1、中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机离心式压缩机中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机 离心式压缩机离心式压缩机1 1 离心式压缩机的主要构件及基本原理离心式压缩机的主要构件及基本原理2 2 气体在级中的流动及基本方程气体在级中的流动及基本方程3 3 级中能量损失级中能量损失4 4 离心式压缩机的特性曲线离心式压缩机的特性曲线5 5 离心式压缩机的性能调节离心式压缩机的性能调节6 6 相似原理在离心式压缩机中的应用相似原理在离心式压缩机中的应用7 7 离心式压缩机的主要零部件离心式压缩机的主要零部件8 8 离心式压缩机密封装置离心式压缩机密封装置9
2、 9 离心式压缩机润滑系统离心式压缩机润滑系统1 离心式压缩机的主要构件及基本原理离心式压缩机的主要构件及基本原理 离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换，使气离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换，使气体主要沿离心方向流动从而提高气体压力的机器。体主要沿离心方向流动从而提高气体压力的机器。1.1 1.1 离心式压缩机的主要构件离心式压缩机的主要构件（1 1）离心式压缩机的典型结构）离心式压缩机的典型结构 结构型式：结构型式： 中低压水平剖分型中低压水平剖分型 垂直剖分（高压圆筒）型垂直剖分（高压圆筒）型 多轴式多轴式 例：例： 沈阳鼓风机厂沈阳鼓风机厂MCL系列中低压水平剖分式多系列中低压水平剖
3、分式多级离心压缩机、级离心压缩机、BCL系列高压筒形压缩机。系列高压筒形压缩机。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机水平剖分型：水平剖分型：气缸剖分为上下两部分，螺栓连接。上下气缸剖分为上下两部分，螺栓连接。上下机壳为组合件，由缸体和隔板组成。适于中低压压缩机机壳为组合件，由缸体和隔板组成。适于中低压压缩机（一般低于（一般低于5MPa）。）。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机垂直剖分型：垂直剖分型：气缸为筒形。隔板上下剖分（螺栓连接成气缸为筒形。隔板上下剖分（螺栓连接成为整体，气缸两侧端盖用螺栓紧固。隔板转子组装后送为整体，气缸两侧端盖用螺栓紧
4、固。隔板转子组装后送入筒形缸体。抗内压能力强，密封好，刚性好，温度、入筒形缸体。抗内压能力强，密封好，刚性好，温度、压力引起的变形均匀，适于压力高、易泄漏的气体。压力引起的变形均匀，适于压力高、易泄漏的气体。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机多轴式：多轴式：齿轮箱中一个大齿轮驱动几个小齿轮，每个轴齿轮箱中一个大齿轮驱动几个小齿轮，每个轴的一端或两端安装有叶轮。叶轮轴向进气，径向排气，的一端或两端安装有叶轮。叶轮轴向进气，径向排气，以管道连接各级。从动轴转速不同，各级均在最佳状况以管道连接各级。从动轴转速不同，各级均在最佳状况下运行。适于中低压空气、蒸汽或惰性气体。下运
5、行。适于中低压空气、蒸汽或惰性气体。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机结构组成：机壳，转子，定子，以及辅助系统。结构组成：机壳，转子，定子，以及辅助系统。定子部分定子部分1 1、气缸：、气缸：是压缩机的壳体，又称是压缩机的壳体，又称为机壳。由壳体和进排为机壳。由壳体和进排气室组成，内装有隔板、气室组成，内装有隔板、密封体、轴承等零部件。密封体、轴承等零部件。对它的主要要求是：有对它的主要要求是：有足够的强度以承受气体足够的强度以承受气体的压力，法兰结合面应的压力，法兰结合面应严密，主要由铸钢组成。严密，主要由铸钢组成。2 2、隔板：隔板是形成固定元件的气体通道、隔板：
6、隔板是形成固定元件的气体通道 根据隔板在压缩机所处的位置，隔板可分为根据隔板在压缩机所处的位置，隔板可分为4种类种类型：进口隔板、中间隔板、段间隔板、排气隔板。型：进口隔板、中间隔板、段间隔板、排气隔板。转子部分主轴转子部分主轴 压缩机的关键部件，他是主要起到装配叶轮、压缩机的关键部件，他是主要起到装配叶轮、平衡盘、推力盘的作用，是转子部分的中心部位。平衡盘、推力盘的作用，是转子部分的中心部位。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机压缩机装置系统图压缩机装置系统图转子：叶轮与轴的组件。转子：叶轮与轴的组件。（1）叶轮）叶轮 离心式压缩机中唯一的作功部件。它离心式压缩机中唯
7、一的作功部件。它随轴高速旋转，气体在叶轮中受旋转离心力和扩压流随轴高速旋转，气体在叶轮中受旋转离心力和扩压流动作用，因此气体流出叶轮时的压力和速度都得到明动作用，因此气体流出叶轮时的压力和速度都得到明显提高。显提高。观看离心式压缩机装配动画观看离心式压缩机装配动画（1）扩压器）扩压器 离心式压缩机中的转能部件。气体离心式压缩机中的转能部件。气体从叶轮流出时速度很高，为此在叶轮出口后设置流通从叶轮流出时速度很高，为此在叶轮出口后设置流通截面逐渐扩大的扩压器，以将这部分速度能有效地转截面逐渐扩大的扩压器，以将这部分速度能有效地转变为压力能。变为压力能。（2）弯道）弯道设置于扩压器后的气流通道。其作
8、用设置于扩压器后的气流通道。其作用是将扩压器后的气体由离心方向改为向心方向，以便是将扩压器后的气体由离心方向改为向心方向，以便引入下一级叶轮去继续进行压缩。引入下一级叶轮去继续进行压缩。定子：扩压器、弯道、回流器、吸气室和蜗壳定子：扩压器、弯道、回流器、吸气室和蜗壳等固定元件等固定元件 。（3）回流器）回流器 使气流以一定方向均匀进入下一级使气流以一定方向均匀进入下一级叶轮入口。回流器中一般都装有导向叶片。叶轮入口。回流器中一般都装有导向叶片。（4）吸气室）吸气室 将气体从进气管（或中间冷却器出将气体从进气管（或中间冷却器出口）均匀地引入叶轮进行压缩。口）均匀地引入叶轮进行压缩。（5）蜗壳）蜗
9、壳 把从扩压器或直接从叶轮出来的气体把从扩压器或直接从叶轮出来的气体收集起来，并引出机外。在蜗壳收集气体的过程中，收集起来，并引出机外。在蜗壳收集气体的过程中，由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着一定的降速扩压作用。一定的降速扩压作用。1.2 1.2 离心式压缩机的基本工作原理离心式压缩机的基本工作原理l 气体由吸气室吸入，通过叶轮对气体作功后，使气体的压力、气体由吸气室吸入，通过叶轮对气体作功后，使气体的压力、速度、温度都得到提高，然后再进入扩压器，将气体的速度、温度都得到提高，然后再进入扩压器，将气体的速度能速度能转变为压力能转变为压
10、力能。l当通过一级叶轮对气体作功、扩压后不能满足输送要求时，就当通过一级叶轮对气体作功、扩压后不能满足输送要求时，就必须把气体再引入必须把气体再引入下一级继续进行压缩下一级继续进行压缩。为此，在扩压器后设。为此，在扩压器后设置了弯道、回流器，使气体由离心方向变为向心方向，均匀地置了弯道、回流器，使气体由离心方向变为向心方向，均匀地进入下一级叶轮进口。进入下一级叶轮进口。l各级经蜗壳及排出管被引出至各级经蜗壳及排出管被引出至中间冷却器中间冷却器。冷却后的气体再经。冷却后的气体再经吸气室进入以后各级继续压缩，最后由排出管输出。吸气室进入以后各级继续压缩，最后由排出管输出。l气体在离心式压缩机中是沿
11、着与压缩机轴线垂直的气体在离心式压缩机中是沿着与压缩机轴线垂直的半径方向流半径方向流动动的。的。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机级是离心压缩机使气体增压的基本单元，有三级是离心压缩机使气体增压的基本单元，有三种型式，即：首级、中间级、末级。种型式，即：首级、中间级、末级。1.3 1.3 离心式压缩机的主要优缺点离心式压缩机的主要优缺点 优点：优点：（1）单级流量大。目前合成氨装置中合成气体压缩机的排气量达）单级流量大。目前合成氨装置中合成气体压缩机的排气量达6000m3/min以上。在产量大于以上。在产量大于600吨吨/日的合成氨厂中主要的工艺日的合成氨厂中主要的工
12、艺用压缩机几乎都采用了离心式压缩机。用压缩机几乎都采用了离心式压缩机。 （2）重量轻、体积小。无论机组占地面积还是质量都比同一气）重量轻、体积小。无论机组占地面积还是质量都比同一气量的活塞式压缩机小得多。量的活塞式压缩机小得多。（3）运转可靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，）运转可靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，操作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。目前操作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。目前大型石油化工过程用离心式压缩机多为单机运行。大型石油化工过程用离心式压缩机多为单机运行。（4）气体不与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可）气体不
13、与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可以做到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。以做到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。（5）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以合理而充分的利用工艺过程本身的热能，节约能源。合理而充分的利用工艺过程本身的热能，节约能源。 缺点：缺点：（1）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。（2）离心式压缩机的效率一般低于活塞式压缩机。）离心式压缩机的效率一般低于活塞式压缩机。（3）离心式压缩机的稳定工况区较窄。）离心式压缩机的稳定工况区较窄。2 气体在级中的流
14、动及基本方程气体在级中的流动及基本方程气体在压缩机叶轮中的流动与液体在泵叶轮中流动非气体在压缩机叶轮中的流动与液体在泵叶轮中流动非常类似，都是沿半径方向流动的，其圆周速度为常类似，都是沿半径方向流动的，其圆周速度为u，相对速度为，绝对速度为相对速度为，绝对速度为c。圆周速度与圆周速度与相对速度的相对速度的合成。合成。相对速度相对速度（w）：与叶片的切线方向一致。）：与叶片的切线方向一致。牵连速度牵连速度（u）：）：绝对速度绝对速度（c）：）：6022nDu三者之间的三者之间的关系可以用关系可以用速度三角形速度三角形表示表示但气体与液体性质不同，又使其流动过程有所区别：但气体与液体性质不同，又使
15、其流动过程有所区别：气体与液体的密度相差很大，因此当它们通过叶轮气体与液体的密度相差很大，因此当它们通过叶轮获得同样的能头时，两者的压力升获得同样的能头时，两者的压力升p相差很大；相差很大；气体是可压缩的，在气体压力提高的同时，其他状气体是可压缩的，在气体压力提高的同时，其他状态参数如比容、温度等都在变化。尤其在高速下，气态参数如比容、温度等都在变化。尤其在高速下，气体的流动更复杂。体的流动更复杂。气体在压缩机内的流动情况分析：气体在压缩机内的流动情况分析：欧拉方程；伯努利方程；用热力学基本方程来分析气欧拉方程；伯努利方程；用热力学基本方程来分析气体在压缩过程中状态参数的变化及其对流动影响。体
16、在压缩过程中状态参数的变化及其对流动影响。在离心式压缩机中气体的流动实际上是属于三元非在离心式压缩机中气体的流动实际上是属于三元非稳态流动。稳态流动。在工程上，为了便于分析研究，常假设级中气体作在工程上，为了便于分析研究，常假设级中气体作一元定常流动。一元定常流动。一元定常流动一元定常流动垂直于流动方向的各截面上的流动垂直于流动方向的各截面上的流动参数（压力、温度、密度和速度等）都均匀一致且不参数（压力、温度、密度和速度等）都均匀一致且不随时间变化。随时间变化。这样，气体参数的变化仅与流道长度这一坐标有关。这样，气体参数的变化仅与流道长度这一坐标有关。 中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）
17、离心压缩机离心压缩机2.1 2.1 连续方程连续方程连续方程的基本表达式连续方程的基本表达式 constfcQQQGrii2222211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，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。其密度不断增大，容积流量沿机器不断减小。式中：式中：G G 为质量流量为质量流量 kg/skg/s, , Q Q 为容积流量为容积流量m m3 3/s,/s,为气为气流密度流密度, ,f f 为截
18、面面积为截面面积, ,c c2r2r为垂直该截面的法向流速。为垂直该截面的法向流速。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机2.2 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：1122uuTTcucuHL也可表示为：也可表示为：222212222212122ccwwuuHLTT式中式中L LT T 为叶轮输出的欧拉功为叶轮输出的欧拉功 ，H HT T
19、为每千克流体所接受的为每千克流体所接受的能量称为理论能量头，单位是能量称为理论能量头，单位是J/kgJ/kg。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机欧拉方程的物理意义：欧拉方程的物理意义：欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循能量转换与守恒定律；能量转换与守恒定律；只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出一千克流体与只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出一千克流体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；该方程适用于任何气体或液体，既适用于叶
20、轮式的压缩机，该方程适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的压缩机，也适用于叶轮式的泵；也适用于叶轮式的泵；推而广之只需将等式右边各项的进出口符号调换一下，亦适推而广之只需将等式右边各项的进出口符号调换一下，亦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2211uuuucucuHL中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机叶片数有限的理论能头：叶片数有限的理论能头：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流无预旋进入叶轮。此时
21、叶轮或气流无预旋进入叶轮。此时09011uc，222222222uucucuHuuuTucuu理论能头系数或周速系数理论能头系数或周速系数中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机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。此时叶轮或气
22、流无预旋进入叶轮。此时09011uc，22uTcuH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，非工作面工作面一侧相对速度小，非工作面一侧相对速度大。一侧相对速度大。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机为此，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、叶滑移速度与叶轮结构、叶道中流动情况及流体性质道中流动情况及流体性质有关。有关。AAruuuzuctgcuwccsin斯陀道拉认为，轴向漩涡斯陀道拉认为，轴向漩涡的转速与叶轮转速相等，的转速与叶轮转速相等，但方向相反；并假设
23、轴向但方向相反；并假设轴向漩涡的直径近似等于叶轮漩涡的直径近似等于叶轮叶道的有效宽度。轴向漩叶道的有效宽度。轴向漩涡导致叶轮出口处气流产涡导致叶轮出口处气流产生平均附加圆周分速度，生平均附加圆周分速度，其数值为其数值为 wu2。实际叶轮理论扬程：实际叶轮理论扬程：TTHH滑移系数（又称环流系数、周速纠正系数），用以滑移系数（又称环流系数、周速纠正系数），用以考虑叶片数有限对理论扬程的影响考虑叶片数有限对理论扬程的影响 22uuTTccHH与叶片数与叶片数z、叶片离角、叶片离角A2、叶轮形状尺寸等参数有关、叶轮形状尺寸等参数有关 中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机有限多
24、叶片的理论能头的计算公式：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、流量系数、叶片出口主要与叶轮圆周速度、流量系数、叶片出口角和叶片数有关。角和叶片数有关。TH)sin1 (2222222AAruTzctgucuHucrr式中：式中： 流量系数。流量系数。 2r22222222sinAAruuuzuctgcuwcc2A2A22sinctg1zru2u又可表达为：又可表达为： 周速系数周速系数2222222222 )sin1 (uAAruTuzctgucuH【例】 离心式压缩机D
25、A35061第一级叶轮的外径D2=600 mm，叶片出口角A2=45，叶片数 z =18，流量系数r2=0.248，转速n =8600 r/min。求叶轮使每千克气体所获得的理论能头。 )sin1 (2222222AAruTzctgucuHm/s.nDu(J/kg) 45892.850.628673008.04 45sin1845ctg248. 012 .2702TH 解：解：2.4 2.4 总耗功和功率总耗功和功率叶轮对每千克有效气体作的总功为：叶轮对每千克有效气体作的总功为： ldfTtotWWWWWT叶轮通过叶片对叶道内的气体作功，叶轮通过叶片对叶道内的气体作功，成为叶片功，它就是气体获
26、得的理论能头；成为叶片功，它就是气体获得的理论能头；Wdf轮阻损失功。叶轮的轮盘和轮盖的轮阻损失功。叶轮的轮盘和轮盖的外表面及轮缘等与周围气体有相对运动，产外表面及轮缘等与周围气体有相对运动，产生摩擦而消耗功。轮阻损失功转变成热量而生摩擦而消耗功。轮阻损失功转变成热量而被气体吸收。被气体吸收。Wl内漏气损失功。由于叶轮轮盖处存在内漏气损失功。由于叶轮轮盖处存在泄漏，有流量为泄漏，有流量为Gl（kg/s）的气体从叶轮出）的气体从叶轮出口返回到叶轮入口，并且反复循环，把能量口返回到叶轮入口，并且反复循环，把能量消耗在轮盖密封处，它也转变成热量而被气消耗在轮盖密封处，它也转变成热量而被气体吸收。体吸
27、收。 每千克有效气体从叶轮中得到相应的总能头为每千克有效气体从叶轮中得到相应的总能头为 ： ldfTtotHHHH轮阻轮阻损失能头损失能头内漏气内漏气损失能头损失能头理论能头理论能头【思考思考】 离心式压缩机的总能头离心式压缩机的总能头Htot 包包括哪几部分？为什么泄漏损失能头括哪几部分？为什么泄漏损失能头Hl 和和轮盘阻力损失能头轮盘阻力损失能头Hdf 都要计入总能头？都要计入总能头？ 中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机2.4 2.4 能量方程能量方程 能量方程用来计算气流温能量方程用来计算气流温度（或焓）的增加和速度的变度（或焓）的增加和速度的变化。化。 根据热
28、力学的能量转换与根据热力学的能量转换与守恒定律，当气体在级中作稳守恒定律，当气体在级中作稳定流动时，取级中任意两截面定流动时，取级中任意两截面a、b间的系统作为考察对象，则对间的系统作为考察对象，则对单位质量气体有：单位质量气体有：)(2)(22abababababzzgcciiqH焓焓外界做功外界做功外界加热外界加热流速流速位置位置中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机能量方程的物理意义：能量方程的物理意义：能量方程是既含有机械能又含有热能的能量转化与守能量方程是既含有机械能又含有热能的能量转化与守恒方程，它表示由叶轮所作的机械功，转换为级内气恒方程，它表示由叶轮所作的
29、机械功，转换为级内气体温度（或焓）的升高和动能的增加；体温度（或焓）的升高和动能的增加；该方程适用任一级，也适用于多级整机或其中任一通该方程适用任一级，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。流部件，这由所取的进出口截面而定。 中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机 离心压缩机不从外界吸收热量，而由机壳向外散出的热量离心压缩机不从外界吸收热量，而由机壳向外散出的热量与气体与气体的热焓升高相比较是很小的，故可认为气体在机与气体与气体的热焓升高相比较是很小的，故可认为气体在机器内作绝热流动，其器内作绝热流动，其 q=0； 忽略忽略a、b截面高度差；且近似
30、绝热过程，对理想气体有：截面高度差；且近似绝热过程，对理想气体有：2)(12)(2222ababababpabccTTkkRccTTcH)(2)(22abababababzzgcciiqH定压比热容定压比热容气体常数气体常数中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机 当当a、b截面分别为级的进、出口截面时，一个级截面分别为级的进、出口截面时，一个级的能量方程式可写为：的能量方程式可写为：2)(12)(2222sdsdsdsdptotccTTkkRccTTcH中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机2.5 2.5 伯努利方程伯努利方程 应用伯努利方程将流体获
31、得的能量区分为有用能应用伯努利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，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升高的静压能联系起来，其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：表达式为：ablosabppabhccpvHba)(d 在稳定流动中外界对气体所作的功，表现为气体在稳定流动中外界对气体所作的功，表现为气体静压头的提高静压头的提高、速度头的提高速度头的提高、并克服、并克服各种能量损失各种能量损失。它是计算压缩机中气体压力变化的一个重要方程式。它是计算压缩机中气体压力变化的一个重要方程式。 sdlossd
32、pptothccvdpHds)(222hydldfloshhhhhlos级进出口全部能级进出口全部能量损失量损失hdf轮阻损失轮阻损失hl内漏气损失内漏气损失hhyd各种流动损失各种流动损失中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机伯努利方程的物理意义伯努利方程的物理意义: :伯努利方程也是能量转化与守恒的一种表达式伯努利方程也是能量转化与守恒的一种表达式, ,它表示叶轮所它表示叶轮所做机械功转换为级中流体的有用能量做机械功转换为级中流体的有用能量( (静压能和动能增加静压能和动能增加) )的同的同时时, ,由于流体具有粘性由于流体具有粘性, ,还需付出一部分能量克服流动损失
33、或级还需付出一部分能量克服流动损失或级中所有的损失；中所有的损失；它建立了机械能与气体压力它建立了机械能与气体压力p p、流速、流速c c 和能量损失之间的相互和能量损失之间的相互关系；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而定由所取的时出口截面而定 ；对于不可压流体，其密度对于不可压流体，其密度为常数，则可直接为常数，则可直接解出，因而对输送水或其他液体的泵来说应用伯努利方程计算解出，因而对输送水或其他液体的泵来说应用伯努利方程计算压力的升高是十分方便的。而对于可压缩流体，还需知道压力的升高是十分方
34、便的。而对于可压缩流体，还需知道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。1221ppdp2.6 2.6 级效率；热力过程方程和压缩功的表达式级效率；热力过程方程和压缩功的表达式关联关联 是外功中可以用来使气体压力升高是外功中可以用来使气体压力升高并克服损失的能头，称为并克服损失的能头，称为可用能头可用能头。222ababccHablosabppabhccpvHba)(d伯努利方程：伯努利方程：ablosppababhpvccHba)(d222等温压缩等温压缩过程中温度始终保持常数过程中温度始终保持常数 ：dsRTRTRTpvsdsppsppis
35、ppRTppRTpvHdsdslndd等温压缩功：等温压缩功：绝热压缩绝热压缩为等熵过程为等熵过程 ：constpvk绝热压缩功：绝热压缩功：kksdssksppkppadppvpkkppvppvHdsds)(dds)(1) 1(1 1)(11sdsdskksdsadTTRkkTTRTkkppRTkkH或或多变压缩多变压缩过程存在能量损失和气体同外界的热交过程存在能量损失和气体同外界的热交换换 ：constpvm多变压缩功：多变压缩功：)(1 1)(11sdmmsdspppolTTRmmppRTmmvdpHds【例题例题】 某离心式空气压缩机的一个级，空气某离心式空气压缩机的一个级，空气进、出
36、口参数进、出口参数 ts=20，ps=101.3103Pa，pd=155103Pa。试计算压缩一千克空气需要。试计算压缩一千克空气需要的的 、 和和 各为多少？各为多少？isH .kHad .mHpol解：解： 空气的气体常数空气的气体常数R = 287.64 J/kgK Ts=273+20=293 KJ/kg 35847103 .10110155ln29364.287ln33sdsisppRTHJ/kg 381161103 .1011015529364.28714 . 14 . 1 114 . 114 . 1331kksdsadppRTkkHJ/kg 388301103 .101101552
37、9364.287159. 159. 1 1159. 1159. 1331mmsdspolppRTmmH在进气温度和压力比相同的条件下，等温压缩功最小，在进气温度和压力比相同的条件下，等温压缩功最小，排气温度最低。多变压缩功最大，排气温度最高。所排气温度最低。多变压缩功最大，排气温度最高。所以多级压缩时常作成多段，增加段间冷却以降低气体以多级压缩时常作成多段，增加段间冷却以降低气体温度，使压缩过程向等温过程靠近，达到节省压缩功温度，使压缩过程向等温过程靠近，达到节省压缩功的目的。的目的。压缩功大小与气体性质有关，在同样压力比下压缩轻压缩功大小与气体性质有关，在同样压力比下压缩轻的气体（气体常数的
38、气体（气体常数R 较大）比压缩重气体需要的压缩较大）比压缩重气体需要的压缩功大。例如压缩氢气需要的压缩功比压缩空气需要的功大。例如压缩氢气需要的压缩功比压缩空气需要的压缩功大压缩功大14.4倍。倍。由于同一压缩机的级压缩同一质量流量的不同气体所由于同一压缩机的级压缩同一质量流量的不同气体所提供的理论能头提供的理论能头 HT 是相同的，所以，当压力比相同时，是相同的，所以，当压力比相同时，压缩轻气体需要的级数比重气体的多。压缩轻气体需要的级数比重气体的多。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机降低气体的温度，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
39、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阻力降，加大功率消耗。因此，要合理选择压缩机的段数。的段数。多变效率：多变效率：11)(1)(1222kkmmTTkkRTTmmRccHHsdsdsdtotpolpolpolkkmm11多变指数系数：多变指数系数：2)(122sdsdtotccTTkkRH由能量方程知：3 级中能量损失级中能量损失流动损失流动损失摩阻损失摩阻损失冲击损失冲击损失分离损失分离损失二次涡流
40、损失二次涡流损失尾迹损失尾迹损失波阻损失波阻损失内漏气损失内漏气损失轮阻损失轮阻损失中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机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：产生原因：流体的粘性是根本流体的粘性是根本原因。从叶轮进口到出口有流原因。从叶轮进口到出口有流体与壁面接触，就有边界层存体与壁面接触，就有边界层存在，就将产生摩阻损失。在，就将产生摩阻损失。 摩阻损失摩阻损失Hf 与摩阻系数与摩阻系数相相关，摩阻系数是关，摩阻系数是Re与壁面粗糙与壁面粗糙度的函数。度的函数。减小措施减小措施：减少叶轮外表面粗糙度。：减少叶轮外表面粗糙度。中国
41、石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机（2 2）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进气流量偏离设计工况点，使得叶轮和叶片扩压器的进气冲角冲角i0，在叶片进口附近产生较大的扩张角，导致气流对叶片，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。的冲击，造成分离损失。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。减少措施减少措施：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。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。11Ai
42、其中进气冲角流量流量小于小于设计设计流量流量大于大于设计设计中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机（3 3）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。868.16.1112221ff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中国石油大学（华东）
43、中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机（4 4）二次涡流损失）二次涡流损失产生原因：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：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。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机（5 5）尾迹损失）尾迹损失 产
44、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，
45、叶片厚度及叶道边界层有关。边界层有关。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机（6 6）波阻损失）波阻损失 马赫数（马赫数（M）流场中任一点处的气流速度流场中任一点处的气流速度c与该与该点气温下的音速点气温下的音速a之比。之比。马赫数是表征气流可压缩性的一个准数。马赫数是表征气流可压缩性的一个准数。当当M0.3时，一般可以不考虑密度的变化，即认为此时气流是时，一般可以不考虑密度的变化，即认为此时气流是不可压缩的，它所引起的误差也不超过不可压缩的，它所引起的误差也不超过9%。当当M0.3时，就必须考虑密度的变化，即必须考虑气流的可压时，就必须考虑密度的变化，即必须考虑气流的可
46、压缩性了，否则会造成很大的误差。缩性了，否则会造成很大的误差。气体的可压缩性只有在高速时才明显地显示出来。气体的可压缩性只有在高速时才明显地显示出来。kRTcacM中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机（6 6）波阻损失）波阻损失 产生原因：产生原因：当超音速气流绕物体流动时，强扰动的波峰表面上将会有很大当超音速气流绕物体流动时，强扰动的波峰表面上将会有很大的压力及密度的突然变化，即在流场中往往出现突跃的压缩波。的压力及密度的突然变化，即在流场中往往出现突跃的压缩波。气流通过这种压缩波时，压力、温度、密度都突跃地升高，速度气流通过这种压缩波时，压力、温度、密度都突跃地升高
47、，速度突跃地下降，气流受到突然的压缩。这种突跃压缩波叫激波。超突跃地下降，气流受到突然的压缩。这种突跃压缩波叫激波。超音速气流被压缩时，一般都会产生激波。所以激波是超音速气流音速气流被压缩时，一般都会产生激波。所以激波是超音速气流中的重要现象。中的重要现象。气流通过激波时，有压力、密度、温度及速度的突跃，因此从气流通过激波时，有压力、密度、温度及速度的突跃，因此从热力学观点分析，这是一个不可逆过程，有很大的能量损失，由热力学观点分析，这是一个不可逆过程，有很大的能量损失，由激波引起的这些能量损失的总和称为波阻损失。激波引起的这些能量损失的总和称为波阻损失。大小：大小：当气速增大时，级中的能量损
48、失将急剧增加。当气速增大时，级中的能量损失将急剧增加。中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机产生原因：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，产生的损失的气体发生摩擦，产生的损失大小：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。对于离心叶轮，需试验得到轮阻损失功率对于离心叶轮，需试验得到轮阻损失功率3.2 轮阻损失轮阻损失 中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机（1）产生漏气损失的原因）产生漏气损失的原因u存在间隙；存在压力差。存在间隙；存在压力差。u
49、出口压力大于进口压力，级出口出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定件之间的间隙、轴端的间侧与固定件之间的间隙、轴端的间隙，产生漏气，存在能量损失。隙，产生漏气，存在能量损失。密封型式：梳齿密封、蜂窝密封等密封型式：梳齿密封、蜂窝密封等3.3 漏气损失漏气损失 中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机级级中中能能量量损损失失流动损失流动损失摩阻损失摩阻损失冲击损失冲击损失分离损失分离损失二次涡流损失二次涡流损失尾迹损失尾迹损失波阻损失波阻损失内漏气损失内漏气损失轮阻损失轮阻损失减少叶轮外表面粗糙度。减少叶轮外表面粗糙度
50、。正冲角损失正冲角损失(小流量小流量)与负冲与负冲角损失角损失(大流量大流量)控制通道的当量扩张角控制通道的当量扩张角增加叶片数，避免急弯增加叶片数，避免急弯采用翼型叶片采用翼型叶片马赫数表征气流可压缩性马赫数表征气流可压缩性与轮盘的粗糙度，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密封密封中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）离心压缩机离心压缩机4 4 离心式压缩机的特性曲线离心式压缩机的特性曲线4.1 4.1 级的特性曲线级的特性曲线 离心压缩机工作性能最主要的参数是离心压缩机工作性能最主要的参数是压力比、效压力比、效率和流量率和流量。为将其工作性能形象表示出来，一般以曲。
