泵與壓縮機(jī)-離心式壓縮機(jī).ppt

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1、泵與壓縮機(jī),主講: 馮 進(jìn) 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,2 離心壓縮機(jī),離心式壓縮機(jī)是屬于速度式透平壓縮機(jī)的一種。在早期,離心壓縮機(jī)只適用于低、中壓力和大氣量的場合。近十幾年來,在離心壓縮機(jī)在設(shè)計、制造方面,不斷采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)和新工藝,使其工作性能和可靠性不斷提高,離心壓縮機(jī)被用來壓縮和輸送各種石油化工生產(chǎn)過程中的氣體,應(yīng)用范圍有了很大提高,在石油天然氣輸送中也越來越多的被采用。,,2.1 離心壓縮機(jī)的主要部件及基本工作原理,一、離心式壓縮機(jī)的主要部件 離心式壓縮機(jī)的零件,可以歸結(jié)為兩類,即轉(zhuǎn)動件和不轉(zhuǎn)動件。通常將轉(zhuǎn)動的零件稱為轉(zhuǎn)子,不轉(zhuǎn)動的零件稱為定子。 1.轉(zhuǎn)子部件 離心式壓縮機(jī)中屬于

2、轉(zhuǎn)子部件的零件有:主軸、葉輪、平衡盤、推力盤、聯(lián)軸器等,各零件通過熱裝法與軸聯(lián)成整體。,(1)葉輪 葉輪是離心壓縮機(jī)中唯一的作功部件。由于葉輪對氣體作功,增加了氣體的能量,因此氣體流出葉輪時的壓力和速度都有明顯增加。 (2)主軸 主軸的作用是支撐旋轉(zhuǎn)零件和傳遞扭矩。 (3)平衡盤 平衡大部分或全部軸向力。,(4)推力盤 經(jīng)平衡盤平衡后的剩余軸向力,通過推力盤傳遞止推軸承,實現(xiàn)軸向力的完全平衡。 (5)聯(lián)軸器 通過聯(lián)軸器,將原動機(jī)的動力傳給壓縮機(jī)。 2.定子部件 離心壓縮機(jī)的定子部件有:機(jī)殼、擴(kuò)壓器、彎道、回流器、吸氣室、蝸殼、密封、軸承等。,(1)擴(kuò)壓器 擴(kuò)壓器的流通截面逐漸

3、擴(kuò)大,將速度能有效的轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?,是離心壓縮機(jī)中的轉(zhuǎn)能裝置。 (2)彎道 彎道是設(shè)置于擴(kuò)壓器后的氣流通道,其作用是將擴(kuò)壓后的氣體由離心方向改變?yōu)橄蛐姆较?,以便引入下一級葉輪去繼續(xù)進(jìn)行壓縮。,(3)回流器 回流器的作用是使氣流以一定方向均勻地進(jìn)入下一級葉輪入口。在回流器中一般都裝有隔板和導(dǎo)向葉片。 (4)吸氣室 吸氣室其作用是將進(jìn)氣管(或中間冷卻器出口)中的氣體均勻地導(dǎo)入葉輪。 (5)蝸殼 蝸殼其主要作用是將從擴(kuò)壓器(或直接從葉輪)出來的氣體收集起來,并引出機(jī)器。,,,,二、基本工作過程 氣體由吸氣室吸入,通過葉輪對氣體作功后,使氣體的壓力、速度、溫度都得到提高,然后再進(jìn)入擴(kuò)壓器

4、,將氣體的速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋.?dāng)通過一個葉輪對氣體作功、擴(kuò)壓后不能滿足輸送要求時,就必須把氣體引入下一級繼續(xù)進(jìn)行壓縮。為此,在擴(kuò)壓器后設(shè)置了彎道、回流器,使氣體由離心方向變?yōu)橄蛐姆较颉⒕鶆虻剡M(jìn)入下一級葉輪進(jìn)口,繼續(xù)獲得能量。,,氣體流過了一個“級”,再繼續(xù)進(jìn)入第二、第三級壓縮后,經(jīng)蝸殼及排出管被引出至中間冷卻器。冷卻后的氣體再經(jīng)吸氣室進(jìn)入第四級及以后各級繼續(xù)壓縮,最后由排出管輸出。 由于氣體在壓縮過程中溫度不斷升高,在高溫下壓縮氣體,使消耗的動力增加。為了降低動力消耗,需要在氣體溫度達(dá)到某一值后,對氣體進(jìn)行冷卻。因此,在壓縮過程中采用了中間冷卻器。,,三、離心壓縮機(jī)的特點 與其它型式的壓縮

5、機(jī)相比,離心壓縮機(jī)有以下特點: (1)排量大 如某油田輸氣離心壓縮機(jī)的排氣量為510m3min,年產(chǎn)30萬噸合成氨廠中合成氣壓縮機(jī)的排氣量達(dá)20003000m3h。目前在產(chǎn)量大于600噸日的合成氨廠中主要的工藝用壓縮機(jī)幾乎都采用了離心壓縮機(jī)。,,,(2)結(jié)構(gòu)緊湊 占地面積及重量都比同一氣量的活塞式壓縮機(jī)小得多。 (3)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠 機(jī)組連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時間在一年以上,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),操作可靠,因此它的運(yùn)轉(zhuǎn)率高,而且易損件少,維修方便。 (4)輸送的氣體不與機(jī)器潤滑系統(tǒng)的油接觸。,,,(5)轉(zhuǎn)速較高 適宜用工業(yè)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動,可充分利用大型石油化工廠的熱能,節(jié)約能源。 (6) 還不適用于氣

6、量太小及壓力比過高的場合。 (7) 一般比活塞式壓縮機(jī)的效率低。 (8) 離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)較窄。,2.2 氣體在級中流動的概念及基本方程,氣體在離心壓縮機(jī)級中氣體的流動實際上是屬于三元非定常流動,而且氣體又有粘性和可壓縮性,因此氣體在級中的流動是很復(fù)雜的。所以,在工程上往往作一些假設(shè),將復(fù)雜的三元非定常流動簡化為一元定常流動進(jìn)行分析,認(rèn)為流道中同一截面上各點的氣流參數(shù)是相同的,而且在保持穩(wěn)定工作條件下,氣流參數(shù)不隨時間而變。,一、歐拉方程式 離心泵的歐拉方程式對離心壓縮機(jī)也完全適用。離心壓縮機(jī)理論能頭歐拉方程式為: 由葉輪葉片進(jìn)、出口速度三角形,按余弦定理有:,因此,,將它們代入基本

7、能量方程得: 在設(shè)計離心壓縮機(jī)時,氣體沿徑向進(jìn)入葉輪葉道,則1900,c1u=0。這時,,,其中:,根據(jù)連續(xù)性方程式,在定常流動時,通過任意截面i的氣體質(zhì)量流量是一定的,它與進(jìn)口截面s的氣體質(zhì)量流量的關(guān)系為: 它和體積流量的關(guān)系為:,葉輪出口處氣流的徑向分速度c2r為: 定義 , 稱為流量系數(shù),可寫為:,,,,葉片阻塞系數(shù)可用下式計算: 式中z為z葉片數(shù), 為葉片厚度為,為折邊寬度。,二、級的總功耗和功率 葉輪工作時所消耗的功用于兩方面,一方面是葉輪通過葉片對葉道內(nèi)的氣體作功,稱為葉片功LT,它就是氣體獲得的理論能頭HT;另一方面是葉輪本身在旋轉(zhuǎn)時存在輪阻損失和內(nèi)漏損失所消耗的功(

8、輪阻損失功Ldf,,內(nèi)漏損失功Ll)。,這樣,葉輪對單位質(zhì)量有效氣體作的總功Ltot 為: 同樣,氣體從葉輪中得到相應(yīng)的總能頭Htot為:,,可以看出,氣體在級中獲得的總能頭HTO1 是以兩種方式得到的,一種是葉片直接對氣體作功,以機(jī)械能形式傳給氣體的理論能頭HT;另一種是由于輪阻及內(nèi)漏損失消耗的功,以熱能形式傳給氣體,使氣體獲得能頭Hdf+H1,它不包括在理論能頭HT中。在不考慮氣體對外熱損失的條件下,根據(jù)能量守恒定律,則有:,通過葉輪的有效質(zhì)量流量為 (kgs),葉片對它作功消耗的理論功率NT為: 由于輪蓋處的內(nèi)漏,故經(jīng)過葉道的實際質(zhì)量流量為 ,等于有效流質(zhì)量流量 和內(nèi)漏氣質(zhì)量流量 之和

9、,即:,,,,,輪阻損失消耗的功率為Ndf,內(nèi)漏氣損失消耗的功率為Nl。因此,在考慮了輪阻損失及內(nèi)漏氣損失后,葉輪的總功率消耗Ntot為:,令: 因此: 一般l+df0.020.13。其值對高壓小流量的級取較大值,對低壓大流量的級取較小值。,同理,葉輪對單位質(zhì)量有效氣體的總能頭,也可表示為: 例:已知某離心式壓縮機(jī)的漏氣損失系數(shù) 、輪阻損失系數(shù) 、有效質(zhì)量流量 、葉輪對每公斤氣體作功 。求Ntot、Ndf、Nl、NT、Htot。,三、熱焓方程式 當(dāng)氣體在離心式壓縮機(jī)中作穩(wěn)定流動時,取級中任意兩截面a、b,氣體由a截面流進(jìn)系統(tǒng),由b截面流出系統(tǒng)。a、b截面上氣體的狀態(tài)參數(shù)

10、和速度分別為:,根據(jù)熱力學(xué)穩(wěn)定流動能量方程,對a、b兩截面間的單位質(zhì)量氣體有下列方程式: 或 式中A為單位重量氣體的熱功當(dāng)量,A為:,對離心壓縮機(jī)來說, a、b兩截面的位置高差(zbza)相對很小,可以忽略不計,故式可寫成: 根據(jù)熱力學(xué)第一定律,氣體熱量的增量等于氣體的內(nèi)能增量和壓縮功增量之和。對封閉熱力系統(tǒng)時,單位質(zhì)量氣體可寫出:,當(dāng)比容不變時,有: 又因: 則:,,當(dāng)?shù)葔簳r,有: 故: 對理想氣體: 故: 令:,故: 該式稱為穩(wěn)定流動能量方程式或熱焓方程式。它將能頭、傳熱量與氣流的溫度和速度等參數(shù)聯(lián)系起來。,,,在離心式壓縮機(jī)中,由于氣體流量大,單位質(zhì)量氣體與外界的熱交換與氣體壓

11、縮時焓的變化比較起來小得多。因此,通常將與外界的熱交換忽略不計,即認(rèn)為qabo。這樣熱焓方程式變?yōu)椋? 上式是離心式壓縮機(jī)級中氣動計算的重要公式,通過它可求截面溫度、速度的變化規(guī)律。,,當(dāng)a、b截面分別為級的進(jìn)、出口截面時,公式中的HabHtot,一個級的熱焓方程式可寫為: 同理,若a、b截面分別為氣流流過靜止通道的進(jìn)、出口截面時,靜止通道內(nèi)沒有外功加入,即Hab 0,則熱焓方程為:,,四、伯努利方程式 根據(jù)熱力學(xué)第一定律,氣體熱量的增量等于氣體的內(nèi)能增量和壓縮功增量之和。對封閉熱力系統(tǒng)時,單位質(zhì)量氣體可寫出: 當(dāng)比容不變時,有:,,又因: 則: 當(dāng)?shù)葔簳r,有: 故:,,上式表示單位質(zhì)量

12、氣體從a截面施至b截面所得到的熱量。它應(yīng)該包括外界傳給氣體的熱量qab以及氣體由a流至b截面時所有的能量損失(hlos)ab轉(zhuǎn)化的熱量。,故,將上式代入熱焓方程式,得:,上式就是伯努利方程,是以機(jī)械能形式表示的能量平衡方程。當(dāng) a截面和b截面分別為級進(jìn)口和級出口時,上式可表示為:,因熱焓方程式:,氣體從級進(jìn)口到級出口全部能量損失包括:輪阻損失hdf,內(nèi)漏氣損失hl,以及氣體在流道中流動所引起的摩擦、沖擊、旋渦等水力損失hhyd,即:,因: 所以:,,當(dāng) a截面和b截面分別表示靜止元件(如擴(kuò)壓器)的氣流進(jìn)口和出口時,由于沒有能量輸入,上式可表示為: 此式說明靜止元件中氣體速度頭減小的結(jié)果,并

13、沒有全部轉(zhuǎn)化為氣體的靜壓頭,而有一部分用于克服靜止元件中氣流流動的能量損失。,五、氣體壓縮功 在伯努利方程式中,靜壓頭p的大小與氣體壓縮過程有關(guān)。由熱力學(xué)可知,氣體壓縮過程分等溫、絕熱、多變?nèi)N壓縮過程。被壓縮的氣體靜壓頭的提高也就是壓縮機(jī)對氣體所作的壓縮功,通常稱為壓縮能頭。,,1等溫壓縮功 對理想氣體,等溫壓縮過程的狀態(tài)方程有: 因此,等溫壓縮過程的壓縮功為:,等溫過程的壓縮功,2.絕熱壓縮功 絕熱壓縮過程中氣體與外界無熱量交換,這是一個理想過程。絕熱壓縮過程氣體的狀態(tài)變化方程式為: 在絕熱壓縮過程的壓縮功為:,因為: 所以,絕熱過程的壓縮功,3.多變壓縮功 多變壓縮過程中存

14、在能量損失,氣體與外界存在有熱交換或無熱交換。多變過程的氣體狀態(tài)變化方獲式與絕熱過程的相似,即: 因此,在多變壓縮過程的壓縮功為:,,多變壓縮過程的壓縮功,六、級效率 衡量外功用來使氣體壓力升高并克服損失的能頭,稱為可用能,即 在可用能頭中,真正用于壓縮氣體的能頭所占可用能頭的比例稱為級效率。即,1.多變級效率 在離心壓縮機(jī)中,氣體在級中的實際壓縮過程一般可用多變過程來表示。多變壓縮過程的多變級級效率為: 一般壓壓縮機(jī)的多變級效率 。,氣體在級中流動時,不僅沒有對外傳熱(q0),反而將所有損失消耗的能頭hios又以熱量的形式傳給了氣體。因此,在離心壓縮機(jī)中氣體壓縮過程的多變壓縮

15、指數(shù)m大于絕熱壓縮過程指數(shù)k。故級的多變效率總是小于l。,,2絕熱效率 絕熱效率是指級中氣體由壓力ps經(jīng)絕熱壓縮升至pd時的壓縮功與可用能頭之比,即:,絕熱過程與外界無熱交換且無損失的理想過程。因此它的壓縮終溫小于多變過程壓縮終溫。而多變過程的壓縮功大于絕熱過程的壓縮功。在同一級中, 總大于 ,兩者差值愈小,表示級中能量損失愈小,所以經(jīng)常以此來評價級中的損失。,3等溫效率 等溫效率是指級中氣體由ps等溫壓縮至pd時的等溫壓縮功與級中可用能頭之比,即: 在有冷卻的壓縮機(jī)中,常采用等溫效率來衡量機(jī)器冷卻的好壞。若實際多變過程愈接近等溫過程,則等溫效率就越高。,,4流動效率 流動效率是級

16、的多變壓縮功與葉輪對氣體作功所獲得的理論能頭之比,即: 流動效率反映了氣體在級的各元件中流動時流動阻力損失的大小。,為多變能頭系數(shù)。在圓周速度u2相同的條件下,可以用多變能頭系數(shù) 來表示壓縮機(jī)級多變壓縮功的大小,一般 。由此可以估算級的多變能頭,已知總壓力比時,便能確定壓縮機(jī)需要的級數(shù)。,七、級中氣體狀態(tài)參數(shù)的變化 1級中氣體溫度的變化 流動的氣體,它所具有的總能量為: 氣體的總能量決定于氣體的狀態(tài)參數(shù)溫度與速度。,當(dāng)氣流對外界無熱交換(但可以有損失),其速度被滯止到零時,此氣流的溫度叫滯止溫度(又稱總溫),以Tst表示,它也是氣體的一個狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)能量守恒原理,有: 于是,熱焓

17、方程式可寫成:,,上式表明,氣體滯止溫度或滯止焓增加,就說明外界必然有能量加給氣體。氣體在葉輪葉道中流動時,葉輪對氣體作功,因此它的滯止溫度是增加的。任意截面i的溫度滿足:,但是,在絕能流動中,氣體與外界無能量交換,即氣體總能量不變。也就是說,在絕能流動中,氣體的滯止溫度或滯止焓是常數(shù)。因此,在氣流流出葉輪后,有: 在氣流流進(jìn)葉輪前,有:,,,2級中氣流壓力和比容的變化 當(dāng)氣體流經(jīng)壓縮機(jī)級的不同元件時,由于流動狀態(tài)各不相同,在這些元件中氣體多變過程的多變指數(shù)是不相同的。即使同一元件中,過程的多變指數(shù)也是變化的。但目前通常在計算級的各截面上氣體的壓力和比容時,一般把整個級中的氣體狀態(tài)參數(shù)的變

18、化,看作是按照同一個多變過程,即用同一個平均多變指數(shù)m來進(jìn)行計算。,,,設(shè),,2.3 級中能量損失,級中葉輪對氣體所做的總功,不可能全布變?yōu)橛杏玫哪芰?,而有一部分損耗掉。壓縮機(jī)級中損耗的能量包括流動損失、輪阻損失和內(nèi)漏氣損失。這里重點探討流動損失和波阻損失。流動損失大致分為摩擦損失、分離損失、二次流損失、尾跡損失。波阻損失主要是由于氣流速度超過音速后產(chǎn)生激波所引起。,一、流動損失 1.摩擦損失 當(dāng)氣體經(jīng)過壓縮機(jī)級的通流部分時,由于粘性的存在,在壁面附近的地方,流速最??;在中間部分的主流中,流速最大。這樣由于層與層之間的速度不同,產(chǎn)生摩擦,流動的氣流與流道壁面也發(fā)生摩擦,這種摩擦使氣流的一部分

19、能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?,,2.分離損失 在邊界層中,沿其厚度方向流體速度急劇變化,嚴(yán)重地影響著流動中的能量損失。此外,在流道中還常常會發(fā)生邊界層增厚,進(jìn)而邊界層與流通壁面脫離,甚至在接近壁面的邊界層氣流中產(chǎn)生反向流動的旋渦,引起很大的能量損失。這種現(xiàn)象稱為邊界層分離,由其產(chǎn)生的能量損失稱為分離損失。,在離心壓縮機(jī)中,有很多減速擴(kuò)壓的流道,就可能出現(xiàn)邊界層分離。產(chǎn)生旋渦,引起很大的能量損失(分離損失)。同時因邊界層增厚及分離,使主氣流的實際通流截面減小,達(dá)不到原設(shè)計的擴(kuò)壓目的,惡化了級中氣體的流動。 實踐證明,流道形狀對邊界層分離影響最大,如流道擴(kuò)壓程度很大,截面突然變化;急劇彎曲等。,一般要求

20、當(dāng)量擴(kuò)張角小于6070,葉輪流道中邊界層分離大多發(fā)生在非工作面,特別是接近葉輪出口處。,粘性流體在沿主流方向流動時,在壓力下降區(qū)(加速降壓) 內(nèi)流動時,不會出現(xiàn)邊界層分離。在壓力升高區(qū)(減速擴(kuò)壓)內(nèi)流動才有可能出現(xiàn)分離,形成旋渦。,3.二次渦流損失 與主氣流方向相垂直的流動,稱之為二次渦流。它干擾了主氣流的流動,并造成能量損失。由于二次渦流的存在,工作面?zhèn)纫蜓a(bǔ)充了新的具有較大動能的氣流,而使其邊界層減薄,而非工作面?zhèn)葎t相反,邊界層增厚更加速了邊界層分離。,4.尾跡損失 尾跡的產(chǎn)生是由于葉片有一定的厚度,當(dāng)氣流從葉片流道中流出葉輪時,通流截面突然擴(kuò)大,而在葉片尾部形成了充滿旋渦的氣流,稱為尾

21、跡,由此而產(chǎn)生的能量損失稱為尾跡損失。尾跡損失與葉道出口處氣速、葉片尾部厚度及邊界層流態(tài)有關(guān)。,采用翼形葉片代替等厚度葉片,可大大減小尾跡損失。若用等厚度葉片時,削薄葉輪出口處葉片厚度,也是減小尾跡損失的一個有效方法。某實驗證明,削薄后級多變效率小,可提高2。,二、馬赫數(shù)M對能量損失的影響 1.馬赫數(shù)M 流場中任一點處的氣流速度與該點氣溫下的音速a之比,稱為該點氣流的馬赫數(shù)M ,即,在一般情況下,由于音波在氣體中推進(jìn)時氣體狀態(tài)的變化非常微小,故可以認(rèn)為氣體的熵是個定值,因而可將音波的傳播過程視為等熵絕熱過程。音速由下式計算:,在絕能的過程中,氣體的總能不變。根據(jù)伯努方程,有: 因此,當(dāng)M0

22、.3時,就必須考慮密度的變化,即必須考慮氣流的可壓縮性了,否則會造成很大的誤差。也就是說,氣體的可壓縮性只有在高速時才明顯地顯示出來。,2激波和波阻損失 亞音速和超音速氣流有根本差別,即在亞音速(M1)中,擾動的效應(yīng)雖然隨距離的增加而減弱,但它能到達(dá)物體周圍空間的任意點。而在超音速(M1)氣流中,擾動的效應(yīng)只能在馬赫錐內(nèi)起作用,錐前的氣流是不受影響的。,當(dāng)超音速氣流擾物體流動時,強(qiáng)擾動的波峰表面上將會有很大的壓力及密度的突然變化,即在流場中往往出現(xiàn)突躍的壓縮波。氣流通過這種壓縮波時,壓力、溫度、密度都突躍地升高,速度則突躍地下降,氣流受到突然的壓縮。這種突躍壓縮波叫激波。超音速氣流被壓縮時,

23、一般都會產(chǎn)生激波。所以激波是超音速氣流中的重要現(xiàn)象。,因為氣流通過激波時,有不連續(xù)的壓力、密度、溫度及速度的突躍,因此從熱力學(xué)觀點分析,這是一個不可逆過程,有很大的能量損失。同時由于激波波面壓力的突增,大大加速了邊界層分離,引起更大的能量損失。由激波引起的這些能量損失的總和稱為波阻損失。,3馬赫數(shù)對離心壓縮機(jī)級中能量損失的影響 在離心壓縮機(jī)的葉道中,靠近進(jìn)口附近氣流速度較大,容易出現(xiàn)局部流速達(dá)到音速,并會產(chǎn)生激波,引起較大的波阻能量損失。因此,對離心壓縮機(jī),根據(jù)經(jīng)驗,在一般情況下,在設(shè)計工況點要求氣流進(jìn)入葉輪流道的馬赫數(shù)小于0.750.85。,2.4 級的性能曲線,在一般情況下,壓縮機(jī)級的工

24、作狀況是由進(jìn)口流量Qs、進(jìn)氣壓力ps、進(jìn)氣溫度Ts以及工作轉(zhuǎn)速n等四個參數(shù)決定的。壓縮機(jī)級的性能是指進(jìn)氣狀態(tài)一定和轉(zhuǎn)速不變的條件下,級的壓力比、多變效率、功率隨該級進(jìn)氣量變化的關(guān)系曲線。,一、壓力比與流量間的關(guān)系曲線 壓力比是指葉輪出口壓強(qiáng)與進(jìn)口壓強(qiáng)之比,即: 在多變過程中,已知壓縮功為:,根據(jù)伯努方程,在忽略級進(jìn)出口動能差時,得: 故: 由于有效能頭為:,可見,有效能頭與流量呈線性關(guān)系。Hhyd包括沿程損失和沖擊損失,它們與流量呈二次方關(guān)系。所以,壓力比與流量的關(guān)系曲線為拋物線,一般用進(jìn)口流量與壓力比的關(guān)系反映壓力比與流量的關(guān)系,即Qs曲線。 Qs曲線的特點是隨進(jìn)口流量增加,壓力比減

25、小。,二、 效率曲線Qs 目前離心壓縮機(jī)級的性能曲線,還不能用理論計算的方法準(zhǔn)確地得到,只能在一定的轉(zhuǎn)速、一定的介質(zhì)下,對壓縮機(jī)級逐點實際測試,得出性能曲線。,三、喘振工況 離心式壓縮機(jī)級的性能曲線不能達(dá)到Qs =0的點。當(dāng)流量減小到某一值(稱為最小流量Qmin)時,離心壓縮機(jī)就不能穩(wěn)定工作,發(fā)生強(qiáng)烈振動及噪音,這種不穩(wěn)定工況稱為“喘振工況”,這一流量極限Qmin 稱為“喘振流量”。壓縮機(jī)性能曲線的左端只能到Qmin ,流量不能再減小了。,四、堵塞工況 流量大,摩擦損失及沖擊損失也大。當(dāng)流量達(dá)到某最大值Qmax時,氣體獲得的理論能頭HT全部消耗在流動損失上,使級中氣體壓力得不到提高。同時

26、,邊界層的分離使葉道喉部實際過流面積減小,葉道喉部截面上的氣速達(dá)到音速,這時稱為堵塞工況,出現(xiàn)激波損失。所以壓縮機(jī)級性能曲線右端只能到Qmax。,五、穩(wěn)定工況區(qū) 在性能曲線上,喘振工況與堵塞工況之間的區(qū)域稱為穩(wěn)定工況區(qū)。常用下式: 衡量一個級性能的好壞,不僅要求在設(shè)計流量下有最高的效率和較高的壓力比,還要有較寬的穩(wěn)定工作范圍。,2.5 多級離心壓縮機(jī)的性能曲線,一、級數(shù)對壓縮機(jī)性能的影響 以兩級串聯(lián)為例進(jìn)行分析壓縮機(jī)的性能曲線。性能曲線的橫坐標(biāo)為各級吸氣狀態(tài)下的氣流流量Qs,對于兩級串聯(lián)時,第I級的進(jìn)氣量為: 第級的進(jìn)氣量為:,由于兩級串聯(lián),根據(jù)質(zhì)量守恒方程,有: 兩級串聯(lián)后的壓力

27、比為:,1.級串聯(lián)對最小工作流量的影響 經(jīng)過第級壓縮后,氣體的密度增大,體積流量減小。若兩級最小流量相同,那么當(dāng)兩級串聯(lián)后,第級容易出現(xiàn)喘振。因此,為了防止第級發(fā)生喘振,必須使第級最小工作流量增大,也就是說比單級時向右移了。,2.級串聯(lián)對最大工作流量的影響 為了防止第級發(fā)生喘振,使第級最小工作流量增大,壓力比降低,葉輪對氣體所作的功大部分成為能量損失,使第級進(jìn)氣溫度很高,有可能出現(xiàn): 導(dǎo)致第級堵塞流量Qmax減小,穩(wěn)定工況區(qū)變窄。,二、轉(zhuǎn)速變化對壓縮機(jī)性能曲線的影響 當(dāng)轉(zhuǎn)速n增大時,u2變大,相應(yīng)HT增大,Hpot也增加,壓縮機(jī)的壓力比顯著增加。壓力比顯著增加,導(dǎo)致第級工作最小流

28、量越小,越容易出現(xiàn)喘振。 因此,曲線向右上方移動。,2.6 相似原理在離心壓縮機(jī)中的應(yīng)用,一、壓縮機(jī)相似應(yīng)具備的條件 對離心壓縮機(jī)來說,如果保持模型機(jī)與原型機(jī)的流動過程相似,則它們之間所有對應(yīng)的熱力參數(shù)、氣動參數(shù)和幾何參數(shù)之比為常數(shù),對應(yīng)的效率、損失系數(shù)都相等。 1.幾何相似 兩機(jī)對應(yīng)的通流部分的幾何形狀相似。即:,2進(jìn)口運(yùn)動相似 進(jìn)口運(yùn)動相似,主要是指葉道進(jìn)口處的速度三角形相似。這時,有:,3對應(yīng)的馬赫數(shù)相等 對于壓縮機(jī)來說,由于氣體介質(zhì)的可壓縮性,只有兩機(jī)的幾何相似和進(jìn)口運(yùn)動相似,并不能保證其它對應(yīng)截面上流動相似。因為氣體在壓縮過程中,氣流參數(shù)的變化受到氣體可壓縮性的影響,并且

29、隨著馬赫數(shù)的增大,其影響更加顯著。因此馬赫數(shù)對應(yīng)相等是保證壓縮過程流動相似的重要條件。,對兩個幾何相似的靜止流道,設(shè)原型機(jī)1一l截面為流道的進(jìn)口截面,如氣體與外界無熱交換,則1l截面和流道中任一截面的能量方程式為:,同樣可得模型機(jī)流道的溫度比為:,若原型與模型對應(yīng)流通中流過氣體的絕熱指數(shù)相等,則當(dāng) 和 ,時,有:,4對應(yīng)的雷諾數(shù)相等 雷諾數(shù)Re是決定流體流動狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù),要求Re對應(yīng)相等是為了保持兩個流動的摩擦阻力系數(shù)相等。在離心壓縮機(jī)中,通常氣流的雷諾數(shù)比較大,摩擦阻力系數(shù)基本上不隨流速變化而改變,故通常不考慮對應(yīng)雷諾數(shù)相等的要求。 5氣體絕熱指數(shù)相等 要保持兩機(jī)的流動過程相似,

30、氣體的絕熱指數(shù)必須相等。,二、離心壓縮機(jī)的相似換算與相似設(shè)計 相似原理在離心壓縮機(jī)中主要用于兩個方面:一是相似設(shè)計;二是相似機(jī)間的性能算,或同一壓縮機(jī)的設(shè)計條件與試驗條件間的性能換算。 1完全相似時的性能換算 根據(jù)馬赫數(shù)相等和氣體絕熱指數(shù)相等,有:,1).轉(zhuǎn)速間的關(guān)系,2).流量間的關(guān)系,質(zhì)量流量間的關(guān)系,3).壓力比間的關(guān)系 完全相似時,對應(yīng)壓力比相等,即: 4).能頭間的關(guān)系 因流動相似時,有 , 。根據(jù)多變壓縮能頭的表達(dá)式得:,當(dāng)效率 時,有,又因,故:,5).功率間的關(guān)系,2相似設(shè)計 相似設(shè)計時,采用經(jīng)過實踐證明具有較高效率、性能曲線較為平緩、穩(wěn)定工況區(qū)較寬的機(jī)器(或級

31、)作為模型機(jī)(或級) ,根據(jù)模型機(jī)的主要幾何尺寸和試驗性能數(shù)據(jù),以及原型機(jī)的設(shè)計參數(shù),利用相似原理進(jìn)行尺寸大小的換算,設(shè)計出流道形狀相似的原型機(jī)。這種方法稱為相似設(shè)計法。,當(dāng)已知原型機(jī)的設(shè)計條件時,首先根據(jù)原型機(jī)壓力比,選取一個具有相同壓力比 的性能良好的模型機(jī),并把壓力比相同的工況點作為原型機(jī)設(shè)計工況的相似點。相似點除要求壓力比相等外,還應(yīng)有較高的效率和較寬的穩(wěn)定工作范圍。選定相似點后,就得到了模型機(jī)的進(jìn)口條件,最后根據(jù)完全相似條件,計算出原型機(jī)的參數(shù)。,1)模型機(jī)流量的確定 根據(jù)壓力比,由模型機(jī)的Qs 曲線確定Qs。 2)幾何尺寸比例常數(shù)L 根據(jù)模型機(jī)的尺寸和L,就可得出原型機(jī)的尺寸,葉片角和葉片數(shù)應(yīng)相等。,3)轉(zhuǎn)速 4)功率,

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