《离心压缩机》PPT课件.ppt

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1、2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机1第二章第二章 离心压缩机离心压缩机第一节第一节第一节第一节 离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理第二节第二节第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程第三节第三节第三节第三节 级中能量损失级中能量损失级中能量损失级中能量损失第四节第四节第四节第四节 级的性能曲线级的性能曲线级的性能曲线级的性能曲线第五节第五节第五节第五节 多级离心压缩机的性能曲

2、线多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线第六节第六节第六节第六节 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 第七节第七节第七节第七节 离心压缩机和管路的联合工作及工况调节离心压缩机和管路的联合工作及工况调节离心压缩机和管路的联合工作及工况调节离心压缩机和管路的联合工作及工况调节第八节第八节第八节第八节 离心压缩机的主要零部件离心压缩机的主要零部件离心压缩机的主要零部件离心压缩机的主要零部件2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机2第二章第二章 离心压缩机离心压缩机催化装

3、置催化装置主风机主风机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机3第二章第二章 离心压缩机离心压缩机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机4第二章第二章 离心压缩机离心压缩机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机5第二章第二章 离心压缩机离心压缩机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机6第二章第二章 离心压缩机离心压缩机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机7离心压缩机筒型离心压缩机筒型7级结构图级结构图2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机8离心压缩机水平中开型剖视

4、图离心压缩机水平中开型剖视图2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机9离心压缩机筒型离心压缩机筒型2级结构图级结构图2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机10第二章第二章 离心压缩机离心压缩机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机11第二章第二章 离心压缩机离心压缩机 离心压缩机和轴流式压缩机等习惯称为风机，分压缩离心压缩机和轴流式压缩机等习惯称为风机，分压缩机、鼓风机和通风机。机、鼓风机和通风机。按排出压力分类按排出压力分类 0.015 0.015MPa MPa 通风机通风机 0.015 0.015MPaMPa（0.30.3MP

5、a-0.35MPaMPa-0.35MPa）鼓风机）鼓风机 （0.30.3MPaMPa0.35MPa0.35MPa）压缩机压缩机离心压缩机离心压缩机:速度式透平机械。速度式透平机械。早期：低中压、大气量。早期：低中压、大气量。现在：可用于高压（现在：可用于高压（20010200105 5PaPa）较小的流量。）较小的流量。概述概述2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机12 新技术、新工艺使得离心压缩机的应用领域愈来愈广。（石新技术、新工艺使得离心压缩机的应用领域愈来愈广。（石油化工、油气集输）。油化工、油气集输）。l 提高了提高了转速转速，大都在，大都在10000rpm10

6、000rpm以上，同时解决了以上，同时解决了 高速度轴承及其动平衡问题。高速度轴承及其动平衡问题。l 浮环密封结构，解决了高压下的轴端浮环密封结构，解决了高压下的轴端密封密封l 筒型及双层壳解决了筒型及双层壳解决了强度强度问题和机体密封。问题和机体密封。l 电火花电火花加工加工使小流量下窄流到叶轮的加工得到解决使小流量下窄流到叶轮的加工得到解决。第二章第二章 离心压缩机离心压缩机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机13第一节第一节 离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理第一节第一节第一节第一节 离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的

7、主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理第二节第二节第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程第三节第三节第三节第三节 级中能量损失级中能量损失级中能量损失级中能量损失第四节第四节第四节第四节 级的性能曲线级的性能曲线级的性能曲线级的性能曲线第五节第五节第五节第五节 多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线第六节第六节第六节第六节 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相似原理在离

8、心压缩机中的应用相似原理在离心压缩机中的应用 第七节第七节第七节第七节 离心压缩机和管路的联合工作及工况调节离心压缩机和管路的联合工作及工况调节离心压缩机和管路的联合工作及工况调节离心压缩机和管路的联合工作及工况调节第八节第八节第八节第八节 离心压缩机的主要零部件离心压缩机的主要零部件离心压缩机的主要零部件离心压缩机的主要零部件2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机14第一节第一节 离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件二、基本工作原理二、基本工作

9、原理二、基本工作原理二、基本工作原理三、离心压缩机的主要优缺点三、离心压缩机的主要优缺点三、离心压缩机的主要优缺点三、离心压缩机的主要优缺点2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机15离心压缩机离心压缩机的典型结构的典型结构与特点与特点 离心压缩机离心压缩机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机16离心压缩机的典型结构与特点离心压缩机的典型结构与特点 离心压缩离心压缩机的机的典型结构典型结构 级：级：一个叶轮及其动静部件一个叶轮及其动静部件 段：段：一对入口和出口一对入口和出口 冷却或工艺要求冷却或工艺要求 缸：缸：一套缸体及一根轴一套缸体及一根轴 列

10、：列：线状排列一组气缸线状排列一组气缸 静子部件：静子部件：机壳、吸入室、排气蜗壳、密封等机壳、吸入室、排气蜗壳、密封等 转子部件转子部件：叶轮、轴承、推力盘等叶轮、轴承、推力盘等分析分析 何谓离心压缩机的级何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成它由哪些部分组成？各部件有何作用？各部件有何作用？级的典型结构级的典型结构 中间级、首级、末级中间级、首级、末级 叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气管、蜗壳等叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气管、蜗壳等 离心压缩机离心压缩机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机17一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件级：一个叶轮及其动静部件

11、级：一个叶轮及其动静部件缸：一套缸体及一根轴，缸：一套缸体及一根轴，若干若干级装在一个机壳中构成一个缸。级装在一个机壳中构成一个缸。段：一对入口和出口段：一对入口和出口,冷却或冷却或工艺要求，工艺要求，若干级后将气体引若干级后将气体引出进行冷却，此若干级称一段，出进行冷却，此若干级称一段，一汽缸中可以有几段。一汽缸中可以有几段。2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机18离心压缩机的典型结构与特点离心压缩机的典型结构与特点 级的典型结构级的典型结构中间级：中间级：叶轮叶轮 扩压器扩压器 弯道弯道 回流器等回流器等首级：首级：增加增加 吸气室吸气室末级：末级：无无弯道弯道 无

12、无回流器回流器 增增加蜗壳加蜗壳叶轮叶轮扩压器扩压器弯道弯道回流器回流器密封装置密封装置出口蜗壳出口蜗壳吸气室吸气室离心压缩机离心压缩机2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机19主要过流部件：主要过流部件：其他部件：轴承、平衡盘、密封等。其他部件：轴承、平衡盘、密封等。叶叶 轮：轮：唯一做工部件，增加气体能量唯一做工部件，增加气体能量；扩压器：扩压器：主要转能装置（泵中蜗壳或导叶）速度能转换为主要转能装置（泵中蜗壳或导叶）速度能转换为 压力能压力能 弯弯 道道：在扩压器后使离心流动变为向心流动，引入下一级在扩压器后使离心流动变为向心流动，引入下一级 回流器：回流器：使气流

13、以一定方向均匀流入下一级叶轮入口，使气流以一定方向均匀流入下一级叶轮入口，一般都装有导向叶片。一般都装有导向叶片。吸气室：吸气室：将进气管中气体均匀导入叶轮。将进气管中气体均匀导入叶轮。蜗蜗 壳：壳：收集气体，引出；降速扩压作用。收集气体，引出；降速扩压作用。一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机20一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件静子部件：机壳、吸入室、排气蜗壳、密封等静子部件：机壳、吸入室、排气蜗壳、密封等静子部件：机壳、吸入室、排气蜗壳、密封等静子部件：机壳、吸入室、排气蜗壳、密封等转子部件：叶轮、轴承

14、、推力盘等转子部件：叶轮、轴承、推力盘等转子部件：叶轮、轴承、推力盘等转子部件：叶轮、轴承、推力盘等级的典型结构级的典型结构级的典型结构级的典型结构:中间级、首级、末级中间级、首级、末级中间级、首级、末级中间级、首级、末级主要部件：叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗主要部件：叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗主要部件：叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗主要部件：叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗壳等壳等壳等壳等中间级：叶轮、扩压器、弯道、回流器等中间级：叶轮、扩压器、弯道、回流器等中间级：叶轮、扩压器、弯道、回流器等中间级：叶轮、扩压器、弯道、回流器等首级：增加吸气室首级：增加

15、吸气室首级：增加吸气室首级：增加吸气室末级：无弯道、无回流器、增加蜗壳末级：无弯道、无回流器、增加蜗壳末级：无弯道、无回流器、增加蜗壳末级：无弯道、无回流器、增加蜗壳2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机21级级：吸气室、吸气室、叶轮叶轮CC、PP、TT，扩压器扩压器 CC、PP，弯道弯道回流器（向心流）回流器（向心流）二、基本工作原理二、基本工作原理离心压缩机工作离心压缩机工作原理与离心泵相原理与离心泵相同，区别在于气同，区别在于气体介质的可压缩体介质的可压缩2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机22二、基本工作原理二、基本工作原理2023/1/2

16、02023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机23二、基本工作原理二、基本工作原理截截截截 面位置面位置面位置面位置速度速度速度速度C C压压压压力力力力P P温度温度温度温度T TS-SS-S吸气室进口法兰吸气室进口法兰吸气室进口法兰吸气室进口法兰o-oo-o叶轮进口叶轮进口叶轮进口叶轮进口 1-11-1叶片进口叶片进口叶片进口叶片进口 2-22-2叶轮出口叶轮出口叶轮出口叶轮出口 3-33-3扩压器进口扩压器进口扩压器进口扩压器进口 4-44-4扩压器出口，弯道进口扩压器出口，弯道进口扩压器出口，弯道进口扩压器出口，弯道进口 5-55-5弯道出口，回流器进口弯道出口，回流器进口弯道出口，回流

17、器进口弯道出口，回流器进口 变化小变化小变化小变化小6-66-6回流器出口，级进口回流器出口，级进口回流器出口，级进口回流器出口，级进口 2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机24特征截面特征截面特征截面特征截面in in-inin0-00-01-11-12-22-23-33-34-44-45-55-56-66-6 0-0 0-0说明说明说明说明(首级首级首级首级,中间级中间级中间级中间级)吸气管吸气管吸气管吸气管(机机机机)进口进口进口进口叶轮叶轮叶轮叶轮(级级级级)进口进口进口进口叶片叶片叶片叶片进口进口进口进口叶轮叶轮叶轮叶轮出口出口出口出口扩压器扩压器扩压器扩压器

18、进口进口进口进口扩压器出扩压器出扩压器出扩压器出口口口口弯道进口弯道进口弯道进口弯道进口弯道出口弯道出口弯道出口弯道出口回流器进回流器进回流器进回流器进口口口口回流器回流器回流器回流器出口出口出口出口级出口级出口级出口级出口下级进口下级进口下级进口下级进口参数参数参数参数p p,c c,t t p p,c c,t t 压力压力压力压力 p p,流速流速流速流速 c c,温度温度温度温度 t t 能量能量能量能量绝能流动绝能流动绝能流动绝能流动增能增能增能增能(做功做功做功做功)绝能流动绝能流动绝能流动绝能流动二、基本工作原理二、基本工作原理2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和

19、压缩机25离心压缩机的典型结构与特点离心压缩机的典型结构与特点 离心叶轮的典型结构离心叶轮的典型结构 叶轮叶轮：唯一做功元件：唯一做功元件 闭式、半开式、双吸式（双面进气）闭式、半开式、双吸式（双面进气）二、基本工作原理二、基本工作原理2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机26离心压缩机的典型结构与特点离心压缩机的典型结构与特点 离心叶轮的典型结构离心叶轮的典型结构 叶轮叶轮速度三角形速度三角形：叶轮透平机械理论基础叶轮透平机械理论基础 适用压缩机、泵、汽轮机等适用压缩机、泵、汽轮机等 下标：下标：1 叶轮进口截面叶轮进口截面 2 叶轮出口截面叶轮出口截面 A 叶片叶片

20、th 理论参数理论参数 叶片无限多叶片无限多 （无限薄，不占体积）无限薄，不占体积）理论参数理论参数实际参数实际参数叶轮进口叶轮进口速度三角形速度三角形叶轮进口叶轮进口速度三角形速度三角形二、基本工作原理二、基本工作原理2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机27绝对速度绝对速度叶轮出口叶轮出口速度三角形速度三角形叶轮进口叶轮进口速度三角形速度三角形离心压缩机的典型结构与特点离心压缩机的典型结构与特点 离心叶轮的典型结构离心叶轮的典型结构 叶轮叶轮速度三角形速度三角形 气流速度：气流速度：绝对速度绝对速度（气流速度）（气流速度）c、c2、c1 牵连速度牵连速度（叶轮圆周速度

21、）（叶轮圆周速度）u r（角速度）、（角速度）、u2、u1 相对速度相对速度（流动速度）（流动速度）w、w2、w1 气流角度：气流角度：（实际参数）（实际参数）2（w2，-u2）2（c2，u2）结构角度：结构角度：（理论参数）（理论参数）叶片出口角叶片出口角2A（切线，切线，-u 反向）反向）与流动和介质无关与流动和介质无关 （理想状况（理想状况2 2A）相对速度相对速度圆周圆周速度速度二、基本工作原理二、基本工作原理2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机28叶轮进口叶轮进口速度三角形速度三角形叶轮进口叶轮进口速度三角形速度三角形离心压缩机的典型结构与特点离心压缩机的典型

22、结构与特点 离心叶轮的典型结构离心叶轮的典型结构 叶轮叶轮速度三角形速度三角形 分速度：分速度：周向分速度周向分速度 （c 在圆周方向分量）在圆周方向分量）cu、c2u、c1u 与能量（扬程）有关与能量（扬程）有关 能量头能量头（周速）（周速）系数系数 2uc2u/u2 径向分速度径向分速度 （c 在直径方向分量）在直径方向分量）cr、c2r、c1r 与流量（流速）有关与流量（流速）有关 流量系数流量系数 2r c2r/u2径向分速度径向分速度周向周向分速度分速度二、基本工作原理二、基本工作原理2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机29离心压缩机的典型结构与特点离心压缩机

23、的典型结构与特点 离心叶轮的典型结构离心叶轮的典型结构 后弯后弯（后向）型、（后向）型、径向径向型、型、前弯前弯（前向）型（前向）型 叶轮型式叶轮型式叶轮型式叶轮型式（叶片）（叶片）（叶片）（叶片）叶片出口角叶片出口角叶片出口角叶片出口角 2A2A理论能量头理论能量头理论能量头理论能量头（扬程）（扬程）（扬程）（扬程）H Hth th 静能头比例静能头比例静能头比例静能头比例（压力）（压力）（压力）（压力）动能头比例动能头比例动能头比例动能头比例（速度）（速度）（速度）（速度）说明说明说明说明后弯型后弯型后弯型后弯型(后向后向后向后向)9090小小小小大大大大小小小小常用常用常用常用 叶片弯曲

24、与旋转反向叶片弯曲与旋转反向叶片弯曲与旋转反向叶片弯曲与旋转反向径向型径向型径向型径向型 9090中中中中中中中中中中中中直叶片直叶片直叶片直叶片前弯型前弯型前弯型前弯型(前向前向前向前向)9090大大大大小小小小大大大大少用少用少用少用叶片弯曲与旋转同向叶片弯曲与旋转同向叶片弯曲与旋转同向叶片弯曲与旋转同向二、基本工作原理二、基本工作原理2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机30离心压缩机的典型结构与特点离心压缩机的典型结构与特点 离心叶轮的典型结构离心叶轮的典型结构 后弯后弯（后向）型、（后向）型、径向径向型、型、前弯前弯（前向）型（前向）型 二、基本工作原理二、基本

25、工作原理2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机31三、离心压缩机的主要优缺点三、离心压缩机的主要优缺点优点：优点：排量大：油田输气、合成气压缩机。排量大：油田输气、合成气压缩机。结构紧凑：尺寸小、占地小。结构紧凑：尺寸小、占地小。运转可靠：平稳、可损件少、维修方便、单机运行。运转可靠：平稳、可损件少、维修方便、单机运行。气体无油：有利化学反应。气体无油：有利化学反应。转速较高：气轮机燃气轮机驱动，充分利用热能。转速较高：气轮机燃气轮机驱动，充分利用热能。缺点：缺点：不适于气量大小、压力比不能过高。不适于气量大小、压力比不能过高。效率低于往复压缩机。效率低于往复压缩机。稳定

26、工况压较窄。稳定工况压较窄。2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机32三、离心压缩机的主要优缺点三、离心压缩机的主要优缺点2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机33第一节第一节第一节第一节 重点重点重点重点（1 1）何谓离心压缩机的级）何谓离心压缩机的级）何谓离心压缩机的级）何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成？它由哪些部分组成？它由哪些部分组成？它由哪些部分组成？各？各？各？各 部件有何作用部件有何作用部件有何作用部件有何作用？（2 2）离心压缩机与往复活塞压缩机相比，有何特点？）离心压缩机与往复活塞压缩机相比，有何特点？）离心压缩机与往复活塞压缩

27、机相比，有何特点？）离心压缩机与往复活塞压缩机相比，有何特点？（3 3）离心压缩机的工作原理。）离心压缩机的工作原理。）离心压缩机的工作原理。）离心压缩机的工作原理。（4 4）离心压缩机的段和缸。）离心压缩机的段和缸。）离心压缩机的段和缸。）离心压缩机的段和缸。（5 5）气体经过离心压缩机叶轮、扩压器后的状态参数）气体经过离心压缩机叶轮、扩压器后的状态参数）气体经过离心压缩机叶轮、扩压器后的状态参数）气体经过离心压缩机叶轮、扩压器后的状态参数 变化。变化。变化。变化。2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机34第一节第一节 离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要

28、构件及基本工作原理本节完本节完2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机35第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程第一节第一节第一节第一节 离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理第二节第二节第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程第三节第三节第三节第三节 级中能量损失级中能量损失级中能量损失级中能量损失第四节第四节第四节第四节 级的性能曲线级的性能曲线

29、级的性能曲线级的性能曲线第五节第五节第五节第五节 多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线第六节第六节第六节第六节 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 第七节第七节第七节第七节 离心压缩机和管路的联合工作及工况调节离心压缩机和管路的联合工作及工况调节离心压缩机和管路的联合工作及工况调节离心压缩机和管路的联合工作及工况调节第八节第八节第八节第八节 离心压缩机的主要零部件离心压缩机的主要零部件离心压缩机的主要零部件离心压缩机的主要零部件2023/1/202023/1

30、/20 *泵和压缩机泵和压缩机36第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程一、欧拉方程式一、欧拉方程式一、欧拉方程式一、欧拉方程式二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程四、伯努利方程式四、伯努利方程式四、伯努利方程式四、伯努利方程式1.1.等温压缩等温压缩等温压缩等温压缩2.2.绝热压缩绝热压缩绝热压缩绝热压缩3.3.多变压缩多变压缩多变压缩多变压缩五、级效率五、级效率五、级效率五、级效率2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵

31、和压缩机37五、级效率五、级效率五、级效率五、级效率1.1.多变效率多变效率多变效率多变效率h h h hpolpol2.2.绝热效率绝热效率绝热效率绝热效率h h h hadad3.3.等温效率等温效率等温效率等温效率h h h his is4.4.流动效率流动效率流动效率流动效率h h h hhydhyd六、级中气体状态参数的变化六、级中气体状态参数的变化六、级中气体状态参数的变化六、级中气体状态参数的变化1.1.级中气体温度变化级中气体温度变化级中气体温度变化级中气体温度变化2.2.级中气流压力和比体积的变化级中气流压力和比体积的变化级中气流压力和比体积的变化级中气流压力和比体积的变化七

32、、级中关键截面气流参数计算（级效率法）七、级中关键截面气流参数计算（级效率法）七、级中关键截面气流参数计算（级效率法）七、级中关键截面气流参数计算（级效率法）第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机38第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程 气体在级中流动类似于泵叶轮中流动，气体在级中流动类似于泵叶轮中流动，有圆周速度有圆周速度u u、相对速度、相对速度w w、绝对速度、绝对速度c c。气体与液体不同气体与液体不同 常温常压下密度差别很大：常温常压下密度差别很大：水

33、水1000kg/m3，空气，空气1.293 kg/m3。通过叶轮获得同样能头通过叶轮获得同样能头H，但压差，但压差P=gh差别很大。差别很大。气体可以压缩：气体可以压缩：P 的同时的同时V、T 高速状态下（由于高速状态下（由于小，提高压力必使小，提高压力必使H大，大，u2必须必须 大）流动较复杂大）流动较复杂2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机39第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程 欧拉方程、伯努力方程欧拉方程、伯努力方程分析流动分析流动 热力学基本方程热力学基本方程分析状态参数变化及对流动的影响分析状态参数变化及对流动的影响 压

34、缩机中气体流动实为三元非定常流动，有粘性、压缩压缩机中气体流动实为三元非定常流动，有粘性、压缩性，情况复杂。性，情况复杂。工程上常可简化为一元定常流动进行分析处理工程上常可简化为一元定常流动进行分析处理即进即进气状态、排气状态、气状态、排气状态、n n不变时，认为流体中同一载面上各点气不变时，认为流体中同一载面上各点气流参数均一；在保持稳定工作条件下气流参数不随时间变化。流参数均一；在保持稳定工作条件下气流参数不随时间变化。2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机40一、欧拉方程式一、欧拉方程式一、欧拉方程（一、欧拉方程（第一章所讲完全第一章所讲完全适用适用）C C2u2u

35、难以计算。用理论能头系数表示其影响。难以计算。用理论能头系数表示其影响。2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机41一、欧拉方程式一、欧拉方程式有限多叶片的影响，轴向涡流的影响。有限多叶片的影响，轴向涡流的影响。同离心泵一样，由于惯性影响，在有限叶片数压缩机同离心泵一样，由于惯性影响，在有限叶片数压缩机叶轮流动中存在轴向涡流。叶轮流动中存在轴向涡流。C C2u2u难以计算。仍用难以计算。仍用（滑移系（滑移系数）表示轴向旋涡对理论能头的影响。数）表示轴向旋涡对理论能头的影响。2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机42一、欧拉方程式一、欧拉方程式2023/

36、1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机43一、欧拉方程式一、欧拉方程式在离心压缩机中经常用斯陀道拉（在离心压缩机中经常用斯陀道拉（StodolaStodola）公式求解滑移系数。）公式求解滑移系数。假定：假定：轴向涡流速率与叶轮转速相等，方向相反轴向涡流速率与叶轮转速相等，方向相反 轴向涡流的直径近似叶轮叶道宽度轴向涡流的直径近似叶轮叶道宽度适用于后弯叶片离心压缩机叶轮能头计算，对于直叶适用于后弯叶片离心压缩机叶轮能头计算，对于直叶片和前弯叶片不适用。片和前弯叶片不适用。进口无预旋：进口无预旋：2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机44一、欧拉方程式一、欧拉方

37、程式根据连续性方程：根据连续性方程：流过任意截面的质量流量一定。流过任意截面的质量流量一定。Q Qs s、Q Qi i和和s s、i i分别为进口和任意截面的分别为进口和任意截面的体积流量和比容。体积流量和比容。比容比比容比叶轮出口处径向分速度叶轮出口处径向分速度流量系数流量系数2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机45一、欧拉方程式一、欧拉方程式与与z z、D D、b b、2A2A有关有关叶片褶边叶片褶边：叶片无褶边：叶片无褶边：(2-(2-7)7)(1-(1-6)6)叶轮出口处叶片阻塞系数叶轮出口处叶片阻塞系数2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩

38、机46一、欧拉方程式一、欧拉方程式【解】2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机47二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率 叶轮作功：叶轮作功：气体获得能头：气体获得能头：叶片作功消耗：叶片作功消耗：轮阻损失消耗：轮阻损失消耗：内漏损失消耗：内漏损失消耗：叶轮总耗功：叶轮总耗功：叶轮作功用于两方面：叶轮作功用于两方面：2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机48二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率叶轮总耗功：叶轮总耗功：一般取高压小流量取大值，低压大流量取小值。2023/1/202023/1/20 *泵和压缩

39、机泵和压缩机49每公斤气体总耗功每公斤气体总耗功叶轮对气体作功消耗叶轮对气体作功消耗轮阻损失功率轮阻损失功率漏气损失功率漏气损失功率叶轮总耗功叶轮总耗功二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率【解】2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机50二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率叶轮对单位质量有效气体的总耗功叶轮对单位质量有效气体的总耗功Htot，轮阻损失耗功，轮阻损失耗功Hdf，内漏气损失的功耗内漏气损失的功耗Hl2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机51二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率 气体经过叶轮获得能头后，其状态参数发生了巨大变化。气

40、体经过叶轮获得能头后，其状态参数发生了巨大变化。这些参数的变化仍然能够（必须）满足能量守恒定律。这些参数的变化仍然能够（必须）满足能量守恒定律。但由于其与液体介质的热力学特性的迥然不同，不能用但由于其与液体介质的热力学特性的迥然不同，不能用流体力学上简单的伯努利方程来表示。需要需要利用热量形流体力学上简单的伯努利方程来表示。需要需要利用热量形式和机械能形式所表示的能量方程式，即热焓方程和伯努利式和机械能形式所表示的能量方程式，即热焓方程和伯努利方程。方程。热功当量问题！2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机52功率与效率功率与效率 单级总耗功、功率、效率单级总耗功、功率、

41、效率 级总耗功级总耗功 Htot Hth Hl Hdf(1l df )Hth kJ/kg （3-32）级总功率级总功率 Ntot qm Htot kW （3-33）式中：式中：l 漏气损失系数漏气损失系数 df 轮阻损失系数轮阻损失系数 功功 H 叶轮对单位质量流体送功叶轮对单位质量流体送功 或单位质量流体受功，或单位质量流体受功，kJ/kg 功率功率 N 单位时间叶轮送功或流体受功，单位时间叶轮送功或流体受功，kW分析分析示意画出级的总能量头与有效能量头和能量损失的分配关系示意画出级的总能量头与有效能量头和能量损失的分配关系 说明：说明：二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率2023/1/

42、202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机53功率与效率功率与效率 单级总耗功、功率、效率单级总耗功、功率、效率 效率效率（级效率和机效率级效率和机效率）压缩功压缩功/实际实际耗功耗功 L（能量头（能量头 H）压缩功率压缩功率/实际实际功率功率 N（内功率（内功率 Ni）效率效率效率效率 级效率级效率级效率级效率 机机机机(平均平均平均平均)效率效率效率效率参数参数参数参数 级进出口压比级进出口压比级进出口压比级进出口压比 p p00/p p0 0 进口温度进口温度进口温度进口温度 T T0 0 机进出口压比机进出口压比机进出口压比机进出口压比 p poutout /p pinin 进口温

43、度进口温度进口温度进口温度 T Tinin多变效率多变效率多变效率多变效率 polpol级效率级效率级效率级效率 0.700.700.840.84(3-34(3-34式式式式)等熵效率等熵效率等熵效率等熵效率 s s等温效率等温效率等温效率等温效率 T T机效率机效率机效率机效率 (3-38(3-38式式式式)二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机54功率与效率功率与效率 单级总耗功、功率、效率单级总耗功、功率、效率分析分析 何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？多变效率多变效率

44、 多变压缩功多变压缩功/实际实际总耗功总耗功 Ltot（能量头（能量头 Htot）（3-34）（3-35）指数系数指数系数 已知级进出口已知级进出口压力压力 p0 和和温度温度 T0 可求可求pol 说明：说明：多变效率多变效率pol 由由性能实验测试获得，或经验选取性能实验测试获得，或经验选取 pol 0.70 0.80 （b2/D2 0.025 0.065）pol 0.60 0.70 （小流量级或末几级，如（小流量级或末几级，如 b2/D2 0.025）pol 0.65 0.75 （大流量级或前几级，如（大流量级或前几级，如 b2/D2 0.065）二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率

45、2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机55功率与效率功率与效率 单级总耗功、功率、效率单级总耗功、功率、效率分析分析 何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？比较效率注意比较效率注意 .通流部件通流部件进出口进出口 单级单级 0-0、整机、整机多级多级 in-out .气体压缩气体压缩热力过程热力过程 多变多变、等熵等熵（绝热）（绝热）、等温等温 .设设 计计 工工 况况 点点 最佳效率最佳效率max .常常 用用 效效 率率 参参 数数 多变效率多变效率pol .（多级）（多级）整机效率整机效率 各级各级平均内效率平均

46、内效率，含分段中间，含分段中间冷却冷却等作用等作用 .性能性能判别判别 同同效率效率 对比，对比，效率效率 高高性能性能优优 知某知某效率效率 计算计算总功总功 Htot，耗功耗功 Htot 少少性能性能优优 或计算或计算功率功率 Ni ，功率功率 Ni 小小性能性能优优二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机56功率与效率功率与效率 单级总耗功、功率、效率单级总耗功、功率、效率分析分析 若已知级的多变压缩功和总耗功，尚须具备什么条件可求出级的能量损失和级内的流动损失？若已知级的多变压缩功和总耗功，尚须具备什么条件可求出级的能量损失和

47、级内的流动损失？级能量损失级能量损失级内流动损失级内流动损失 式中式中 流动效率流动效率 ，c0 c0 Hl 漏气耗功、漏气耗功、Hdf 轮阻耗功轮阻耗功 另有：另有：多变能头系数多变能头系数 说明：说明：已知已知多变压缩功多变压缩功 Hpol 和和总耗功总耗功 Htot，求求级能量损失级能量损失和和级内流动损失级内流动损失 须知须知pol、(l df)和和 （或忽略（或忽略）多变效率多变效率pol 反映反映级能量损失级能量损失大小大小 流动效率流动效率hyd 反映反映级内流动损失级内流动损失大小大小二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和

48、压缩机57功率与效率功率与效率 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分析分析 何谓离心压缩机的内功率、轴功率？试写出其表达式，如何据此选取原动机的输出功率？何谓离心压缩机的内功率、轴功率？试写出其表达式，如何据此选取原动机的输出功率？内功率内功率 Ni 各级总功率之和各级总功率之和 kW 效效 率率 通常为通常为内效率内效率（各级效率平均值）（各级效率平均值）如如等温效率等温效率 轴功率轴功率 Nz 原动机传递压缩机轴端的功率原动机传递压缩机轴端的功率 式中式中 Nm 机械损失机械损失，轴承、密封、联轴器及齿轮箱等，轴承、密封、联轴器及齿轮箱等 m 机械效率机械效率，m 96

49、98 原动机功率原动机功率 Ne 式中式中 轴轴功率功率增加量增加量 30 选原动机功率选原动机功率 Ne 应考虑大于额定（设计工况）轴功率应考虑大于额定（设计工况）轴功率 Nz二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机58三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程 aabb气体稳定流动时，取气体稳定流动时，取a-aa-a截面截面b-bb-b截面间气体作为所研究的截面间气体作为所研究的“开口热开口热力学系统力学系统”热力学能量方程-热力学第一定律各参数含义！各参数含义！2023/1/202023/1

50、/20 *泵和压缩机泵和压缩机59三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程理想气体：理想气体：(2-14)(2-13)(2-14a)通常认为通常认为q qabab=0,=0,则有：则有：(2-15)2023/1/202023/1/20 *泵和压缩机泵和压缩机60三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程(2-15)此式为离心压缩机中的重要公式，可以用于计算任意各截面处此式为离心压缩机中的重要公式，可以用于计算任意各截面处的温度的温度T T和速度和速度c c的变化规律。的变化规律。离心压缩机计算中，求解气流参数变化规律的基本方程式。0604170604172023/1/202023/1/20 *泵