離 心 式 壓 縮 機 離 心 式 壓 縮 機 是 一 種 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 透 平 式 （ turbine） 機 械 ， 其 作 用 是 一種 能 量 轉(zhuǎn) 換 機 械 。 在 驅(qū) 動 機 的 拖 動 下 ， 以 消 耗 機 械 能 達 到 排 送 和 壓 縮 各 種氣 體 ， 使 氣 體 壓 力 提 高 ， 滿 足 各 種 不 同 工 藝 流 程 的 需 要 。 離 心 壓 縮 機 工 作 原 理 與 活 塞 壓 縮 機 的 不 同 點 ： 活 塞 式 壓 縮 機 是 通 過 活 塞 來 改 變 氣 缸 的 容 積 ， 從 而 達 到 壓 縮 氣體 提 高 壓 力 的 目 的 。 離 心 壓 縮 機 是 利 用 氣 體 動 力 學 的 方 法 ， 即 利 用 高 速 回 轉(zhuǎn) 的 葉 輪對 氣 體 作 功 ， 使 氣 體 在 離 心 力 場 中 使 壓 力 和 動 能 都 得 到 提 高 ， 然 后在 擴 張 流 道 中 在 將 大 部 分 的 動 能 轉(zhuǎn) 變 為 靜 壓 能 ， 而 使 氣 體 壓 力 得 到進 一 步 的 提 高 。 離 心 壓 縮 機 工 作 原 理 葉 輪 在 驅(qū) 動 機 的 帶 動 下 高 速 旋 轉(zhuǎn) ， 在 葉 輪 入 口 產(chǎn) 生 負 壓 區(qū) ， 從 而 使氣 體 從 進 氣 口 到 達 吸 氣 室 ， 再 經(jīng) 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 葉 輪 ， 葉 輪 對 氣 體 做 功 ， 使氣 體 的 壓 力 和 動 能 得 到 提 高 ， 然 后 進 入 擴 壓 室 ， 擴 壓 室 是 一 個 流 通 截 面 積 逐 漸 擴 大 的 流 道 空 間 ， 使 葉 輪 出 來 的 高 速 氣 體 盡 可 能 的 將 動 能 轉(zhuǎn) 化 為靜 壓 能 ， 然 后 通 過 彎 道 ， 進 入 回 流 器 ， 再 進 入 下 一 級 葉 輪 ， 使 氣 體 壓 力進 一 步 得 到 提 高 ， 氣 體 從 最 后 一 級 葉 輪 出 來 后 進 入 蝸 殼 ， 最 后 從 排 氣 口排 出 。 離 心 壓 縮 機 的 組 成軸 承與 機 體 相 連 的 隔 板機 體轉(zhuǎn) 子定 子離 心 壓 縮 機 的 組 成 在 動 靜 部 件 之 間 還 設(shè) 有 密 封 元 件 平 衡 盤聯(lián) 軸 器軸 套轉(zhuǎn) 軸葉 輪 離 心 壓 縮 機 各 截 面 代 號 的 約 定 :in 吸 氣 管 進 口 截 面 0 葉 輪 進 口 截 面1 葉 輪 葉 道 進 口 截 面 2 葉 輪 出 口 截 面3 擴 壓 器 進 口 截 面 4 擴 壓 器 出 口 截 面5 彎 道 出 口 截 面 6 回 流 器 出 口 截 面0 本 級 出 口 截 面 7 排 氣 渦 殼 進 口 截 面out 排 氣 渦 殼 出 口 截 面 離 心 壓 縮 機 的 優(yōu) 缺 點 ：優(yōu) 點 ：1、 離 心 壓 縮 機 排 氣 量 大 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 緊 湊 ， 重 量 輕 ， 機 組 尺寸 小 ， 占 地 面 積 小 。2、 運 轉(zhuǎn) 平 穩(wěn) ， 操 作 可 靠 ， 摩 擦 件 少 ， 因 此 備 件 需 用 量 少 ，維 護 費 用 及 人 員 少 。3、 在 化 工 流 程 中 ， 離 心 壓 縮 機 對 化 工 介 質(zhì) 可 以 做 到 絕 對 無油 的 壓 縮 過 程 。4、 離 心 壓 縮 機 為 一 種 回 轉(zhuǎn) 運 動 機 械 ， 它 適 宜 于 工 業(yè) 汽 輪 機或 燃 汽 輪 機 直 接 拖 動 ， 對 一 般 大 型 化 工 廠 ， 常 用 副 產(chǎn) 蒸 汽驅(qū) 動 工 業(yè) 汽 輪 機 作 為 動 力 ， 為 熱 能 綜 合 利 用 提 供 了 可 能 。缺 點 ：1、 目 前 還 不 太 適 用 于 氣 量 太 小 及 壓 力 比 過 高 的 場 合 。 且 單級 能 夠 提 供 的 壓 力 比 較 活 塞 式 壓 縮 機 小 。2、 穩(wěn) 定 工 況 區(qū) 較 窄 ， 氣 量 調(diào) 節(jié) 雖 然 方 便 ， 但 經(jīng) 濟 性 較 差 。 3、 工 作 效 率 一 般 比 活 塞 壓 縮 機 低 。 第 二 節(jié) 離 心 壓 縮 機 的 氣 動 熱 力 學 氣 體 在 葉 輪 中 實 際 狀 況 0 tW r 0 tWu 0 tWz 氣 體 在 流 道 中 流 動 時 呈 三 元 流 動 狀 態(tài) ， 即 氣 體 的 狀 態(tài) 參 數(shù) 沿軸 向 、 周 向 、 徑 向 都 是 變 化 的 。 實 際 氣 體 流 動 是 非 定 常 的 。 如 ： 氣 體 在 葉 道 中 流 動 的 相 對 速度 流 動 的 都 是 實 際 氣 體 ， 都 有 粘 性 。 在 內(nèi) 部 流 場 的 計 算 中 應(yīng) 考慮 氣 體 粘 性 力 的 影 響 。 氣 體 流 動 邊 界 層 的 存 在 ， 會 產(chǎn) 生 復(fù) 雜 的 流 動 現(xiàn) 象 。 應(yīng) 考 慮 實 際 氣 體 的 壓 縮 因 子 的 影 響 。 1 理 想 氣 體 狀 態(tài) 方 程 、 過 程 方 程 和 壓 縮 功 2 實 際 氣 體 狀 態(tài) 方 程 、 過 程 方 程 和 壓 縮 功 mmaRT P V bV 1） 狀 態(tài) 方 程 gp ZR T , ,r r rc c cp Tp Tp T r rrpc TgpZ ZR T 2） 過 程 方 程 , oo p ppp p p v pc ccc c c k c c c 3-3 氣 體 在 級 中 流 動 的 概 念 和 基 本 方 程 1 歐 拉 公 式假 設(shè) 氣 體 無 預(yù) 旋 的 進 入 葉 輪 .1 90 01 uc由 于 葉 片 無 限 多 ， 2=2A 2 2 1 1th u uH u C u C Aru ctgcuc 2222 2 2 222 2 2 2 2 2 2 2 22(1 ) (1 )rT u A r A ucH u c ctg u ctg u uu 流 量 系 數(shù) 或 葉 輪徑 向 分 速 系 數(shù) 無 窮 多 葉 片 葉 輪周 向 分 速 系 數(shù) 無 限 多 葉 片 葉 輪 的 理 論 能 量 頭 的 影 響 因 素2u1） 、 u 2 的 影 響 22 ru 注 意 ： u2 的 增 大 不 是 無 限 的 ， 將 受 葉 輪 材 質(zhì) 和 氣 體 馬 赫 數(shù) 的 限 制 。TH 2 2 222 2 2 2 2 2 2 2 22(1 ) (1 )rT u A r A ucH u c ctg u ctg u uu 2） 、 周 向 分 速 系 數(shù) 的 影 響 222 uc rr Aru ctg 222 1 由 連 續(xù) 性 方 程 得 ： 2222 bDQc r 2 堵 塞 系 數(shù)與 葉 輪 幾 何 結(jié)構(gòu) 有 關(guān) ， 見 書P77 式 3-3 有 限 葉 片 葉 輪 的 理 論 能 量 頭 通 常 后 彎 型 葉 片 的 葉 輪 ， 葉 片 數(shù) 一 般 為 Z=1418， 而 且葉 片 有 一 定 的 厚 度 。 1、 葉 輪 上 流 速 及 壓 力 實 際 分 布 （ 見 圖 ）原 因 ： 軸 向 渦 流 由 于 流 體 本 身 的 慣 性 ， 使 流 體 在 旋 轉(zhuǎn) 葉 輪 的 葉 道 中 出 現(xiàn) 了 與葉 輪 旋 轉(zhuǎn) 方 向 相 反 ， 旋 轉(zhuǎn) 次 數(shù) 相 同 的 環(huán) 流 現(xiàn) 象 軸 向 渦 流 。 （ 見 圖 ）2、 改 變 了 出 口 速 度 三 角 形 由 于 有 限 葉 片 葉 輪 中 存 在 軸 向 渦 流 ， 不 僅 使 葉 道 中 同 一 截 面相 對 速 度 分 布 不 均 勻 ， 而 且 使 葉 輪 出 口 速 度 方 向 偏 離 葉 片 的 切線 方 向 ， 即 2等 溫效 率 。 忽 略 2 22b aT hydpolhyd T Tc cH HHH H 4） 流 動 效 率 多 變 能 頭 系 數(shù)2 22b ac c pol T hydhyd T TH H HH H 22 2pol hyd T hyd uH H u 2pol hyd u 產(chǎn) 生 流 動 損 失 的 原 因 ： 波 阻 損 失 ： 因 氣 體 的 壓 縮 性 ， 使 氣 速 達 到 或 超 過 音 速 時 形 成的 激 波 阻 力 損 失 （ 見 圖 ） ， 這 種 損 失 實 際 是 激 波 前 后 氣 流 壓 力 、速 度 、 密 度 、 溫 度 等 參 數(shù) 突 躍 變 化 而 造 成 的 一 種 不 可 逆 的 能 量損 失 。 氣 體 本 身 的 粘 滯 性 ， 由 摩 擦 、 渦 流 而 產(chǎn) 生 的 能 量 損 失 。粘 滯 性 引 起 的 流 動 損 失 主 要 表 現(xiàn) 形 式 ：1、 摩 擦 損 失2、 分 離 損 失3、 二 次 渦 流 損 失4、 尾 跡 損 失5、 沖 擊 損 失 3-4 氣 體 在 級 中 的 能 量 損 失 1、 摩 擦 損 失 ：氣 體 在 壓 縮 機 級 的 流 道 中 流 動 ， 因 氣 體 粘 性 的 存 在 ， 在 貼近 流 道 壁 處 產(chǎn) 生 邊 界 層 ， 出 現(xiàn) 磨 擦 損 失 。在 實 際 氣 體 速 度 與 理 想 氣 體 的 速 度 相 差 1%的 氣 體 層 厚度 ， 稱 為 邊 界 層 厚 度 。規(guī) 定 ： 貼 近 壁 面 有 速 度 梯 度 的 這 一 氣 體 薄 層 ， 稱 為 邊 界 層 。 2、 分 離 損 失 減 少 分 離 損 失 的 措 施 使 控 制 流 道 的 當 量 擴 張 角 6 8 經(jīng) 驗 方 法 是 控 制 進 出 口 的 相 對 速 度 比 8.16.111 2221 ffww 3、 二 次 流 損 失與 主 流 方 向 垂 直 的 流 動 造 成 的 損 失 ， 由 哥 氏 力 和 流 道 彎 曲引 起 。 主 要 發(fā) 生 在 葉 輪 的 葉 道 、 彎 道 及 吸 氣 室 等 有 急 劇 轉(zhuǎn)彎 之 處 。4、 尾 跡 損 失 5、 沖 擊 損 失 當 流 量 偏 離 設(shè) 計 工 況 點 時 使 得 11A ， 于 是 氣 流 對 葉片 產(chǎn) 生 沖 擊 造 成 沖 擊 損 失 。損 失 大 小 與 進 氣 沖 角 i = 1A-1 有 關(guān) 。當 流 量 小 于 設(shè) 計 工 況 時 i0，當 流 量 大 于 設(shè) 計 工 況 時 i0。 級 中 輪 阻 損 失 rdrdF 2 drrc dFurcdFrdMf ff 42 22 面 積 摩 擦 力 矩 設(shè) 圓 盤 附 近 氣 體 的 密 度 不 變 ， 且 等 于 葉輪 出 口 處 的 2 ； 設(shè) 圓 盤 內(nèi) 徑 等 于 0， 則 5 2225 rcM f 級 中 泄 漏 損 失 mrmmll Db DDZDsDDaqq 22222 22122 143 22 VVinm 式 中 ： a=0.7 Z=46 齒 ， 齒 頂 間 隙 s0.4mm， 因 圓 盤 有 兩 個 側(cè) 面 ， 故 消 耗 的 功 率 322222 1001002 uDcMN f KW22222 erDucM f 圓 盤 外 緣 摩 擦 力 矩 式 中 e輪 盤 外 緣 寬 度圓 盤 外 緣 消 耗 功 率 3222 100500 ueDcMN f KW輪 盤 摩 擦 總 損 失 功 率 為 232222 51100100 DeuDcNNN fdf KW dfdf TNGH 22222 DbcG r222uh uth 22 2 rr uc 葉 輪 輪 阻 損 失 系 數(shù) 222221000 172.0 urdf Db 多 級 離 心 壓 縮 機 由 于 離 心 壓 縮 機 每 級 所 能 提 供 的 壓 縮 比 很 小 1.21.5， 所 以離 心 式 壓 縮 機 大 多 采 用 多 級 串 聯(lián) 結(jié) 構(gòu) 來 滿 足 工 藝 壓 力 比 的 要 求 。 單 機 級 數(shù) 最 多 可 達 9級 。 為 了 節(jié) 省 功 耗 ， 在 離 心 式 壓 縮 機 中 同 樣 可 以 采 用 中 間 冷 卻 器的 方 法 降 低 排 氣 溫 度 。 離 心 壓 縮 機的 性 能 曲 線 在 該 曲 線 上 的 每 個 點即 代 表 著 壓 縮 機 的 一 個工 況 ， 把 效 率 最 高 的 工況 點 稱 為 最 佳 工 況 點 。注 意 ： 該 圖 是 在 一 定 轉(zhuǎn)速 下 測 定 的 。 在 性 能 曲 線 最 左 邊 對應(yīng) 著 喘 振 點 。 右 邊 對 應(yīng)著 壓 縮 機 的 堵 塞 點 。 兩點 之 間 為 壓 縮 機 的 穩(wěn) 定工 況 區(qū) 。 喘 振 原 因 ABCD旋 轉(zhuǎn) 脫 離 阻 塞 原 因 管 網(wǎng) 特 性 曲 線 壓 縮 機 在 使 用 中 總 是 需 要 管 網(wǎng) 與 其 配 套 。 管 網(wǎng) 包 括 與 壓 縮 機 連 接 的 進 氣 管 路 、 排 氣 管 路 以 及 這 些管 路 上 的 附 件 及 設(shè) 備 的 總 稱 。 氣 體 在 管 網(wǎng) 中 流 動 時 ， 需 要 有 足 夠 的 壓 力 來 克 服 沿 程 阻 力 和 各種 局 部 阻 力 ， 每 條 管 網(wǎng) 都 有 自 己 的 特 性 曲 線 ， 即 氣 體 通 過 管 網(wǎng) 流量 與 保 證 這 個 流 量 通 過 所 需 的 壓 力 之 間 的 關(guān) 系 曲 線 ， 其 取 決 于 管網(wǎng) 本 身 與 用 戶 的 需 要 。 管 網(wǎng) 特 性 曲 線 形 式 壓 縮 機 與 管 網(wǎng) 聯(lián) 合 工 作壓 縮 機 工 作 點 的 兩 個 條 件 ：a、 壓 縮 機 的 排 氣 量 等 于 管 網(wǎng) 的需 氣 量 ；b、 壓 縮 機 提 供 的 排 氣 壓 力 等 于管 網(wǎng) 需 要 的 端 壓 。穩(wěn) 定 工 作 點 的 判 定 條 件 ： pipevcompv dqdpdqdp pipevcompv dqdpdqdp 具 有 穩(wěn) 定 工 況 點具 有 不 穩(wěn) 定 工 況 點 BAB 離 心 式 壓 縮 機 串 聯(lián) 和 并 聯(lián) 工 作 多 臺 離 心 壓 縮 機 可 以 串 聯(lián) 或 并 聯(lián) 在 管 網(wǎng) 中 使 用 。機 組 并 聯(lián) 可 增 大 供 氣 量 ， 串 聯(lián) 可 提 高 供 氣 壓 力 。 相 似 理 論 在 離 心 式 壓 縮 機 中 應(yīng) 用相 似 理 論 在 離 心 式 壓 縮 機 中 的 應(yīng) 用 是 十 分 重 要 的 問 題 ， 它可 為 試 驗 研 究 、 相 似 設(shè) 計 和 性 能 換 算 提 供 理 論 依 據(jù) 。離 心 壓 縮 機 相 似 實 際 是 研 究 氣 體 在 壓 縮 機 內(nèi) 接 受 葉 輪 外 功進 行 能 量 交 換 過 程 中 的 流 動 相 似 問 題 。流 動 相 似 是 指 氣 體 在 流 經(jīng) 幾 何 相 似 的 機 器 時 ， 其 任 意 對 應(yīng)點 的 同 名 物 理 量 的 比 值 相 等 。氣 體 流 動 的 基 本 物 理 量 有 T、 p、 c若 兩 機 流 動 相 似 ， 兩 機 間 任 意 點 處 的 T、 p、 c 比 值 相 等 。相 似 的 條 件 ：流 動 相 似 時 兩 機 間 幾 何 、 運 動 、 動 力 、 熱 力 必 須 相 似 。對 于 幾 何 相 似 是 指 同 名 幾 何 參 數(shù) 對 應(yīng) 比 值 等 于 常 數(shù) ， 且 任意 點 處 葉 片 安 裝 角 必 須 相 等 。 22112211 bbbbbbDDDDDDil AAAA 2211 注 意 ： 要 產(chǎn) 生 相 似 流 動 只能 發(fā) 生 在 幾 何 相 似 的 流 道 ，其 是 相 似 流 動 最 基 本 的 要素 。 運 動 相 似 的 條 件對 于 運 動 相 似 是 指 兩 機 內(nèi) 部 流 動 的 流 型 相 似 ， 即 兩 機 任 意 對應(yīng) 點 處 的 速 度 大 小 成 比 例 ， 且 為 一 個 常 數(shù) ， 速 度 的 方 向 相同 速 度 三 角 形 相 似 。 221122112211 uuuuuuwwwwwwccccccic 可 以 證 明 ： 對 于 幾 何 相 似 的 流 道 內(nèi) 當 進 口 速 度 三 角 形 相 似 則 能 保證 后 續(xù) 的 運 動 相 似 。 動 力 相 似 的 條 件 ：動 力 相 似 是 指 兩 機 氣 流 在 對 應(yīng) 點 上 所 受 的 同 名 力 的 比 值 相 等 。離 心 壓 縮 機 中 對 氣 流 流 動 起 主 要 作 用 的 力 有 慣 性 力 、 粘 性 力 、 彈性 力 。 2223 lclclmafg 由 因 次 分 析 得 : 慣 性 力 粘 性 力 clAdndcf 彈 性 力 是 指 氣 體 在 流 動 中 由 于 體 積 發(fā) 生 變 化 所 需 的 力 。彈 性 力 大 小 與 氣 體 的 彈 性 系 數(shù) 有 關(guān) 。彈 性 系 數(shù) 的 物 理 含 義 是 ： 產(chǎn) 生 單 位 容 積 相 對 變 化 率 時所 需 的 壓 強 增 量 。 ddpE dVdV dVdpVE 因 氣 體 容 積 變 化 率 與 密 度 變 化 率 剛 好 相 反 。 2a力 是 壓 強 乘 以 面 積 ， 所 以 彈 性 力 必 然 與 彈 性 系 數(shù) 及 受 力 面 積成 正 比 。 彈 性 力 為 ： 22laEAfe ffff gg cllc 若 兩 機 對 應(yīng) 的 雷 諾 數(shù) 相 等 則 兩 機 對 應(yīng) 點 的 慣 性 力 的 比 值 等 于 對應(yīng) 點 的 粘 性 力 比 值 。雷 諾 數(shù) 相 等 實 際 是 反 映 流 體 粘 性 對 流 體 流 動 的 影 響 相 當 ， 當 兩機 雷 諾 數(shù) 相 等 時 ， 兩 機 對 應(yīng) 的 摩 擦 阻 力 系 數(shù) 相 等 ， 但 由 于 透 平式 機 械 雷 諾 數(shù) 一 般 大 于 臨 界 值 ， 機 內(nèi) 流 動 已 進 入 自 動 模 化 區(qū) ，這 時 流 動 摩 擦 阻 力 系 數(shù) 近 似 為 一 常 數(shù) ， 因 此 可 不 必 考 慮 它 對 流動 的 影 響 。 ee RR 依 相 似 定 義 得 動 力 相 似 的 條 件 eegg ffffff egeg ffff acac MM 兩 機 動 力 要 相 似 只 要 滿 足 兩 機 任 意 對 應(yīng) 點 處 馬 赫 數(shù) 相 等 。當 兩 機 幾 何 相 似 和 速 度 三 角 形 相 似 的 前 提 下 ， 只 要 滿 足兩 機 某 個 截 面 馬 赫 數(shù) 相 等 ， 其 他 截 面 馬 赫 數(shù) 也 相 等 。 通常 取 進 口 截 面 。 uu MM 11 11 MM ww MM 11 注 意 書 中 ： 特 征 馬 赫 數(shù) 相 等 2222222 TTMTTkRTukRTuM jujju 熱 力 相 似 條 件 ：兩 機 熱 力 相 似 是 指 在 各 對 應(yīng) 點 處 同 類 熱 力 參 數(shù) 比 值 相 等 ，如 溫 度 比 、 壓 力 比 、 速 度 比 、 比 容 比 等 。這 些 比 值 均 是 （ M、 k） 的 函 數(shù) ， 因 此 此 時 還 需 兩 機 的kk 兩 機 相 似 的 條 件 ： 流 道 幾 何 相 似 ， 進 口 速 度 三 角 形 相 似 ， 馬 赫 數(shù)相 等 ， 絕 熱 過 程 指 數(shù) 相 等 。相 似 定 律 的 應(yīng) 用 P103 式 3-5459 自 學 ：1、 壓 縮 機 的 各 種 調(diào) 節(jié) 方 法 及 其 特 點 和 壓 縮 機 附 屬 系 統(tǒng) P1041092、 壓 縮 機 的 選 型 P125136 多 級 離 心 壓 縮 機 組 有 限 多 葉 片 流 速 及 壓 力 分 布 軸 向 渦 流 流 道 中 流 體 的 實 際 流 動 聲 音 的 傳 播