第三章离心式压缩机_8

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对于多级离心压缩机，若要达到同样的压力比，对于多级离心压缩机，若要达到同样的压力比，压缩重气体时，所需的多变压缩功压缩重气体时，所需的多变压缩功_,_,因而级数就因而级数就_；反之，压缩轻气体时，所需的多变压缩功；反之，压缩轻气体时，所需的多变压缩功_，因而级数就要，因而级数就要_。2 2离心压缩机的工作特性可简要地表示为在一定转离心压缩机的工作特性可简要地表示为在一定转速和进口条件下的速和进口条件下的_与流量、与流量、_与流量的性能曲与流量的性能曲线。就压力比与流量的性能曲线而言，在一定转速线。就压力比与流量的性能曲线而言，在一定

2、转速下增大流量，压缩机的压力比将下增大流量，压缩机的压力比将_，反之则，反之则_。3.3.压缩机性能曲线的左边受到压缩机性能曲线的左边受到_的限制，右边受到的限制，右边受到_的限制，在这两个工况之间的区域称为压缩机的限制，在这两个工况之间的区域称为压缩机的的_。内容回顾：内容回顾：4.4.喘振机理、危害及预防措施？喘振机理、危害及预防措施？5.5.离心压缩机常用的调节方法？离心压缩机常用的调节方法？ 6.6.某压缩机原在图某压缩机原在图I I所示的所示的 A A 点正常运转，点正常运转，后来由于某种原因，进气管被异物堵塞而出后来由于某种原因，进气管被异物堵塞而出现喘振，试借助图现喘振，试借助图

3、I I分析其原因。分析其原因。图图I-3-3I-3-3图图I I3.3 3.3 安全可靠性安全可靠性3.3.1 叶轮强度叶轮强度由于离心叶轮高速旋转所产生的离心力及与轴过盈配合所产生的由于离心叶轮高速旋转所产生的离心力及与轴过盈配合所产生的压紧力等，会使叶轮内部产生很大的应力，为保证安全运转，需要压紧力等，会使叶轮内部产生很大的应力，为保证安全运转，需要进行叶轮强度计算。进行叶轮强度计算。闭式叶轮由轮盘、轮盖和叶片构成，从强度观点看，轮盖可视为闭式叶轮由轮盘、轮盖和叶片构成，从强度观点看，轮盖可视为轮盘的一个特例。而沿周向分散的叶片，可假定为沿周向均匀分布轮盘的一个特例。而沿周向分散的叶片，可

4、假定为沿周向均匀分布的由特定材料制成的盘形夹层。故叶轮强度计算主要是的由特定材料制成的盘形夹层。故叶轮强度计算主要是轮盘应力计轮盘应力计算算。目前轮盘应力计算。目前轮盘应力计算有二次法、递推一代入法和有限元法有二次法、递推一代入法和有限元法。应当指出，由于叶轮的重要作用和特殊地位，通常均选用优质的应当指出，由于叶轮的重要作用和特殊地位，通常均选用优质的材料，考究的制造工艺和偏于安全的圆周速度材料，考究的制造工艺和偏于安全的圆周速度uzuz，故叶轮的安全可，故叶轮的安全可靠性，一般是可以有所保证的。靠性，一般是可以有所保证的。3.3.2 转子临界转速转子临界转速n2nn2nc1c1 为了确保机器

5、运行的安全性，要求工作转速远离为了确保机器运行的安全性，要求工作转速远离第第1 1、2 2阶临界转速，其校核条件是阶临界转速，其校核条件是对于刚性转子对于刚性转子对于柔性转子对于柔性转子 为了防止可能出现的轴承油膜振荡，工作转速应为了防止可能出现的轴承油膜振荡，工作转速应低于二倍的第一阶临界转速，即低于二倍的第一阶临界转速，即n0.75nc1c11.3nc1c1n0.7nc2c23.3.3.1转子承受的轴向推力转子承受的轴向推力（1）闭式叶轮轴向推力的计算）闭式叶轮轴向推力的计算（2）半开式叶轮轴向推力的计算）半开式叶轮轴向推力的计算3.3.3 轴向推力的平衡轴向推力的平衡3.3.3.1 闭式

6、叶轮轴向推力情况闭式叶轮轴向推力情况3.3.3.2 半开式叶轮轴向推力情况半开式叶轮轴向推力情况3.3.3.2 轴向推力的平衡措施轴向推力的平衡措施 （1）叶轮对排）叶轮对排 （2）叶轮背面加筋）叶轮背面加筋 （3）采用平衡盘（也称平衡活塞）采用平衡盘（也称平衡活塞）3.3.4 抑振轴承抑振轴承3.3.5 压缩机密封结构压缩机中常见的密封形式迷宫密封迷宫密封的机构形式分整体和镶片两种结构，这种迷宫密封的结构特点是密封齿的伸分整体和镶片两种结构，这种迷宫密封的结构特点是密封齿的伸出高度不一样，而且高低齿相间排列，出高度不一样，而且高低齿相间排列，与之相配的轴表面，是特与之相配的轴表面，是特制的凹

7、凸沟槽制的凹凸沟槽，这种高低齿与凹凸沟槽相配的结构，使平滑的密，这种高低齿与凹凸沟槽相配的结构，使平滑的密封间隙变成了曲折式，因此，增加了流动阻力，提高了密封效能。封间隙变成了曲折式，因此，增加了流动阻力，提高了密封效能。常用于叶轮盖板和平衡盘处常用于叶轮盖板和平衡盘处迷宫密封的原理当气流漏过齿缝时，因流通截面突然变小而产生加速降压当气流漏过齿缝时，因流通截面突然变小而产生加速降压的收敛膨胀过程（节流），其温度、压力降低但速度增加；的收敛膨胀过程（节流），其温度、压力降低但速度增加；当气流从齿缝漏入两齿间空腔时，由于截面突然扩大，使当气流从齿缝漏入两齿间空腔时，由于截面突然扩大，使气流形成很强

8、的漩涡，从而使速度几乎消失而转化成热能，气流形成很强的漩涡，从而使速度几乎消失而转化成热能，气体温度基本恢复而压力不变。气体温度基本恢复而压力不变。迷宫密封的特点迷宫密封的特点是：必须有一定是：必须有一定的漏气量。故不的漏气量。故不可能实现完全密可能实现完全密封。封。设计和使用中应注意的问题浮环油膜密封密封机理：套于轴上的圆环，其内壁与轴存在一定的间隙。轴旋密封机理：套于轴上的圆环，其内壁与轴存在一定的间隙。轴旋转时，轴表面带动密封液进入偏心的间隙内。产生流动压效应，转时，轴表面带动密封液进入偏心的间隙内。产生流动压效应，使环浮动抬使环浮动抬升，环内壁升，环内壁脱离轴表面脱离轴表面而变成非接而

9、变成非接触状态。在触状态。在此状态下利此状态下利用周向狭长用周向狭长间隙的节流间隙的节流作用而达到作用而达到阻漏的目的阻漏的目的机械密封和干气密封干气密封：干气密封：类似机械密封，节省油类似机械密封，节省油封装置，封装置， 10MPa3.3.5.1机械故障诊断的必要性机械故障诊断的必要性3.3.5.2 故障诊断监测系统故障诊断监测系统3.3.5.3故障监测技术故障监测技术3.3.5.4机械故障诊断方法机械故障诊断方法3.3.6 机械故障诊断机械故障诊断3.3.5.1机械故障诊断的必要性机械故障诊断的必要性 所谓故障是指机器丧失工作效能的程度，但通常故障所谓故障是指机器丧失工作效能的程度，但通常

10、故障是能修复或排除。是能修复或排除。 长期以来采用的是长期以来采用的是定期预防性维修制度定期预防性维修制度，即到一定时，即到一定时间不出故障也要停机大修，解体检查，一些部件还不到使间不出故障也要停机大修，解体检查，一些部件还不到使用寿命就得用寿命就得更换更换，造成维修费用很大和停产时间很长等损，造成维修费用很大和停产时间很长等损失。如采用机器故障诊断技术，则可改为失。如采用机器故障诊断技术，则可改为预防性维修预防性维修制度，制度，根据故障诊断结果，确定适时的停机和局部维修，这样就根据故障诊断结果，确定适时的停机和局部维修，这样就大大延缓停机大修的时间，甚至不必定期停机大修，从而大大延缓停机大修

11、的时间，甚至不必定期停机大修，从而节省了维修费用，增加了持续生产的时间。节省了维修费用，增加了持续生产的时间。3.3.5.2 故障诊断监测系统故障诊断监测系统3.3.5.2 故障诊断监测系统故障诊断监测系统机器故障诊断的过程一般包括如下的主要环节机器故障诊断的过程一般包括如下的主要环节(1)(1)机器状态参数的检测，即信号采集；机器状态参数的检测，即信号采集；(2)(2)信号处理，提取故障特征信息；信号处理，提取故障特征信息；(3)(3)确定故障的发生部位、类型和程度；确定故障的发生部位、类型和程度；(4)(4)对确定的故障作防治处理与监控。对确定的故障作防治处理与监控。3.3.5.3故障监测

12、技术故障监测技术3.3.5.3 故障监测技术故障监测技术a a振动信号的采集应用各类测振传振动信号的采集应用各类测振传感器检测机器振动的位移、速度和感器检测机器振动的位移、速度和加速度，并转为电信号送入分析处加速度，并转为电信号送入分析处理器。理器。b b振动信号的处理它是将传感器感振动信号的处理它是将传感器感受到的各种激振力作用的复杂信号受到的各种激振力作用的复杂信号加工处理，提取与故障有关的特征加工处理，提取与故障有关的特征信息，并从模拟量变化为数字量信息，并从模拟量变化为数字量，然后送人数字运算电路或电子计，然后送人数字运算电路或电子计算机进行信号分析处理，最后获得算机进行信号分析处理，

13、最后获得用于故障分析的数字或图形。用于故障分析的数字或图形。(1)(1)机器振动检测技术机器振动检测技术(2)(2)热红外技术热红外技术(3)(3)声发射技术声发射技术(4)(4)噪声分析技术噪声分析技术(5)(5)润滑油的光谱、铁润滑油的光谱、铁谱分析技术谱分析技术3.3.5.4机械故障诊断方法机械故障诊断方法3.3.5.4 机械机械故障诊断方法故障诊断方法 机器故障诊断中除了检测状态参数和信号处理之外，机器故障诊断中除了检测状态参数和信号处理之外，更重要的是根据提取的特征信息进行故障识别与诊断，更重要的是根据提取的特征信息进行故障识别与诊断，以确定故障发生的部位、类别和程度，然而这是一项相

14、以确定故障发生的部位、类别和程度，然而这是一项相当复杂与艰巨的工作。现今，故障诊断方法已有多种，当复杂与艰巨的工作。现今，故障诊断方法已有多种，如如综合比较诊断法综合比较诊断法、特性变化诊断法特性变化诊断法、故障树诊断法故障树诊断法、模糊诊断法模糊诊断法、专家系统诊断法专家系统诊断法和和神经网络诊断法神经网络诊断法等。其等。其中，专家系统诊断法是一种智能化的计算机诊断系统，中，专家系统诊断法是一种智能化的计算机诊断系统，能使一般人员像专家一样识别与判断机械故障；而神经能使一般人员像专家一样识别与判断机械故障；而神经网络诊断法是一种由模仿人的大脑神经元网络结构而建网络诊断法是一种由模仿人的大脑神

15、经元网络结构而建立的一种非线性的动力学网络系统，可使专家更为准确立的一种非线性的动力学网络系统，可使专家更为准确地识别与判断机械故障。地识别与判断机械故障。3.4 3.4 选选 型型3.4.1 3.4.1 选型的基本原则选型的基本原则3.4.2 3.4.2 选型分类选型分类3.4.3 3.4.3 选型方法选型方法3.4.1 3.4.1 选型的基本原则选型的基本原则1.提出产品应达到的技术指标提出产品应达到的技术指标(1). 性能指标性能指标流量、压力比、效率、功率和变工况适用范围；经常运行的工作流量、压力比、效率、功率和变工况适用范围；经常运行的工作点作为设计点，使经济性最好点作为设计点，使经

16、济性最好(2).安全指标安全指标合理确定零部件的材料；转子动平衡允许的残留不平衡量；工作合理确定零部件的材料；转子动平衡允许的残留不平衡量；工作转速离开一、二阶临阶转速的数值；主要零部件的装配尺寸及其转速离开一、二阶临阶转速的数值；主要零部件的装配尺寸及其间隙；机器运行的震动值（振幅间隙；机器运行的震动值（振幅 )1200025.4 mn2.提出产品的经济指标提出产品的经济指标(1)产品价格：质量与价格兼顾（产品价格：质量与价格兼顾（2）供货时间）供货时间(3) 使用寿命：使用寿命：1015年年3.选用性能调节方式选用性能调节方式出口调节不经济，可变转速调节，经济性好、工况范围大出口调节不经济

17、，可变转速调节，经济性好、工况范围大4. 提出必须配备的仪表提出必须配备的仪表附属系统（冷却润滑）、检测系统（测压力、流量、温度、转速、附属系统（冷却润滑）、检测系统（测压力、流量、温度、转速、振动量等，确定检测部位、选择仪器仪表）、控制系统（开、停振动量等，确定检测部位、选择仪器仪表）、控制系统（开、停车、防喘振、连锁紧急停车、自动调节维持高效工况点）车、防喘振、连锁紧急停车、自动调节维持高效工况点）5. 其他事项其他事项单台、小批量厂家可满足具体要求（转子转向、进排气位置、机单台、小批量厂家可满足具体要求（转子转向、进排气位置、机器高度等）器高度等）3.4.2 3.4.2 选型分类选型分类

18、3.4.2.1 3.4.2.1 按气体流量与压力选型按气体流量与压力选型3.4.2.2 3.4.2.2 轴流式与离心式压缩机的性能比较轴流式与离心式压缩机的性能比较3.4.2.33.4.2.3按工作介质选型按工作介质选型3.4.2.43.4.2.4按机器结构特点选型按机器结构特点选型3.4.2.53.4.2.5原动机选型原动机选型按流量和压力选型按流量和压力选型轴流式压缩机的工作原理轴流式压缩机的工作原理轴流式压缩机级：轴流式压缩机级：动叶和静叶动叶和静叶构成。构成。叶栅叶栅的概念的概念轴流式与离心式的性能比较轴流式与离心式的性能比较(1)(1)轴流压缩机适用于轴流压缩机适用于更大的流量更大的

19、流量(2)(2)轴流式的轴流式的级压力比低级压力比低(3)(3)轴流压缩机的轴流压缩机的效率高效率高(4)(4)轴流压缩机的轴流压缩机的变工况特性较差变工况特性较差(1) (1) 轴流压缩机适用于更大的流量轴流压缩机适用于更大的流量DtDh dDF20204 离心式离心式 DDhtF224 轴轴流流式式通流面积：通流面积：s/mCs/mC9060200140 离离心心式式轴轴流流式式进气速度进气速度离心式离心式轴流式轴流式CC离离心心式式轴轴流流式式FF(2) (2) 轴流式的级压力比低轴流式的级压力比低 在轴流级中气流方向基本平行于在轴流级中气流方向基本平行于轴线，径向分速轴线，径向分速c

20、cr r，由于动叶，由于动叶前后的前后的u u1 1uu2 2，由欧拉方程可知，由欧拉方程可知， 故级中获得的能量比离心式的故级中获得的能量比离心式的少。因而有效压缩功小，级压力少。因而有效压缩功小，级压力比低。一个转子上的级数有限，比低。一个转子上的级数有限，故它故它不使用于高压力比不使用于高压力比的场合。的场合。2222212122 ccHth(3) (3) 轴流压缩机的效率高轴流压缩机的效率高效率高：流经动静叶栅的效率高：流经动静叶栅的流线弯曲小流线弯曲小，流程短流程短，流，流动损失小；动损失小；机翼型叶片，机翼型叶片，分离损失小分离损失小由于相当薄的由于相当薄的机翼型动、静两排叶片机翼

21、型动、静两排叶片都对来都对来流方向十分流方向十分敏感敏感，且两排，且两排叶片靠得很近叶片靠得很近随着流量的增减，内部正负冲角的增大，使随着流量的增减，内部正负冲角的增大，使级压力比变化剧烈，其级压力比变化剧烈，其一一q qv v曲线很陡，曲线很陡，一一q qv v曲线左右都下降得厉害。故曲线左右都下降得厉害。故轴流式的变轴流式的变工况适应性较差工况适应性较差。但若各级静叶全部可调，。但若各级静叶全部可调，能具有很好的变工况适应性能具有很好的变工况适应性. .(4) (4) 轴流压缩机的变工况特性较差轴流压缩机的变工况特性较差轴流离心压缩机性能曲线对比轴流离心压缩机性能曲线对比3.4.2.3 3

22、.4.2.3 按工作介质选型按工作介质选型(1)(1)按轻气体与重气体选型按轻气体与重气体选型(2)(2)按工作介质的性质及排气压力是按工作介质的性质及排气压力是 否很高选型否很高选型(3)(3)按气固、气液两相介质选型按气固、气液两相介质选型压缩轻气体压缩轻气体: 应尽可能选用优质材料以提高应尽可能选用优质材料以提高叶轮的叶轮的u u2 2，并选用叶片出口角较大，叶片数，并选用叶片出口角较大，叶片数较多的叶轮，以尽可能的提高单级的压力比，较多的叶轮，以尽可能的提高单级的压力比，从而减少级数从而减少级数。压缩重气体压缩重气体: 单级离心压缩机单级离心压缩机，但应注意u2的数值不能太大，否则还将

23、受马赫数较大的影响而使效率下降，变工况范围缩小。(1) (1) 按轻气体与重气体选型按轻气体与重气体选型(2) (2) 按工作介质的性质及排气压力选型按工作介质的性质及排气压力选型 如工作介质有毒、易燃、易爆、贵有毒、易燃、易爆、贵重和排气压力很高重和排气压力很高，则选用的机器应具有密封严密的轴端密封装置密封严密的轴端密封装置，对防介质泄漏可提出极小的允许漏量，甚至不允许有丝毫的泄漏。 另外，应对温度的提高有一定的限温度的提高有一定的限制，这就需要选用带有中间冷却的压缩制，这就需要选用带有中间冷却的压缩机机。其压缩机如何分段，则需按对温度升高的限制程度和节省能耗综合考虑。(3) (3) 按气固

24、、气液两相介质按气固、气液两相介质气体中含有固体颗粒或液滴的两相介质气体中含有固体颗粒或液滴的两相介质按两相流理论进行设计通流部件特别是叶轮、叶片应选用耐磨损、叶轮、叶片应选用耐磨损、耐锈蚀的材料或表面喷涂硬质合金耐锈蚀的材料或表面喷涂硬质合金等进行特殊的表面处理。 . 产品选型：产品选型： 商品机型商品机型 由已知条件要求直接查找产品由已知条件要求直接查找产品 目录选型，简单（单级）选型目录选型，简单（单级）选型 . 厂商选型：厂商选型： 设计机型设计机型（技术装备储备）（技术装备储备） 由已知条件要求，方案计算、初由已知条件要求，方案计算、初 选型式与制造厂商议选型（大企选型式与制造厂商议

25、选型（大企 业常用）业常用） . 软件选型：软件选型： 优化机型优化机型 已知条件要求，软件优化选型与性能预测，委托厂商设计制造已知条件要求，软件优化选型与性能预测，委托厂商设计制造 选型软件选型软件（美国、中科院、西交大）（美国、中科院、西交大） 价格、成本、厂商协作等问题价格、成本、厂商协作等问题3.4.3 3.4.3 选型方法选型方法3.4.4 选型事例选型事例 通用空气压缩机选型事例（理想气体）通用空气压缩机选型事例（理想气体） 已知数据已知数据 输送空气（标准）输送空气（标准）流量流量 qVN 、进口压力进口压力 pin 、进口温度进口温度 tin 、出口压力出口压力 pout 出口

26、温度出口温度 tout ；电机电机驱动驱动 初选方案初选方案 压比压比（余量（余量 2 6 （3-62）式）式） 级数级数（单机（单机 1.4 1.5） 冷却型式冷却型式（分段、中冷）（分段、中冷） 本例本例 9.4（无压力余量（无压力余量 9.1），选），选 6 级级 2 段段 1 中冷器中冷器 单级单级单单 1.59 1.37（平均（平均 1.45） 选取参数选取参数（根据设计标准、设计手册、参考资料等）（根据设计标准、设计手册、参考资料等） 结构参数：结构参数：（各段相同）（各段相同）转速转速 n ； （分段相同）（分段相同）叶轮直径叶轮直径 D2、叶轮、叶轮圆周速度圆周速度 u2 叶片

27、出口角叶片出口角2A、叶片数叶片数 Z、叶片厚度叶片厚度2 性能系数：性能系数：流量系数流量系数2r（0.284 0.18）、）、 轮阻损失系数轮阻损失系数df（ 0.022 0.037） 漏气损失系数漏气损失系数l（0.010.023） 效率参数：效率参数：多变效率多变效率pol（0.78 0.75）、）、机械效率机械效率m（0.97） 气体参数：气体参数：绝热指数绝热指数 k、气体常数气体常数 R ，（标准状态），（标准状态）压力压力 pN 、温度温度 TN 比容比比容比 kV2（kV2 v0 / v2 2 /0 qV0 / qV2 ） 性能计算性能计算质量流量质量流量 qm（余量（余量 1 5 3-60 式，标准流量换算）式，标准流量换算）叶轮出口通流系数叶轮出口通流系数2（3- 3 式）式）理论（级）能头理论（级）能头 Hth （3-10 式）式） 总能头总能头 Htot （3-32 式）式）多变能头多变能头 Hpol（导自（导自 3-34 式）式） 级压比级压比 （3-19 式或式或 3-31 式）式）级出口压力级出口压力 p0（ p0） 级出口温度级出口温度 T0级进口流量级进口流量 qV0 （导自（导自 3-1 式）式） 段出口流量段出口流量 qV0（导自（导自 3-1 式）式） 功率计算功率计算 内功率