ppt

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1、离心压缩机ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望气体在旋转叶轮中的流动与速度三角形气体在旋转叶轮中的流动与速度三角形相对速度（相对速度（w）：与叶片的）：与叶片的切线方向一致。切线方向一致。牵连速度（牵连速度（u）：）：绝对速度（绝对速度（c）：圆周速度与）：圆周速度与相对速度的合成。相对速度的合成。三者之间的关系可以用速三者之间的关系可以用速度三角形表示。度三角形表示。3.1.2 3.1.2 离心压缩机的基本工作原理离心压缩机的基本工作原理3

2、.1.2.1 3.1.2.1 连续方程连续方程（1 1）连续方程的基本表达式）连续方程的基本表达式 气体作定常一元流动，流经机器任意截面的质量流量相等，气体作定常一元流动，流经机器任意截面的质量流量相等，其连续方程表示为：其连续方程表示为：方程说明：随着气体在压缩过程中压力不断提高，其密度不方程说明：随着气体在压缩过程中压力不断提高，其密度不断增大，容积流量沿机器不断减小。断增大，容积流量沿机器不断减小。式式中中：q qm m为为质质量量流流量量 kg/s,qkg/s,qv v为为容容积积流流量量m m3 3/s,/s,为为气气流流密密度度,f,f 为为截截面面面积面积,c,c2r2r为垂直该

3、截面的法向流速。为垂直该截面的法向流速。（2 2）连续方程在叶轮出口的表达式）连续方程在叶轮出口的表达式连连续续方方程程在在叶叶轮轮出出口口处处的的表表达达式式，反反映映流流量量与与叶叶轮轮几几何何尺寸及气流速度的相互关系。尺寸及气流速度的相互关系。式中：式中：D D2 2为叶轮外径为叶轮外径,b,b2 2为叶轮出口处的轴向宽度为叶轮出口处的轴向宽度,为叶轮出口的相对为叶轮出口的相对宽度。考虑到叶轮结构的合理性和级效率宽度。考虑到叶轮结构的合理性和级效率,通常要求通常要求 。为叶轮叶轮出口处的流量系数为叶轮叶轮出口处的流量系数,它对流量、理论能量头和级效率均有它对流量、理论能量头和级效率均有较

4、大的影响，根据经验的选取范围，不同类型叶轮取值不同。较大的影响，根据经验的选取范围，不同类型叶轮取值不同。2 2为为叶轮出口的通流系数（或阻塞系数）。叶轮出口的通流系数（或阻塞系数）。说明：叶论出口连续方程式常用来校核说明：叶论出口连续方程式常用来校核各级叶轮选取各级叶轮选取 的合理性。的合理性。表示铆接叶轮中连接盘、盖的叶片折表示铆接叶轮中连接盘、盖的叶片折边；无折边的铣制、焊接叶轮，边；无折边的铣制、焊接叶轮，=0。3.1.2.2 3.1.2.2 欧拉方程欧拉方程欧拉方程是用来计算原动机通过轴和叶轮将机械能转换给流体欧拉方程是用来计算原动机通过轴和叶轮将机械能转换给流体的能量，称为叶轮机械

5、的基本方程。由流体力学的动量矩定理的能量，称为叶轮机械的基本方程。由流体力学的动量矩定理导出，其表达式：导出，其表达式：也可表示为：也可表示为：式式中中L Lthth 为为叶叶轮轮输输出出的的欧欧拉拉功功 ，H Hthth为为每每千千克克流流体体所所接接受受的的能能量量称称为为理理论论能量头，单位是能量头，单位是kJ/kgkJ/kg。欧拉方程的物理意义：欧拉方程的物理意义：欧欧拉拉方方程程指指出出的的是是叶叶轮轮与与流流体体之之间间的的能能量量转转换换关关系系，它它遵遵循循能量转换与守恒定律；能量转换与守恒定律；只只要要知知道道叶叶轮轮进进出出口口的的流流体体速速度度，即即可可计计算算出出一一

6、千千克克流流体体与与叶轮之间机械能转换的大小、而不管叶轮内部的流动情况；叶轮之间机械能转换的大小、而不管叶轮内部的流动情况；该该方方程程适适用用于于任任何何气气体体或或液液体体，既既适适用用于于叶叶轮轮式式的的压压缩缩机机，也适用于叶轮式的泵；也适用于叶轮式的泵；推推而而广广之之只只需需将将等等式式右右边边各各项项的的进进出出口口符符号号调调换换一一下下，亦亦适适用于叶轮式的原动机如汽轮机、燃气轮机等。用于叶轮式的原动机如汽轮机、燃气轮机等。原动机的欧拉方程为原动机的欧拉方程为叶片数有限的理论能头：叶片数有限的理论能头：轴向旋涡轴向旋涡液体由于存在惯性力，液体由于存在惯性力，产生轴向涡流，方向

7、与叶轮转动方产生轴向涡流，方向与叶轮转动方向相反。向相反。结果结果使得相对速度和绝对速度产使得相对速度和绝对速度产生滑移。生滑移。无预旋：无预旋：一般情况下气体是从径向流入叶道入口，简称径向进入叶轮或气一般情况下气体是从径向流入叶道入口，简称径向进入叶轮或气流无预旋进入叶轮。此时流无预旋进入叶轮。此时有限多叶片相对速度的分布有限多叶片相对速度的分布工作面一侧相对速度小，非工工作面一侧相对速度小，非工作面一侧相对速度大。作面一侧相对速度大。为此，斯陀道拉提出了计算周向分速的半理论半经验公式：为此，斯陀道拉提出了计算周向分速的半理论半经验公式：滑移速度与叶轮结构、叶道中滑移速度与叶轮结构、叶道中流

8、动情况及流体性质有关。流动情况及流体性质有关。滑移系数滑移系数得到有限多叶片的理论能头的计算公式：得到有限多叶片的理论能头的计算公式：此方程为离心压缩机计算能量与功率的基本方程式。此方程为离心压缩机计算能量与功率的基本方程式。说明：说明：主要与叶轮圆周速度有关、流量系数、叶片主要与叶轮圆周速度有关、流量系数、叶片出口角和叶片数有关。出口角和叶片数有关。式中：式中：称为理论能量头系数或周速系数。称为理论能量头系数或周速系数。3.1.2.3 3.1.2.3 能量方程能量方程 能量方程用来计算气流温度（或焓）的增加和速度的变化。能量方程用来计算气流温度（或焓）的增加和速度的变化。根据热力学的能量转换

9、与守恒定律，当气体在根据热力学的能量转换与守恒定律，当气体在级中作稳定流动时，取级中任意两截面级中作稳定流动时，取级中任意两截面a、b间间的系统作为考察对象，则对单位质量气体有：的系统作为考察对象，则对单位质量气体有：能量方程的物理意义：能量方程的物理意义：能能量量方方程程是是既既含含有有机机械械能能又又含含有有热热能能的的能能量量转转化化与与守守恒恒方方程程，它它表表示示由由叶叶轮轮所所作作的的机机械械功功，转转换换为为级级内内气气体体温温度度（或或焓焓）的的升升高高和和动动能的增加；能的增加；该该方方程程对对有有粘粘无无粘粘气气体体都都是是适适用用的的，因因为为对对有有粘粘气气体体所所引引

10、起起的的能能量量损失也以热量形式传递给气体，从而使气体温度（或焓）升高；损失也以热量形式传递给气体，从而使气体温度（或焓）升高；离离心心压压缩缩机机不不从从外外界界吸吸收收热热量量，而而由由机机壳壳向向外外散散出出的的热热量量与与气气体体与与气气体体的的热热焓焓升升高高相相比比较较是是很很小小的的，故故可可认认为为气气体体在在机机器器内内作作绝绝热热流流动，其动，其q=0q=0；该方程适用任一级，也适用于多级整机或其中任一通流部件，这由该方程适用任一级，也适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的进出口截面而定。所取的进出口截面而定。例如对于叶轮而言，能量方程表示为例如对于叶轮而言，能量方程

11、表示为对于扩压器而言，能量方程表示为对于扩压器而言，能量方程表示为对任意截面而言，能量方程表示为对任意截面而言，能量方程表示为由此可以得到温差的计算公式：由此可以得到温差的计算公式：3.1.2.4 3.1.2.4 伯努利方程伯努利方程 应用该方程将流体获得的能量区分为有用能量和能量损失，并应用该方程将流体获得的能量区分为有用能量和能量损失，并引入压力参数，表示出压力的增加，将机械功与级内流体压力引入压力参数，表示出压力的增加，将机械功与级内流体压力升高的静压能联系起来，其表达式为：升高的静压能联系起来，其表达式为：式中式中 为级进出口静压能头的增量为级进出口静压能头的增量,为级内的流动损失。为

12、级内的流动损失。上式根据热力学第一定律和能量方程推导求得。上式根据热力学第一定律和能量方程推导求得。假设气体在某流道中由界面假设气体在某流道中由界面a向界面向界面b作稳定流动，并在这股气流上建立动作稳定流动，并在这股气流上建立动坐标系，由于气流与外界无质量交换，可看作封闭的热力系统，则得到：坐标系，由于气流与外界无质量交换，可看作封闭的热力系统，则得到：实际上，气体是相对静止坐标系流动，有气体进、出界面的开口热力系统。实际上，气体是相对静止坐标系流动，有气体进、出界面的开口热力系统。因此，单位质量气体从界面因此，单位质量气体从界面a流向界面流向界面b实际得到的热量应包括两部分：一实际得到的热量

13、应包括两部分：一是从系统外传入的热量，二是由于气体的流动所有的能量损失转化的热量，是从系统外传入的热量，二是由于气体的流动所有的能量损失转化的热量，即：即：如果考虑内漏气损失和轮阻损失如果考虑内漏气损失和轮阻损失,上式表示为上式表示为式式中中 为为叶叶轮轮消消耗耗的的总总功功,为为级级内内每每千千克克气气体体获获得得的的总总能量头能量头,为级中总能量损失。为级中总能量损失。叶轮对每千克有效气体的总耗功（总能量）为叶轮对每千克有效气体的总耗功（总能量）为伯努利方程的物理意义伯努利方程的物理意义:通通用用伯伯努努利利方方程程也也是是能能量量转转化化与与守守恒恒的的一一种种表表达达式式,它它表表示示

14、叶叶轮轮所所做做机机械械功功转转换换为为级级中中流流体体的的有有用用能能量量(静静压压能能和和动动能能增增加加)的的同同时时,由由于于流流体体具具有有粘粘性性,还还需需付付出出一一部部分分能能量量克克服服流流动动损损失失或级中所有的损失；或级中所有的损失；它它建建立立了了机机械械能能与与气气体体压压力力p p、流流速速c c 和和能能量量损损失失之之间间的的相相互互关系；关系；该方程适用一级，亦适用于多级整机或其中任一通流部件，这该方程适用一级，亦适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的时出口截面由所取的时出口截面而定而定 ；对对于于不不可可压压流流体体，其其密密度度为为常常数数，则则可可

15、直直接接解解出出，因因而而对对输输送送水水或或其其他他液液体体的的泵泵来来说说应应用用伯伯努努利利方方程程计计算算压压力力的的升升高高是是十十分分方方便便的的。而而对对于于可可压压缩缩流流体体，还还需需知知道道p=fp=f（）的函数关系及热力学基础知识才可解决。）的函数关系及热力学基础知识才可解决。对于叶轮而言：对于叶轮而言：或或对于某一固定部件，如扩压器对于某一固定部件，如扩压器3.1.2.4 3.1.2.4 压缩过程与压缩功压缩过程与压缩功 根据热力过程不同，确定每千克气体所获得的压缩功，即有根据热力过程不同，确定每千克气体所获得的压缩功，即有效能量头。效能量头。对于多变过程，则多变压缩功

16、为对于多变过程，则多变压缩功为式中式中 称为多变压缩有效能量头，简称为多变能量头。称为多变压缩有效能量头，简称为多变能量头。能量头系数能量头系数：能量头与：能量头与之比，那么多变能量头系数表示为之比，那么多变能量头系数表示为或多变能头系数的大小，表示叶轮圆周速度用来提高气体压力比的能量利用多变能头系数的大小，表示叶轮圆周速度用来提高气体压力比的能量利用程度。程度。3.1.3级内的各种能量损失级内的各种能量损失级中能量损失包括三种：流动损失、漏气损失、轮阻损失级中能量损失包括三种：流动损失、漏气损失、轮阻损失3.1.3.1 级内的流动损失级内的流动损失（1 1）摩阻损失）摩阻损失 产生原因产生原

17、因：流体的粘性是根本原因。从叶轮进口到出口有流：流体的粘性是根本原因。从叶轮进口到出口有流体与壁面接触，就有边界层存在，就将产生摩阻损失。体与壁面接触，就有边界层存在，就将产生摩阻损失。大小大小：为摩阻系数为摩阻系数，是，是Re与壁面粗糙度与壁面粗糙度的函数。的函数。通常离心压缩机中气流的通常离心压缩机中气流的Re大于临界雷诺数，大于临界雷诺数，在一定的相对粗糙度下，在一定的相对粗糙度下，是常数，则是常数，则hf与与qv2成正比。成正比。减小措施：减小措施：（2 2）分离损失）分离损失产生原因：产生原因：通道截面突通道截面突然变化，速度降低，近然变化，速度降低，近壁边界层增厚，引起分壁边界层增

18、厚，引起分离损失。离损失。大小：大小：大于沿程摩阻损大于沿程摩阻损失。失。受流道形状、壁面粗糙度、气流雷诺数、气体湍流程度影响。受流道形状、壁面粗糙度、气流雷诺数、气体湍流程度影响。减少措施：减少措施：控制通道的当量扩张角控制通道的当量扩张角；控制进出口的相对速度比控制进出口的相对速度比（3 3）冲击损失）冲击损失 产生原因：产生原因：流量偏离设计工况点，使得叶轮和叶片扩压器的流量偏离设计工况点，使得叶轮和叶片扩压器的进气冲角进气冲角i0，在叶片进口附近产生较大的扩张角，导致气流，在叶片进口附近产生较大的扩张角，导致气流对叶片的冲击，造成分离损失。对叶片的冲击，造成分离损失。减少措施：减少措施

19、：控制在设计工况点附近运行；在叶轮前安装可转控制在设计工况点附近运行；在叶轮前安装可转动导向叶片。动导向叶片。大小：大小：采用冲击速度来表示，正冲角损失是负冲角损失的采用冲击速度来表示，正冲角损失是负冲角损失的1015倍。倍。（4 4）二次流损失）二次流损失产生原因产生原因：叶道同一：叶道同一截面上气流速度与压截面上气流速度与压力分布不均匀，存在力分布不均匀，存在压差，产生流动，干压差，产生流动，干扰主气流的流动，产扰主气流的流动，产生能量损失生能量损失。在叶轮和弯道处急剧在叶轮和弯道处急剧转弯部位出现。转弯部位出现。减少措施减少措施：增加叶片数，避免急剧转弯。：增加叶片数，避免急剧转弯。大小

20、大小：叶道的弯曲，气流速度方向的变化急剧与否。：叶道的弯曲，气流速度方向的变化急剧与否。（5 5）尾迹损失）尾迹损失 产生原因产生原因：叶片尾部有一定厚度，气体从叶道中流出时，：叶片尾部有一定厚度，气体从叶道中流出时，通流面积突然扩大，气流速度下降，边界层发生突然分离，通流面积突然扩大，气流速度下降，边界层发生突然分离，在叶片尾部外缘形成气流旋涡区，尾迹区。尾迹区气流速在叶片尾部外缘形成气流旋涡区，尾迹区。尾迹区气流速度与主气流速度、压力相差较大，相互混合，产生的能量度与主气流速度、压力相差较大，相互混合，产生的能量损失。损失。减少措施减少措施：采用翼型：采用翼型叶片代替等厚叶片；叶片代替等厚

21、叶片；将等厚叶片出口非工将等厚叶片出口非工作面削薄。作面削薄。大小大小：与叶道出口速：与叶道出口速度，叶片厚度及叶道度，叶片厚度及叶道边界层有关。边界层有关。3.1.3.2 3.1.3.2 漏气损失漏气损失（1）产生漏气损失的原因）产生漏气损失的原因存在间隙；存在压力差。存在间隙；存在压力差。出口压力大于进口压力，级出口压力出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定件之间的间隙、轴端的间隙，产生定件之间的间隙、轴端的间隙，产生漏气，存在能量损失。漏气，存在能量损失。密封型式：机械密封，干气密封，浮环油膜密封，梳密封型式：机械密封，干气密封

22、，浮环油膜密封，梳齿密封齿密封（2）密封件的结构形式及漏气量的计算）密封件的结构形式及漏气量的计算结构形式：结构形式：在固定部件与轮盖、隔板与轴套、轴的在固定部件与轮盖、隔板与轴套、轴的端部设置密封件，采用梳齿式（迷宫式）密封。端部设置密封件，采用梳齿式（迷宫式）密封。工作原理：利用节流原理。工作原理：利用节流原理。减小通流截面积，经多次节减小通流截面积，经多次节流减压，使在压差作用下的流减压，使在压差作用下的漏气量尽量减小。即通过产漏气量尽量减小。即通过产生的压力降来平衡密封装置生的压力降来平衡密封装置前后的压力差。前后的压力差。密封特点：非接触式密封，密封特点：非接触式密封，有一定的泄漏量

23、。有一定的泄漏量。设计中应注意：设计中应注意：减小齿逢间隙；减小齿逢间隙；增加密封齿数；增加密封齿数；加大齿片间的空加大齿片间的空腔和流道的曲折腔和流道的曲折程度。程度。漏漏气气量量计计算算：漏漏气气量量大大小小取取决决于于装装置置前前后后压压力力差差、密密封封结结构构型型式、齿数和齿缝间隙截面积。分两种情况计算：式、齿数和齿缝间隙截面积。分两种情况计算：由连续方程和伯努利方程可知通过齿顶间隙的漏气量，由连续方程和伯努利方程可知通过齿顶间隙的漏气量，1）轴封处向机外泄漏的外泄漏，其大小取决于装置前后压力）轴封处向机外泄漏的外泄漏，其大小取决于装置前后压力差。差。如果密封装置前后压力差小，气体流

24、过齿缝的速度低于音速，如果密封装置前后压力差小，气体流过齿缝的速度低于音速，这时利用不可压缩流体计算漏气量。这时利用不可压缩流体计算漏气量。如如果果压压力力差差比比较较大大（即即达达到到某某一一临临界界值值），最最后后一一个个齿齿缝缝间间隙隙的的气气速速达达到到临临界界音音速速，使使装装置置发发生生堵堵塞塞工工况况，漏漏气气不不再再随随装装置置前前后后压压力力差差的的增增大大而而增增加加，则则最最后后一一个个齿齿缝缝间间隙隙中中的的气气体体比比容最大，最先达到音速。流速达到临界音速时，漏气量计算容最大，最先达到音速。流速达到临界音速时，漏气量计算 式式中中为为流流量量修修正正系系数数，一一般般

25、 ，为为齿齿顶顶间间隙隙处处的的通通流流面面 积积，Z Z为为 密密 封封 齿齿 数数，下下 标标 a a、b b为为 密密 封封 前前、后后 的的 几几 何何 位位 置置。，k k为等熵指数，如空气的等熵指数为等熵指数，如空气的等熵指数k=1.4,B=0.684k=1.4,B=0.684。临界压力比的确定：临界压力比的确定：2）轮盖密封的漏气量及漏气损失系数轮盖密封的漏气量及漏气损失系数轮盖密封处的漏气能量损失使叶轮多消耗机械功，它应包括在轮盖密封处的漏气能量损失使叶轮多消耗机械功，它应包括在叶轮所输出的总功之内，应单独计算。叶轮所输出的总功之内，应单独计算。因单级叶轮所能达到的增压不大，一

26、般达不到临界压力比。因单级叶轮所能达到的增压不大，一般达不到临界压力比。应用式（应用式（3-233-23）并根据实验与分析简化，可得轮盖密封处的漏气量为）并根据实验与分析简化，可得轮盖密封处的漏气量为若通过叶轮出口流出的流量为，则可求得轮盖处的漏气损失系数为若通过叶轮出口流出的流量为，则可求得轮盖处的漏气损失系数为式中一般取，式中一般取，Z=4Z=46 6齿，齿顶间隙齿，齿顶间隙 ，。该漏气损失系。该漏气损失系数在计算总能量头时，将会被用到。数在计算总能量头时，将会被用到。3.1.3.3轮阻损失轮阻损失产生原因产生原因叶轮旋转，轮盖、轮盘的外缘和轮缘与周围的气体发生摩擦，产叶轮旋转，轮盖、轮盘

27、的外缘和轮缘与周围的气体发生摩擦，产生的损失生的损失大小：大小：与轮盘的粗糙度，相对侧隙及雷诺数有关。与轮盘的粗糙度，相对侧隙及雷诺数有关。利用等厚度圆盘在水中作低速旋转实验，分析计算得轮阻损失功利用等厚度圆盘在水中作低速旋转实验，分析计算得轮阻损失功率为：率为：对于离心叶轮，得到：对于离心叶轮，得到：得到轮阻损失系数得到轮阻损失系数3.1.4多级压缩机多级压缩机3.1.4.1 3.1.4.1 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 压缩机运行安全，压缩机运行安全，设计合理。设计合理。对于要求增压比或对于要求增压比或输送轻气体的机器输送轻气体的机器需要两缸或多缸串需要两缸

28、或多缸串联起来形成机组。联起来形成机组。多级串联理由：多级串联理由：压缩机压比高压缩机压比高而单级压力比低，需采用多级压而单级压力比低，需采用多级压缩；缩；多缸串联的理由：多缸串联的理由：3.1.4.2 3.1.4.2 分段与中间冷却以减少耗功分段与中间冷却以减少耗功降低气体的温度，节省功率，采用分段中间冷却器。降低气体的温度，节省功率，采用分段中间冷却器。如果段数为如果段数为N，则中间冷却器的个数为，则中间冷却器的个数为N-1个。个。经过各段间冷却器存在压力损失；中间冷却器和管道的阻力降，经过各段间冷却器存在压力损失；中间冷却器和管道的阻力降，加大功率消耗。因此，要合理选择压缩机的段数。加大

29、功率消耗。因此，要合理选择压缩机的段数。考虑压缩机的具体结构、冷却器的布置、输送冷却水的泵耗考虑压缩机的具体结构、冷却器的布置、输送冷却水的泵耗功、设备成本与环境条件等综合因素。功、设备成本与环境条件等综合因素。采用分段冷却要考虑下列因素：采用分段冷却要考虑下列因素：满足用户的要求满足用户的要求o被被压压缩缩介介质质的的特特性性属属于于易易燃燃、易易爆爆（如如H H2 2、O O2 2等等）则则段段出出口口的的温温度度宜宜低低一一些些，对对于于些些某某化化工工气气体体，因因在在高高温温下下气气体体发发生生不不必必要要的的分分解解或或化化合合等等化化学学变变化化，或或会会产产生生并并加加速速对对

30、机机器器材材料料的的腐腐蚀，这样的压缩机冷却次数必需多一些。蚀，这样的压缩机冷却次数必需多一些。o用用户户要要求求排排出出的的气气体体温温度度高高，以以利利于于化化学学反反应应（由由氮氮氢氢化化合合生生成氨）或燃烧，则不必采用中间冷却，或尽量减少冷却次数。成氨）或燃烧，则不必采用中间冷却，或尽量减少冷却次数。段数确定后，根据总耗功最小的原则，确定每一段的最佳压段数确定后，根据总耗功最小的原则，确定每一段的最佳压力比。力比。3.1.4.3 3.1.4.3 级数与叶轮级数与叶轮圆周速度圆周速度和气体分子量的关系和气体分子量的关系（1 1）减少级数与叶轮）减少级数与叶轮圆周速度圆周速度关系关系叶轮材

31、料强度的限制叶轮材料强度的限制 不同材料对圆周速度的限制不同。不同材料对圆周速度的限制不同。叶叶轮轮马马赫赫数数的的限限制制 气气流流的的 升升高高，级级效效率率下下降降、性能曲线变陡、工况范围变窄。性能曲线变陡、工况范围变窄。叶轮相对叶轮相对宽度宽度的限制的限制 相对宽度变小，造成效率下降。相对宽度变小，造成效率下降。减少级数，结构紧凑。为满足要求，需提高叶轮的圆周速度。减少级数，结构紧凑。为满足要求，需提高叶轮的圆周速度。（2）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马赫数的影响气体分子量对马赫数的影响因此，压缩重气体应主要考虑马赫数的影响，限制了因此，压缩重气体应主要考虑

32、马赫数的影响，限制了u2的提的提高，不考虑叶轮材料的影响；反之，压缩轻气体，应主要考高，不考虑叶轮材料的影响；反之，压缩轻气体，应主要考虑叶轮材料强度的影响。虑叶轮材料强度的影响。气体分子量对所需对所需压缩功的影响气体分子量对所需对所需压缩功的影响由由多变压缩功表示为：多变压缩功表示为：说明：多变压缩功的大小与气体的分子量和等熵指数有说明：多变压缩功的大小与气体的分子量和等熵指数有关，尤其是关，尤其是对多变压缩功的影响较大，因此要达到同样对多变压缩功的影响较大，因此要达到同样的压力比，压缩重气体时，所需的级数少。的压力比，压缩重气体时，所需的级数少。3.1.5功率与效率功率与效率3.1.5.1

33、 3.1.5.1 单级总耗功、功率和效率单级总耗功、功率和效率（1）单级总耗功、总功率单级总耗功、总功率考虑叶轮在旋转过程中所消耗的功，故一个叶轮对考虑叶轮在旋转过程中所消耗的功，故一个叶轮对1kg1kg气体的总耗功为：气体的总耗功为：则流量为则流量为 的总功率为：的总功率为：对于闭式后弯型叶轮，对于闭式后弯型叶轮，一般一般。总能量头分配如图所示。总能量头分配如图所示。（2）级效率）级效率按照不同的定义，级效率有以下几种，分述如下：按照不同的定义，级效率有以下几种，分述如下：多多变变效效率率 是是级级中中的的气气体体由由 升升高高到到 所所需需的的多多变变压压缩缩功与实际总耗功之比，表示为功与

34、实际总耗功之比，表示为 通常通常 ,因而有因而有该式得出，已知多变效率，则可算出多变指数，反之亦然。该式得出，已知多变效率，则可算出多变指数，反之亦然。同理：等熵效率与等温效率分别是气体由压力同理：等熵效率与等温效率分别是气体由压力升高到升高到所需等熵所需等熵压缩功或等温压缩功与实际总消耗功之比。压缩功或等温压缩功与实际总消耗功之比。（3）多变能量头系数多变能量头系数由多变能量头系数定义得：由多变能量头系数定义得：上式表明：多变能量头系数与叶轮的周速系数、多变效率、漏上式表明：多变能量头系数与叶轮的周速系数、多变效率、漏气损失系数和轮阻损失系数的相互关系。气损失系数和轮阻损失系数的相互关系。在

35、比较效率的高低时，应在相同条件下比较并注意：在比较效率的高低时，应在相同条件下比较并注意：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。与运行工况点有关。与运行工况点有关。通常使用较多的是级的多变效率，其由级的性能实验获得，或通常使用较多的是级的多变效率，其由级的性能实验获得，或由与其相似的模型级性能实验获得，或由产品性能的资料获得。由与其相似的模型级性能实验获得，或由产品性能的资料获得。效率值的大小也间接反映了能量损失多少的问题。效率值的大小也间接反映了能量损失多少的问题。3.1.5.2 3.1.5.2 多级离心压缩机

36、的功率和效率多级离心压缩机的功率和效率（1 1）多级离心压缩机的内功率）多级离心压缩机的内功率多级离心压缩机所需的内功率可表示为诸级总功率之和，即：多级离心压缩机所需的内功率可表示为诸级总功率之和，即：（2 2）多级离心压缩机的效率）多级离心压缩机的效率多多级级离离心心压压缩缩机机的的效效率率通通常常指指的的是是内内效效率率，而而内内效效率率是是各各级级效效率的平均值。对于带有中间冷却的机器有时还用等温效率。率的平均值。对于带有中间冷却的机器有时还用等温效率。等温效率：等温效率：（3）机械损失、机械效率和轴功率机械损失、机械效率和轴功率机械损失机械损失 在轴承、密封、联轴器以及齿轮箱中所引在轴

37、承、密封、联轴器以及齿轮箱中所引起的机械摩擦损失。起的机械摩擦损失。轴功率轴功率 原动机传递给压缩机轴端的功率，它表示为原动机传递给压缩机轴端的功率，它表示为为机械效率，其一般随内功率的增大而升高，与传动形式有关。为机械效率，其一般随内功率的增大而升高，与传动形式有关。（4）原动机的输出功率原动机的输出功率选择电机时，应留有足够的余量，以保证机器的安全运行，选择电机时，应留有足够的余量，以保证机器的安全运行，故选取原动机的额定功率一般为：故选取原动机的额定功率一般为：3.2 3.2 性能、调节与控制性能、调节与控制3.2.1 3.2.1 离心压缩机的性能离心压缩机的性能3.2.1.1 3.2.

38、1.1 性能曲线、最佳工况点与稳定工作范围性能曲线、最佳工况点与稳定工作范围 （1）性能曲线（特性曲线）性能曲线（特性曲线）在一定转速和进口条件下的压力在一定转速和进口条件下的压力比与流量、效率与流量的性能曲比与流量、效率与流量的性能曲线。线。离心压缩机工作性能最主要的参离心压缩机工作性能最主要的参数是压力比、效率和流量。为将数是压力比、效率和流量。为将其工作性能形象表示出来，一般其工作性能形象表示出来，一般以曲线的形式表示，就得到了压以曲线的形式表示，就得到了压缩机的性能曲线。缩机的性能曲线。性能曲线由实验确定。性能曲线由实验确定。工况点工况点级的性能曲线的形成级的性能曲线的形成当级一定、转

39、速一定，则无限多叶当级一定、转速一定，则无限多叶片理论能头与叶轮入口容积流量成片理论能头与叶轮入口容积流量成直线关系。那么对于有限多叶片理直线关系。那么对于有限多叶片理论能头与叶轮入口容积流量仍成直论能头与叶轮入口容积流量仍成直线关系。线关系。对于流动损失，由于无法定量计算，对于流动损失，由于无法定量计算，因此：按摩阻损失对待因此：按摩阻损失对待并考虑变工况下的冲击损失并考虑变工况下的冲击损失得到了性能曲线得到了性能曲线Hpolqin，但这一曲线在只在压缩机设计，但这一曲线在只在压缩机设计中使用中使用而工程应用中采用更为直观的而工程应用中采用更为直观的qin曲线。曲线。经换算得：经换算得：换算

40、得到的换算得到的qin曲线和曲线和Hpolqin曲线形状相似。曲线形状相似。性能曲线的一般特点：性能曲线的一般特点：随流量的减小，压缩机随流量的减小，压缩机提供的压力比将增大。提供的压力比将增大。在最小流量时，达到最在最小流量时，达到最大。流量和压力比的关大。流量和压力比的关系是一一对应的，流量系是一一对应的，流量与其他参数的关系也是与其他参数的关系也是一一对应的。一一对应的。流量有最大和最小两个流量有最大和最小两个极限流量；排出压力也极限流量；排出压力也有最大值和最小值。有最大值和最小值。效率曲线有最高效率点，效率曲线有最高效率点，离开该点的工况效率下离开该点的工况效率下降很快。降很快。功率

41、曲线一般随流量增加而向上倾斜，但当压力比功率曲线一般随流量增加而向上倾斜，但当压力比流量曲线向流量曲线向下倾斜很快时，功率曲线可能先向上倾斜而后逐渐向下倾斜。下倾斜很快时，功率曲线可能先向上倾斜而后逐渐向下倾斜。（2）最佳工况点）最佳工况点性能曲线上的效率最高点称为最佳工况点，性能曲线上的效率最高点称为最佳工况点，一般是该机器设计计算的工况点。一般是该机器设计计算的工况点。（3）不同转速下的性能曲线）不同转速下的性能曲线因理论能头正比于转速的平方，因理论能头正比于转速的平方，同一台压缩机压缩同一种介质、同一台压缩机压缩同一种介质、在同样的进气条件，高转速的在同样的进气条件，高转速的曲线在上方。

42、曲线在上方。喘振曲线喘振曲线等效率曲线等效率曲线高转速时喘振流量大于低转速高转速时喘振流量大于低转速的喘振流量。的喘振流量。3.2.1.2压缩机的喘振与堵塞压缩机的喘振与堵塞（1 1）压缩机喘振的机理）压缩机喘振的机理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压缩机喘振压缩机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倒流倒流整个压缩机系统发生周期性的低频大振幅的气流振荡现象，就称整个压缩机系统发生周期性的低频大振幅的气流振荡现象，就称为喘振。为喘振。现象：级进出口参数产生强烈脉动，叶片振动，机器噪音增大。现象：级进出口

43、参数产生强烈脉动，叶片振动，机器噪音增大。喘振的内因：流量过小，小于压缩机的最小流量，导致机内出喘振的内因：流量过小，小于压缩机的最小流量，导致机内出现严重的气体旋转脱离；现严重的气体旋转脱离；喘振的外因：管网有一定容积，且压力高于压缩机的排压，造喘振的外因：管网有一定容积，且压力高于压缩机的排压，造成气流倒流，产生大幅度的气流脉动。脉动的频率和振幅与管成气流倒流，产生大幅度的气流脉动。脉动的频率和振幅与管网容量有关。网容量有关。（2）喘振的危害）喘振的危害压缩机性能恶化，压力、效率降低；压缩机性能恶化，压力、效率降低；出现异常噪声、吼叫和爆音；出现异常噪声、吼叫和爆音；机组出现强烈振动，使得

44、压缩机的轴承、密封损坏，转子和机组出现强烈振动，使得压缩机的轴承、密封损坏，转子和固定部件发生碰撞，造成机器严重破坏。固定部件发生碰撞，造成机器严重破坏。喘振原因：喘振原因：操作者和运行人员的要求：操作者和运行人员的要求：应应具具有有备备标标识识喘喘振振的的压压缩缩机机性性能能曲曲线线的的能能力力，随随时时了了解压缩机工况点处在性能曲线图上的位置；解压缩机工况点处在性能曲线图上的位置；运运行行操操作作从从员员应应了了解解压压缩缩机机的的工工作作原原理理，随随时时注注意意机机器所在的工况位置；器所在的工况位置；熟熟悉悉各各种种监监测测系系统统和和调调节节控控制制系系统统的的操操作作，尽尽量量使使

45、机机器不致进入喘振状态。器不致进入喘振状态。（3）防喘振的措施）防喘振的措施降降低低运运行行转转速速，可可使使流流量量减减少少而而不不致致进进入入喘喘振振状状态态，但出口压力随之降低；但出口压力随之降低；在在首首级级或或各各级级设设置置导导叶叶转转动动机机构构以以调调节节导导叶叶角角度度，使使流量减少时的进气冲角不致太大，从而避免发生喘振。流量减少时的进气冲角不致太大，从而避免发生喘振。在在压压缩缩机机出出口口设设置置旁旁通通管管道道，让让压压缩缩机机通通过过足足够够的的流流量，以防进入喘振状态。量，以防进入喘振状态。在在压压缩缩机机进进口口设设置置温温度度、流流量量监监视视仪仪表表，出出口口

46、设设置置压压力力监监视视仪仪表表，一一旦旦出出现现异异常常或或喘喘振振及及时时报报警警；设设有有与与防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。系统设计要求：系统设计要求：（4）压缩机的阻塞工况（最大流量工况）压缩机的阻塞工况（最大流量工况）产生原因：产生原因：流量增大，气流的冲角达到较大的负冲角，在叶片工作流量增大，气流的冲角达到较大的负冲角，在叶片工作面上发生边界层分离，叶片做功全部转变为能量损失，面上发生边界层分离，叶片做功全部转变为能量损失，压力不再升高，仅用于维持在该流量下流动；压力不再升高，仅用于维持在该流量下流动；在流道最小截面处出现了声速，边界层分离

47、区急剧扩大，在流道最小截面处出现了声速，边界层分离区急剧扩大，压缩机达到了阻塞工况，此时压力得不到提高，流量不压缩机达到了阻塞工况，此时压力得不到提高，流量不再增大。再增大。（5）稳定工作范围）稳定工作范围在性能曲线上，处于喘振工况在性能曲线上，处于喘振工况和阻塞工况之间的区域，称为和阻塞工况之间的区域，称为稳定工作范围。稳定工作范围。衡量压缩机性能好坏，除要求衡量压缩机性能好坏，除要求有较高的压力比和较高的效率有较高的压力比和较高的效率外，还有较宽的稳定工作范围。外，还有较宽的稳定工作范围。说明：级与多级压缩机的性能曲线形状基本一致，但说明：级与多级压缩机的性能曲线形状基本一致，但由于受逐级

48、气流密度的变化与影响，级数愈多，压缩由于受逐级气流密度的变化与影响，级数愈多，压缩机的性能曲线愈陡。喘振流量愈大，阻塞流量愈小，机的性能曲线愈陡。喘振流量愈大，阻塞流量愈小，稳定工作范围愈窄。稳定工作范围愈窄。3.2.1.3压缩机与管网联合工作压缩机与管网联合工作（1）管网特性曲线）管网特性曲线管网特性曲线管网特性曲线:指通过管网的气体流量与保证这个流量通过管网指通过管网的气体流量与保证这个流量通过管网所需要的压力之间的关系曲线，即所需要的压力之间的关系曲线，即p=f（qv）曲线。每一种管网都）曲线。每一种管网都有自己的特性曲线，其决定于管网本身的结构和用户要求。有三有自己的特性曲线，其决定于

49、管网本身的结构和用户要求。有三种形式：种形式：管网阻力与流量无关；管网阻力与流量无关；可用可用表示的二次曲线；表示的二次曲线；上面两种形式的混合。上面两种形式的混合。（2）压缩机与管网联合工作压缩机与管网联合工作平衡工作点平衡工作点当离心压缩机向管网输送气体时，当离心压缩机向管网输送气体时，如果气体流量和排出压力相当稳如果气体流量和排出压力相当稳定（即波动很小），说明压缩机定（即波动很小），说明压缩机和管网的性能协调，处于稳定操和管网的性能协调，处于稳定操作状态。作状态。压缩机性能曲线与管网性能（阻压缩机性能曲线与管网性能（阻力）曲线的交点称为平衡工作点。力）曲线的交点称为平衡工作点。平衡工作

50、点具有的条件：平衡工作点具有的条件：压缩机的容积流量等于管网的进压缩机的容积流量等于管网的进气量；气量；压缩机提供的排压等于管网需要压缩机提供的排压等于管网需要的端压。的端压。（3）平衡工况的稳定性）平衡工况的稳定性平衡工况平衡工况稳定工况点与不稳定工况点与不稳定工况点稳定工况点稳定工况点的判稳定工况点的判别：别：通常压缩机的喘振通常压缩机的喘振点位于驼峰曲线的点位于驼峰曲线的顶点的左支，故曲顶点的左支，故曲线左支不再画出。线左支不再画出。3.2.1.4压缩机的串联与并联压缩机的串联与并联串联：增大气流的排出压力；串联：增大气流的排出压力；并联：增大气流的输送流量。不适于管网阻力较大的系统。并