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过程流体机械——离心压缩机第三章离心压缩机

主要内容一离心压缩机的典型结构二离心压缩机的工作原理三离心压缩机的性能、调节与控制四离心压缩机的可靠性五离心压缩机的选型三离心压缩机的性能、调节与控制离心压缩机的性能压缩机的喘振压缩机的堵塞工况性能曲线压缩机与管网联合工作相似理论在压缩机中的应用离心压缩机的调节方法及特点主要内容三离心压缩机的性能、调节与控制（1）压缩机的喘振工况——最小流量工况

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旋转脱离（以B叶道为例）i喘振的机理1.离心压缩机的性能

流量减少→冲角i很大→非工作面上边界层严重分离→有效通道减小→气体向两侧分流：流向A叶道的冲角减小，边界层分离情况缓解；流向C叶道的冲角增大，边界层分离情况严重结论：分离团按叶轮旋转的反方向作旋转移动，其旋转运动的角速度小于叶轮的角速度

流量进一步减少→大分离团占据叶道的大部分→排出压力大幅下降→压缩机减为零流量→管网气体倒流入压缩机，压力下降→压缩机开始排气→管网压力升高→旋转分离→喘振。★

喘振现象

该过程正流、倒流周而复始，这种周期性的低频率、大振幅的气流振荡现象，称为喘振。ii喘振的危害压缩机的压力和效率显著降低；出现异常的噪声、爆音；引起振动，导致压缩机的轴承和密封损坏。三离心压缩机的性能、调节与控制iii防喘振的措施

该方法增加了压缩机的流量，但浪费了部分压缩功，多消耗了能量，也损失了部分气体。

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部分气流放空法三离心压缩机的性能、调节与控制

该方法适于处理有毒、易燃、易爆等不宜放空的气体，但也浪费了部分压缩功。

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部分气流回流法三离心压缩机的性能、调节与控制

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降低压缩机的转速，可使流量减少而不发生喘振现象

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设置导叶转动机构，避免流量减少时进气冲角过大而引发喘振。

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操作人员严格监控，及时报警处理。（2）压缩机的堵塞工况——最大流量工况

级中流道某最小截面处气体达到临界状态，此时气体流量已达最大，不可能再增加。

流量增大使叶片工作面上发生分离，当流量达最大值时，叶轮做功全变为能量损失，压力不再升高。三离心压缩机的性能、调节与控制（3）压缩机的性能曲线i压缩机性能的主要参数qvin/(m3/min)流量（qv

或qm

）压力比ε（排气压力p、压差Δp、能量头H）效率η功率N随着进气量的变化，其它各性能参数将发生相应的变化，所以常以曲线形式来表现压缩机的性能变化关系，即压缩机的性能曲线。

工况：性能曲线上的某一点即为压缩机的某一运行工作状态，简称工况。三离心压缩机的性能、调节与控制

通常将曲线上效率最高的点称为最佳工况点，一般是压缩机设计计算的工况点。

选用压缩机时，应尽量使其运行在最佳工况点上，以减少能耗。ii最佳工况点iii稳定工作范围

在喘振工况（最小流量）和堵塞工况（最大流量）之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。

压缩机变工况的稳定工作范围越宽越好。三离心压缩机的性能、调节与控制随着流量的减小，压缩机能提供的压力比增大，在最小流量时，压力比达最大；离心压缩机有最大流量和最小流量两个极限值，排出压力也有最大值和最小值；效率曲线有最高效率点，即最佳工况点，一般也是压缩机的设计工况点；功率曲线一般随流量增加而向上倾斜，但当ε-qv曲线向下倾斜很快时，功率曲线也可能先向上倾斜而后逐渐向下倾斜。iv离心压缩机性能曲线的特点三离心压缩机的性能、调节与控制v离心压缩机性能曲线的变化规律三离心压缩机的性能、调节与控制

离心式压缩机的性能曲线随着气体介质、进气状态、转速而发生变化。vi离心压缩机性能曲线的测试开始时调节阀全开，即达压缩机的最大流量；将阀门逐渐关小，即依次减小流量，记录测量数据；直到压缩机出现不正常情况，即喘振工况，此时流量为压缩机的最小流量。三离心压缩机的性能、调节与控制压缩机的性能曲线大多是由实验获得的。管网：一般是指压缩机连接的进气管路、排气管路以及这些管路上的附件及设备（容器、阀件等）的总称。对于离心式压缩，管网只是指压缩机后面的管路及全部装置。三离心压缩机的性能、调节与控制（4）压缩机与管网联合工作ppr三离心压缩机的性能、调节与控制i管网特性曲线——管网阻力曲线管网特性曲线：管网情况一定时，通过管网的气体流量与保证这个流量通过管网所需要的压力之间的关系曲线，即p＝f（qv）管网终端的压力可表示为：p＝pr＋Δp＝

pr

＋Aqv2其中pr：气体被送入的设备的内压力

Δp：包括管网中的摩擦损失和局部阻力损失；

A：总阻力的计算系数ii压缩机与管网联合工作——压缩机的工作点三离心压缩机的性能、调节与控制稳定工作点：压缩机排气量＝管网进气量压缩机的排压＝管网需要的端压1，1a，1b－不同阀门开度下的管网特性曲线；2，3－压缩机特性曲线。用“小扰动法”分析压缩机平衡工况的稳定性，如果小扰动过后，工况仍回到原来的平衡工况点，则工况是稳定的；否则是不稳定的。iii平衡工况的稳定性三离心压缩机的性能、调节与控制压缩机串联工作可增大气流的排出压力，压缩机并联工作可增大气流的输送流量。vii压缩机的串联和并联工作三离心压缩机的性能、调节与控制vi压缩机变工况工作下的喘振现象三离心压缩机的性能、调节与控制（1）压缩机出口节流调节

即调节压缩机出口管路中的阀门开度，以改变管网特性曲线，来适应工艺流程对流量或压力的特定要求。2.压缩机的各种调节方法及其特点特点：（1）不改变压缩机的特性曲线；（2）减小或增大阀门开度，可减小或增大流量；（3）该方法简单易行，操作方便；（4）要产生阀门节流损失，使系统效率下降，经济性差。三离心压缩机的性能、调节与控制（2）压缩机进口节流调节改变进气管中的阀门开度，可改变压缩机性能曲线的位置，从而达到改变输送气体的流量或压力的调节目的。特点：（1）节省功率；（2）使压缩机能够在更小流量下稳定工作；（3）节流阻力带来一定的压力损失，导致排气压力降低。进气压力与流量的关系曲线压缩机的性能曲线三离心压缩机的性能、调节与控制（3）采用可转动的进口导叶调节特点：（1）调节范围大，经济性好；（2）可转动导叶的机构比较复杂。在压缩机叶轮入口前设置一圈可绕本身轴线转动的导向叶片，改变导向叶片的角度，可改变进入叶轮叶道的气流方向，产生不同程度的预旋（正预旋和负预旋），从而改变压缩机的性能曲线，达到调节工况的目的。三离心压缩机的性能、调节与控制（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，可改变扩压器叶片的进口角，从而改变压缩机的性能曲线。特点：（1）可很好地满足流量的调节要求，经济性好；（2）对压力调节的作用较小，调节机构结构复杂。三离心压缩机的性能、调节与控制（5）改变压缩机转速的调节当原动机可改变转速时，可调节转速来改变压缩机的性能曲线位置，以实现变工况要求。特点：具有压力、流量调节范围大，不产生其它附加损失的优点；当转速减小时，喘振边界线向小流量方向移动，扩大了稳定工况范围；适用于汽轮机、燃气轮机驱动的压缩机；对电动机驱动的，则需配备变频调速机构，设备复杂化，且价格昂贵。三离心压缩机的性能、调节与控制（1）相似理论的应用价值3.相似理论在离心压缩机中的应用三离心压缩机的性能、调节与控制（2）离心压缩机流动相似理论应具备的条件三离心压缩机的性能、调节与控制（3）符合相似条件的性能换算四离心式压缩机的可靠性1.

叶轮强度确保叶轮安全运行的措施：选择优质材料；选择优良的制造工艺；控制叶轮圆周速度;进行叶轮强度计算。2.转子临界转速临界转速：转子角速度与转子弯曲振动的固有频率相重合，则转子发生共振导致破坏。此时转子的转速称为临界转速。远离临界转速，可保证转子不发生共振，运转平稳。

方法：计算转子临界转速，按要求校核。四离心式压缩机的可靠性

3.轴向力的平衡（a）叶片对称排列（b）设置平衡盘四离心式压缩机的可靠性（c）选择止推轴承（d）叶轮轮盘背面加筋四离心式压缩机的可靠性4.轴端密封（1）机械密封（2）浮环油膜密封五离心式压缩机的选型（1）产品应达到的技术指标1.选型的基本原则i性能指标流量：质量流量qm（kg/h）或进口容积流量qvin（m3/h）压力比：压缩机出口法兰处的压力与进口法兰处压力之比效率：一般采用多变效率、机械效率功率明确经常运行的工况点：使经常运行工况点的流量与压力比处于最佳工况点（设计制造时用到余量系数）ii安全指标主要零部件的选材、不平衡量、主要零部件的间隙、振动值等（2）产品的经济指标产品价格供货时间使用寿命（3）考虑性能调节方式（4）设备及仪表的配备阀门调节、变转速调节、导叶调节等五离心式压缩机的选型中间冷却器、检测系统、控制系统等轴流式压缩机的工作原理及特点2.选型分类五离心式压缩机的选型装在转鼓上的动叶片对气体做功；装在壳体上的静叶片起导流和扩压作用，二者构成一个基元级。i轴流式压缩机的工作原理五离心式压缩机的选型ii轴流式压缩机的特点五离心式压缩机的选型轴流式压缩机进口截面积比离心式压缩机叶轮进口的截面积大的多，且流速高，所以其处理的气体量比离心式压缩机大得多。轴流式压缩机中气流的方向平行于轴线，径向分速度为零，基元级提供的理论功少，所以其不适用于压力比较高的场合。轴流式压缩机中气流流经动静叶片的流线弯曲小，路程短，机翼型叶片的流动损失小，所以其效率很高。当流量变化时，轴流式压缩机的级内会造成很大的冲击损失，所以其对变工况的适应能力较差。（1）按流量和压力选型2.选型分类五离心式压缩机的选型i按流量选型窄叶轮的离心压缩机双吸叶轮式压缩机三元叶轮式压缩机轴流式压缩机ii按压力选型压缩机：0.2MPa以上鼓风机：0.115～0.2MPa通风机：0.115MPa以下五离心式压缩机的选型（2）按工作介质选型压缩轻气体所需的压缩功大，可选用较多级数的压缩机或多缸串联的压缩机机组；或适当提高叶轮速度、增加叶轮的叶片数等。压缩重气体所需的压缩功小，可选用较少级数的压缩机或单级离心压缩机。当工作介质易燃、易爆、有毒或排气压力很高，须选用具有严密轴端密封装置的压缩机；对排气温度有限制的，需选用带有中间冷却器的压缩机。若气体中含有固、液两相介质时，应选用叶轮具有良好耐磨损、耐锈蚀的压缩机。五离心式压缩机的选型（3）按结构特点选型五离心式压缩机的选型按压缩机的结构：单级、多级、多列、多缸、多级多轴等按气缸结构：剖分式、高压筒型等按叶轮结构：闭式后弯型、半开式径向直叶轮、三元叶轮、长短叶片相间的叶轮、顺排或对排叶轮等按扩压器结构：无叶片式、有叶片式3.选型方法五离心式压缩机的选型本章小结一离心压缩机的典型结构

了解：离心压缩机的主要组成部分及结构；叶轮结构及类型。

掌握：“