第三章离心式压缩机_7

1、LOGO离心式离心式压缩机压缩机过程流体机械过程流体机械1 1离心压缩机的级分为三种型式，离心压缩机的级分为三种型式， 即即_、 _和和_ _ 。2.2.离心压缩机的典型（中间级）级结构包括离心压缩机的典型（中间级）级结构包括_ _ 、 _ _ 、 _ _ 和和_ 部件部件。 3 3离心叶轮的常见型式有离心叶轮的常见型式有_ _ 、 _ _和和_ 叶轮。叶轮。4 4叶轮出口速度三角形由叶轮出口速度三角形由_速度、速度、 _ _速速度和度和_速度构成。速度构成。内容回顾：内容回顾：5.5.离心压缩机的能量损失有哪几种？分别简离心压缩机的能量损失有哪几种？分别简述发生的部位、原因、防治措施述发生的

2、部位、原因、防治措施. .内容回顾：续内容回顾：续 泄漏损失泄漏损失 H HL L 总损失总损失 轮阻损失轮阻损失 H Hdf df 流动损失流动损失 H Hhyd hyd 摩阻损失摩阻损失 分离损失分离损失 冲击损失冲击损失 二次流损失二次流损失 尾迹损失尾迹损失 LLthHH 流动损失流动损失LLthHHdfdf 摩阻损失摩阻损失：气体与流道壁面的摩擦损失。：气体与流道壁面的摩擦损失。 分离损失分离损失：流通面变大时沿壁产生倒流和旋涡区，出：流通面变大时沿壁产生倒流和旋涡区，出现分离损失。减少分离损失应保证：现分离损失。减少分离损失应保证： 6 6- - 8 8 冲击损失冲击损失：流量不在

3、额定流量下，气流将在进口处冲：流量不在额定流量下，气流将在进口处冲击叶片的工作面或非工作面，造成冲击损失。（击叶片的工作面或非工作面，造成冲击损失。（叶片式叶片式扩压器也会存在扩压器也会存在） 二次流损失二次流损失：在叶道、弯道转弯处出现两边压力差，：在叶道、弯道转弯处出现两边压力差，则压力大的流速低，压力小的流速高，高流速向低处流则压力大的流速低，压力小的流速高，高流速向低处流动，形成二次涡流，即二次流损失。动，形成二次涡流，即二次流损失。 尾迹损失尾迹损失：叶片尾部由于有一定宽度，外缘形成气流：叶片尾部由于有一定宽度，外缘形成气流旋涡区，产生尾迹损失旋涡区，产生尾迹损失22mhmfcdlH

4、3.2 3.2 性能与调节性能与调节 3.2.1.1 3.2.1.1 性能曲线形成、特点、工况性能曲线形成、特点、工况 3.2.1.2 3.2.1.2 喘振工况喘振工况 3.2.1.3 3.2.1.3 堵塞工况堵塞工况（1 1）性能曲线）性能曲线的形成的形成在一定转速和进口条在一定转速和进口条件下的件下的压力比与流量、压力比与流量、效率与流量效率与流量的关系曲的关系曲线。线。离心压缩机的工作性能离心压缩机的工作性能最主要参数是最主要参数是压力比压力比、效率效率、功率功率和和流量流量。性能曲线：性能曲线：性能曲线是选型、操作性能曲线是选型、操作以及性能调节的依据。以及性能调节的依据。（2 2）性

5、能曲线的特点）性能曲线的特点 随着随着流量的减小流量的减小，压缩，压缩机能提供的压力比将增大。机能提供的压力比将增大。 离心压缩机有最大流量和最离心压缩机有最大流量和最小流量两种极限流量；排出小流量两种极限流量；排出压力也有最大值和最小值。压力也有最大值和最小值。 效率曲线有效率曲线有最高效率点最高效率点，最佳工况点，最佳工况点，设计工况点设计工况点。NHpol qvNH 有效压头有效压头 Hpol Hpol 受各种损失影响，以沿程摩擦损失和冲击损受各种损失影响，以沿程摩擦损失和冲击损失失 影响最大。影响最大。 压力比压力比 随流量增大而减小。随流量增大而减小。 效率效率 在额定流量下最高，在

6、额定流量下最高，效率最高时为设计工况点或额定效率最高时为设计工况点或额定 工况点，要求压缩机尽可能的在工况点，要求压缩机尽可能的在此点附近工作。此点附近工作。 功率功率 N N 一般随流量增加而增一般随流量增加而增大。当压力比大。当压力比 下倾较快时，下倾较快时，N N 曲线也下倾。曲线也下倾。性能曲线分析：性能曲线分析：性能曲线的测试性能曲线的测试（3 3）稳定工作范围）稳定工作范围 稳定工作范围稳定工作范围： 压缩机性能曲线的左边受到压缩机性能曲线的左边受到喘振工况喘振工况的限制，右边受到的限制，右边受到堵塞工况堵塞工况限制，在这限制，在这两个工况之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。两个工

7、况之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。线线堵塞工况堵塞工况 堵塞工况堵塞工况 当流量增大时，气流速度升高，当流量增大时，气流速度升高，流道某喉部气流流速将达到临界状流道某喉部气流流速将达到临界状态，即流速等于音速态，即流速等于音速 c=a(M=1) c=a(M=1)。这时流量为最大流量这时流量为最大流量 q qmaxmax ，若想，若想再提高流量，则会出现激波（波障）再提高流量，则会出现激波（波障）气流穿过波障时将有很大波阻损气流穿过波障时将有很大波阻损失，压力不再升高，流量也不能再失，压力不再升高，流量也不能再增加，这种工况称为增加，这种工况称为“阻塞工况阻塞工况”。3.2.1.2 3.2.

8、1.2 喘振工况喘振工况（1 1）压缩机喘振的机理）压缩机喘振的机理（2 2）喘振的危害）喘振的危害（3 3）预防喘振的措施）预防喘振的措施（1 1）压缩机喘振的机理）压缩机喘振的机理两方面因素决定：两方面因素决定： (a) (a) 内在因素内在因素: : 旋转脱离、旋转失速旋转脱离、旋转失速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1111,0AAi(1) (1) 压缩机喘振的机理（续）压缩机喘振的机理（续）(b) (b) 外在条件：压缩机管网系统的特性外在条件：压缩机管网系统的特性 这种这种周期性周期性、低频率低频率、大振大振幅的正反气流幅的正反气流震荡震荡现

9、象为现象为喘喘振振流量进一步减小流量进一步减小 脱离团阻塞流道脱离团阻塞流道 出口压力显著下降出口压力显著下降 管网压力下降慢管网压力下降慢 倒流倒流 （2 2）喘振的危害）喘振的危害 性能曲线中断性能曲线中断：流量：流量正流、倒流；正流、倒流；2变变大、变小；大、变小；下降。下降。 出现出现噪音噪音（呼哧）、吼叫、爆音；（呼哧）、吼叫、爆音；对机器的损害：对机器的损害：转子及定子元件转子及定子元件受交变应力受交变应力，使使密封及轴承损坏密封及轴承损坏，甚至发生转子与定子，甚至发生转子与定子元件元件相碰相碰、压送的气体外泄、压送的气体外泄、引起爆炸引起爆炸等恶性事故等恶性事故 喘振实例-1例：

10、前郭炼油厂一催化装置的例：前郭炼油厂一催化装置的MB-CHMB-CH型型7 7级串联水平中级串联水平中分离心式气体压缩机。分离心式气体压缩机。a a由由转速变化转速变化引起的喘振引起的喘振正常情况下，压缩机转速的改变由系统反应的压力正常情况下，压缩机转速的改变由系统反应的压力信号控制，但机器发生故障时，压力信号不能使汽信号控制，但机器发生故障时，压力信号不能使汽轮机转速自由调节。某年冬季，由于蒸汽量不足，轮机转速自由调节。某年冬季，由于蒸汽量不足，蒸汽管网压力低，汽轮机用蒸汽经常出现蒸汽管网压力低，汽轮机用蒸汽经常出现0.70. 0.70. 8MPa8MPa，机组出现满负荷状况非常多，转速上不

11、去，机组出现满负荷状况非常多，转速上不去，有时只达到给定信号的有时只达到给定信号的80%90%80%90%，常出现喘振，常出现喘振。 喘振实例b b气体分子量减小气体分子量减小引起喘振引起喘振 催化装置试验采用掺炼渣油，催化装置试验采用掺炼渣油，2020天后由于渣油中重天后由于渣油中重金属含量高，引起催化剂中毒，使裂化气体组成发生变金属含量高，引起催化剂中毒，使裂化气体组成发生变化，富气中化，富气中H H2 2组分高达组分高达40%40%（体积百分比），富气分子（体积百分比），富气分子量降低到量降低到3535（原设计分子量是（原设计分子量是5050）。分子量降低后，压）。分子量降低后，压缩机发

12、生喘振。缩机发生喘振。 喘振实例喘振实例-2-2喘振实例c c压缩机压缩机出口管路节流出口管路节流引起喘振引起喘振 在压缩机出口管路上入容器前打洗涤水，管内径是在压缩机出口管路上入容器前打洗涤水，管内径是150mm150mm，结垢后内径变成，结垢后内径变成30mm30mm，出口管路阻塞，管路性，出口管路阻塞，管路性能曲线上移，工作点进入喘振区域，发生喘振。能曲线上移，工作点进入喘振区域，发生喘振。d d进口节流进口节流（进口压力低）导致压缩机喘振（进口压力低）导致压缩机喘振。 一次，由于压缩机前油气分离罐破沫网脱落，被吸入一次，由于压缩机前油气分离罐破沫网脱落，被吸入压缩机入口管，形成节流，进

13、口压力低，导致喘振。压缩机入口管，形成节流，进口压力低，导致喘振。 AA1喘振实例喘振实例-3-3某压缩机原来进气温度为某压缩机原来进气温度为3030度，因生产中冷却器出了故度，因生产中冷却器出了故障，使气温剧增到障，使气温剧增到7070度，这时压缩机突然出现了喘振度，这时压缩机突然出现了喘振e. e. 进气温度变化进气温度变化造成的喘振情况造成的喘振情况究其原因就是因为进气温度升高，使压缩机性能曲线下究其原因就是因为进气温度升高，使压缩机性能曲线下降，由线降，由线1 1下降为下降为l l，而管网性能曲线未变，压缩机工作，而管网性能曲线未变，压缩机工作点变到点变到A A，此点如果落在喘振线上，

14、就会出现喘振。，此点如果落在喘振线上，就会出现喘振。喘振实例喘振实例-4-4（3 3）防喘振的措施）防喘振的措施具备具有具备具有喘振警戒线喘振警戒线的特性曲线，以及防喘的特性曲线，以及防喘振限（振限（5-105-10）；）；降低运行速度降低运行速度，可使流量减少而不致进入喘，可使流量减少而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低；振状态，但出口压力随之降低；（3 3）防喘振的措施（续）防喘振的措施（续）设出口旁路设出口旁路, ,防止系统减量防止系统减量, ,多出的量打回压多出的量打回压缩机进口，虽浪费功，但防喘振；部分气体回缩机进口，虽浪费功，但防喘振；部分气体回流法：流法：进出口装测定仪表：压力

15、表、温度表、流量进出口装测定仪表：压力表、温度表、流量计，将防喘振与报警联锁或与紧急停车联动；计，将防喘振与报警联锁或与紧急停车联动；设置导叶转动机构，调节导叶，设置导叶转动机构，调节导叶，防止出现正防止出现正冲角冲角。注意：注意：叶轮叶轮、扩压器扩压器中均有喘振发生中均有喘振发生压缩机启动和停车过程中注意喘振压缩机启动和停车过程中注意喘振(a)(b)下图中哪一图所示的开车和停车顺序是正确的下图中哪一图所示的开车和停车顺序是正确的? ?先升压、后升先升压、后升速速先升速、后升压先升速、后升压先降速、后降压先降速、后降压先降压、后降速先降压、后降速(c)(d)开车和停车顺序开车和停车顺序先升压、

16、后升速先升压、后升速先降速、后降压先降速、后降压开车和停车顺序开车和停车顺序先升速、后升压先升速、后升压先降压、后降速先降压、后降速3.2.2 3.2.2 压缩机与管网联合工作压缩机与管网联合工作整套装置连接形式：整套装置连接形式： 压缩机压缩机 管道管道 设备（装置）设备（装置） 通常：管道通常：管道+ +设备设备称为管网系统称为管网系统 压缩机压缩机管管 网网设设 备（装备（装 置）置）管网特性曲线管网特性曲线（三种）（三种） 管网流量与所需压力关系管网流量与所需压力关系a. p pr const （压力恒定）（压力恒定）b. （主要形式）（主要形式） c. （混合特性）（混合特性） 压缩

17、机与管网联合工作压缩机与管网联合工作 平衡平衡工作点：工作点： 压缩机压缩机和和管网特性交点管网特性交点 M 满足满足能量守恒能量守恒和和质量守恒质量守恒 （机提供与管所需相等）（机提供与管所需相等） 说明：说明：容积式容积式（往复式）一般与（往复式）一般与管网管网无关无关 动力式动力式（离心式）必定与（离心式）必定与管网管网有关有关 工工作作点点2VqAp 2VrqApp管网的特性曲线管网的特性曲线 平衡工况的稳定性平衡工况的稳定性平衡工况点平衡工况点（稳定）（稳定） pout qV 特性右段特性右段 流量流量 qV增加增加 机机 p 管管 p 流量流量 qV减少减少 （自动平衡自动平衡）

18、流量流量 qV减少减少 机机 p 管管 p 流量流量 qV增加（增加（自动平衡自动平衡）不稳定工况不稳定工况 驼峰型驼峰型 pout qV 特性左段特性左段 流量流量 qV减少减少 机机 p 管管 p 流量流量 qV（不稳定）（不稳定） 稳定工作点稳定工作点不稳定工作点不稳定工作点压缩机与管网联合工作压缩机与管网联合工作稳定工况点稳定工况点Mpipecompddddvvqpqp压缩机性能曲线的斜率小压缩机性能曲线的斜率小于管路特性曲线的斜率。于管路特性曲线的斜率。MMqvp特点：当特点：当因系统波动使工作点暂时偏离该点后，因系统波动使工作点暂时偏离该点后，还会再自动回到该点。还会再自动回到该点

19、。压缩机与管网联合工作压缩机与管网联合工作特点：当因系统波动使工作点暂时偏离该点后，特点：当因系统波动使工作点暂时偏离该点后，不会再自动回到该点。不会再自动回到该点。pipecompddddvvqpqp不稳定工况点不稳定工况点M 压缩机性能曲线的斜率大于管路特性曲线压缩机性能曲线的斜率大于管路特性曲线的斜率。的斜率。压缩机的串联与并联压缩机的串联与并联 离心压缩机的串联离心压缩机的串联如前面分析：性能曲线变陡、稳如前面分析：性能曲线变陡、稳定工况区变窄、应取第二级的稳定工况区变窄、应取第二级的稳定工况区宽于第一台。定工况区宽于第一台。串联特性：串联特性：总压比：总压比：乘积乘积质量流量质量流量

20、 单机流量单机流量管路阻力下降，管路阻力下降，2 2点工况点工况 离心压缩机的并联离心压缩机的并联应用场合：应用场合： 增加供气量；增加供气量； 气量很大，一台困难气量很大，一台困难 用气量变动，利用台数控制用气量变动，利用台数控制并联特性：并联特性：总流量增加，但单台流量总流量增加，但单台流量若并联后管路阻力系数增大若并联后管路阻力系数增大注意串联或并联工作时注意串联或并联工作时 压缩机和管网特性相互压缩机和管网特性相互协调匹配协调匹配流量流量增加增加压力压力增加增加适用适用管网特性管网特性要求要求串联串联不适合不适合（略增）（略增）适合适合阻力阻力较大较大特性特性陡峭陡峭注意注意前后机前后

21、机性能性能并联并联适合适合不适合不适合（略增）（略增）阻力阻力较小较小特性特性平缓平缓机性能机性能相近相近3.2.3 3.2.3 压缩机的调节方法及特点压缩机的调节方法及特点1 1 压缩机出口节流调节压缩机出口节流调节2 2 压缩机进口节流调节压缩机进口节流调节3 3 采用可转动的进口导叶调节采用可转动的进口导叶调节( (又称进气预旋调节又称进气预旋调节) )4 4 采用可转动的扩压器叶片调节采用可转动的扩压器叶片调节5 5 改变压缩机转速的调节改变压缩机转速的调节6 6 三种调节方法的经济性三种调节方法的经济性（1 1）压缩机出口节流调节）压缩机出口节流调节 在压缩机在压缩机出口安装节流阀出

22、口安装节流阀，靠阀的开度调节流量，靠阀的开度调节流量. . 原理原理：阀关小时，流量减小，管网阻力增大，管网特性：阀关小时，流量减小，管网阻力增大，管网特性曲线变陡。曲线变陡。 特点特点：简单、方便，但功率浪费大。：简单、方便，但功率浪费大。 注意注意：流量太小时，会进入喘振区。：流量太小时，会进入喘振区。 AA1压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法（2 2）压缩机进口节流调节）压缩机进口节流调节 压缩机压缩机进口安装节流阀进口安装节流阀，控制进口，控制进口流量和压力。流量和压力。特点特点：简单、方便，省功率，应用广：简单、方便，省功率，应用广泛。泛。原理原理：阀开度大小，改变压缩机吸入：

23、阀开度大小，改变压缩机吸入参数，使压缩机特性曲线变化。参数，使压缩机特性曲线变化。注意：流量太小时，也会进入喘振区注意：流量太小时，也会进入喘振区AA1压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法 (3) (3) 改变压缩机转速改变压缩机转速 调节压缩机调节压缩机转速转速，使其，使其特性曲线变化特性曲线变化，工况点也，工况点也随之变化。随之变化。 特点：特点：最省功、经济，调节范围宽最省功、经济，调节范围宽，无其它损失；，无其它损失； 但要求原动机速度可调或有调速机构。但要求原动机速度可调或有调速机构。 原理：压缩机速度变化，原理：压缩机速度变化， 特性曲线变化。特性曲线变化。 注意：流量太小时，注意：流量太小时， 也会进入喘振区也会进入喘振区 n1n2n3qvp压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法压缩机的各种调节方法（4 4）叶轮）叶轮进口导叶进口导叶（进气预旋）、扩压器叶片调节（进气预旋）、扩压器叶片调节 转动导叶或扩压器叶片，使气流无冲击进入，转动导叶或扩压器叶片，使气流无冲击进入， 避免气流冲击和喘振发生。避免气流冲击和喘振发生。 特点：特点：经济性好，损失少，但机构复杂经济性好，损失少，但