1、离 心 式 压 缩 机 的 性 能 测 试 与 计 算谢进祥 / 中石化股份公司茂名分公司机动部摘 要 :介绍了离心式压 缩 机 的 性 能 测 试 与 流 量 、 压力 、 内功率的计算过程 ,并作出了评价 。关键词 :离心式压缩机 性能测试 计算 中图分类号 : T H452 文献标识码 :B 文章编号 :1006 - 8155 (2006) 02 - 0006 - 04Pe rfo rma nc e Te st a nd Calculatio n of Ce ntrifugalCo mp re s so rAb stra ct : This article int ro duces t
2、he perfo r mance test and t he calculatio n p rocedure of flow , p ressure and inner power of cent rif ugal co mp resso r .Ke y wo rd s : Cent rif ugal co mp resso r Perfo r mance test calculatio n设计参数和技术要求见表 1 。表 1 新的 401/ 2 机组的设计参数和技术要求1 引 言某炼油厂一催化装置 401/ 2 压缩机 组 于 1975年安装投用 。 该机组的 蒸 汽 透 平 机 是 从 旧
3、 船 上 拆下来的背压双冲动级的 透 平 机 ,经 过 20 多 年 的 运 行 ,早已超过设计寿 命 。 喷 嘴 和 动 叶 栅 磨 损 严 重 , 绝热效率已下降到 45 % 。 该透平机已不能 再 将 压 缩机驱动到 额 定 转 速 , 压 缩 机 风 量 和 出 口 压 力 也不能满足装置的正常生产需要 。鉴于这种情况 ,决 定 对 该 机 组 进 行 更 新 改 造 。 新 机组 由 离 心 式 压 缩 机 、 齿 轮 箱 和 电 动 机 组 成 。 离心式压缩 机 由 某 鼓 风 机 厂 设 计 制 造 , 齿 轮 箱 由 南京高速齿 轮 箱 厂 制 造 , 电 动 机 由 上 海
4、 电 机 厂 制造 。压 缩 机 的 性 能 试 验3根据技术 协 议 规 定 , 新 的 离 心 式 压 缩 机 组 采用三元流叶 轮 设 计 ,在 制 造 厂 试 验 台 现 场 记 录 的 试验数据见表 2 。制造厂试验台现场 提 供 的 压 缩 机 出 口 管 道 管 径 D = 500 mm , 出 口 端 流 量 测 量 孔 板 直 径 d =390 mm ,孔板流量系数 a = 0 . 746 ,膨胀系数 = 0 .987 。2 新 机 组 的 设 计 参 数 和 技 术 要 求新 的 401/ 2 机 组 投 用 后 , 单 独 供 风 便 能 满 足一 催化装置的正 常 生
5、产 需 要 。 新 的 401/ 2 机 组 的收稿日期 :2005 - 12 - 23 茂名市 525011 6 主 风 机级 数 4 级 ( 按 三 元 流 叶 轮 设 计 )转 速 5500r/ min多 变 效 率 83 %流 量 调 节 进 口 蝶 阀设 计 寿 命 200000h年 平 均( 工 况 2)最 热 月 平 均 值( 设 计 点 )最 冷 月 平 均 值( 工 况 1)进 口 压 力 / MPa(绝 ) 0 . 096 0 . 096 0 . 096进 口 温 度 / 23 30 . 7 15 . 6相 对 湿 度 / % 82 . 4 84 77流 量 Nm 3/ m
6、in ( 湿 基 ) 设 计 点 1150最 大 值 1250出 口 压 力 / M Pa ( 绝 ) 0 . 32轴 功 率/ k W 4150额 定 功 率 / k W 5000离心式压缩机的性能测试与计算表 2 新的 401/ 2 离心式压缩机性能测试数据(8) 计算压缩机出口空气质量流量4 压 缩 机 各 试 验 点 计 算 结 果根 据 表 2 各 测 试 点 的 测 量 数 据 , 利 用 相 关 公qm = d 2 60 2kp4= 1505 . 1 kg/ min(9) 压 缩 机 进 口 质 量 流 量 与 出 口 质 量 流 量 之 间的关系压 缩机进口 质 量 流 量 q
7、m 1 应 等 于 出 口 质 量 流 量 qm 2及机外泄质量流量 qm x 之和 ,即 qm 1 = qm 2 + qm x 。 但 qm x 数 值 与 qm 2 数 值 相 比 极 小 , 故 可 认 为qm x 0 。 所以 qm 1 = qm 2 = qm = 1505 . 1kg/ min 。(10) 计算压缩机空气进口密度式计算出新的 401/ 2 离 心 式 压 缩 机 的 空 气 进 口 流量 、 内功率 、 多变效率等 。4 . 1 第 4 试 验 点 ,即 设 计 点 的 空 气 进 口 流 量 、 内 功率及多变效率计算查表可知 :水蒸气气体 常 数 R w = 46
8、1 . 6J / kg K ;空 气 气 体 常 数 R d = 287 . 04J / kgK ; 压 缩 机 进 口 温 度 下 水 蒸 气 的 饱 和 压 力 psat = 3778 Pa ( 28 .31 ) ;空气绝 热 指 数 k = 1 . 4 ; 压 缩 机 进 、 出 口 压 缩性系数 Z1 1 , Z2 1 ;空气分子量 M = 28 . 97 。(1) 计算多变指数p1 = 1 . 09326 kg/ m31 = R T 1 Z1(11) 计算压缩机空气进口容积流量1m = = 1 . 5540 qm 1q = = 1376 . 7 m3 / minlg ( T 2 /
9、T 1 )1 - v 1 p1lg ( p2 / p1 )(12) 计算空气标准密度N = 28/ 22 . 4 = 1 . 2933 kg/ m3(2) 计算多变效率m ( k - 1)p = ( m - 1) k = 80 . 14 % ( )13 计算空气标准容积流量(3) 计算湿空气含水蒸气分量 qm 3qv N = = 1164 N m / minpsNx = 0 . 622 = 0 . 020023pb - ps (14) 每千克湿空气压缩机耗功(4) 计算湿空气气体常数 p2m m - 1w p = m - 1 R T 1 Z1 ( )p - 1mx R w + R d1R =
10、= 290 . 47 J / kgK1 + x = 128112 . 34 J / kg(15) 压缩机内功率P = w p qm / p = 4020 . 1 k W第 4 测试点计算结果见表 3 。4 . 2 其他 测 试 点 的 空 气 进 口 流 量 、 内 功 率 、 多 变 效率计算同 样 ,按 上 述 公 式 和 方 法 可 计 算 出 其 它 测 试点 的空气进口流量 、 内 功 率 、 多 变 效 率 等 。 其 计 算 结果列于表 3 中 。(5) 计算出口压力p2 = 0 . 3107 M Pa(6) 计算压力比p2rp = p1 = 3 . 247(7) 计算孔板前空气
11、气体密度p k 3k = R T Z = 2 . 31492 kg/ mk 2 7 测 试 点 1 2 3 4 ( 设 计 点 ) 5室 温 t 0/ 20 . 5 20 . 5 21 21 21相 对 湿 度 / % 83 83 79 79 79出 口 压 力 p 2/ k Pa 79 . 726 139 . 719 207 . 313 215 . 178 229 . 977孔 板 前 压 力 / k Pa 75 . 326 136 . 920 205 . 446 213 . 045 228 . 910孔 板 前 后 压 力 差 / k Pa 55 . 194 33 . 863 19 . 9
12、98 17 . 598 15 . 332大 气 压 力 ( 进 口 压 力 ) p 1/ Pa 95700 95700 95700 95700 95700出 口 温 度 t 2/ 136 . 31 160 . 8 183 . 26 185 . 43 195 . 3进 口 温 度 t 1/ 26 . 91 27 . 8 28 . 16 28 . 31 29 . 2孔 板 前 温 度 / 136 . 31 160 . 8 183 . 62 185 . 78 195 . 3转 速 / ( r/ min) 5540 5540 5541 5517 5540试验研究风机技术 2006 年第 2 期 /表
13、3 压缩机各试验点计算结果5 第 4 试 验 点 计 算 结 果 转 化 修 正 后 的 数 值表 3 中 第 4 试 验 点 的 计 算 结 果 , 只 是 反 映 该 台压缩机在 制 造 厂 试 验 台 工 况 条 件 下 的 性 能 , 并不 代表 它 在 用 户 催 化 装 置 工 况 条 件 下 的 性 能 。因 此 ,必须用 设 计 点 工 况 对 第 4 试 验 点 计 算 结 果进行修正 。 修正后的数 值 才 能 与 设 计 参 数 进 行 比 较 ,以判断 它 的 实 际 性 能 是 否 符 合 设 计 性 能 。 转 化计算结果见表 4 。表 4 转化计算结果6 第 4
14、试 验 点 计 算 结 果 的 转 化 修 正 计 算 实例现 用近似相似原理 的 相 关 公 式 把 第 4 试 验 点查表已知 : 在 压 缩 机 设 计 进 口 温 度 下 水 蒸 气的饱和压力 ps= 4416 Papsx= 0 . 622 = 0 . 025pb- ps计算结果转化到设计点工况进行修正计算 。(1) 原多变指数 m 和效率 p 转化后数值保持 不变 ,即 m= m = 1 . 554 ,p= p = 80 . 14 % 。(2) 设计点空气含水蒸气分量 x 的计算(3) 计算设计点空气气体常数xR w + R dR= = 291 . 3 J / kgK1 + x(4)
15、 计算设计点空气进口密度 8 转 化 修 正 后 数 值 第 4 试 验 点计 算 结 果修 正 到 工 况 1后 的 数 值修 正 到 工 况 2后 的 数 值修 正 到 设 计 点后 的 数 值多 变 指 数 m 1 . 554 1 . 554 1 . 554 1 . 554绝 热 指 数 k 1 . 4 1 . 4 1 . 4 1 . 4进 口 压 力 p 1 / M Pa ( 绝 ) 0 . 0957 0 . 096 0 . 096 0 . 096进 口 温 度 T 1 / 28 . 31 15 . 6 23 30 . 7相 对 湿 度 / % 79 77 82 . 4 84多 变 效
16、 率 p / % 80 . 14 80 . 14 80 . 14 80 . 14饱 和 水 蒸 气 压 力 ps / Pa 3778 1772 2808 4416含 水 蒸 气 分 量 x 0 . 020023 0 . 00896 0 . 01536 0 . 025湿 空 气 气 体 常 数 R / (J / kgK) 290 . 47 288 . 59 289 . 68 291 . 30进 口 空 气 密 度 1 / ( kg/ m3) 1 . 09326 1 . 1520 1 . 1125 1 . 0846进 口 质 量 流 量 q m 1 / ( kg/ min) 1510 . 8 15
17、81 . 1 1526 . 9 1488 . 6进 口 容 积 流 量 q v1 / ( m3/ min) 1381 . 9 1372 . 5 1372 . 5 1372 . 5进 口 标 准 容 积 流 量 q vN 1 / ( Nm3/ min) 1168 1222 . 5 1180 . 6 1151压 力 比 r p 3 . 247 3 . 386 3 . 273 3 . 194出 口 压 力 p 2/ M Pa ( 绝 ) 0 . 3107 0 . 3251 0 . 3142 0 . 3066单 位 湿 空 气 压 缩 机 耗 能 w p/ (J / kg) 128112 . 3 13
18、3751 . 6 129165 . 5 125926 . 2压 缩 机 内 功 率 P/ k W 4020 . 1 4398 4101 . 6 3898 . 5压 缩 机 转 速 n / ( r/ min) 5517 5500 5500 5500试 验 点 1 2 3 4 5多 变 指 数 m 2 . 0550 1 . 6857 1 . 5636 1 . 5540 1 . 5568绝 热 指 数 k 1 . 4 1 . 4 1 . 4 1 . 4 1 . 4多 变 效 率 p/ % 55 . 7 70 . 2 79 . 27 80 . 14 79 . 9湿 空 气 气 体 常 数 R / (J
19、 / kgK) 290 . 44 290 . 64 290 . 47 290 . 14 290 . 48湿 空 气 含 水 蒸 气 分 量 x 0 . 01984 0 . 021071 0 . 020023 0 . 020023 0 . 020085干 球 温 度 下 的 饱 和 水 蒸 气 压 力 ps/ Pa 3564 3777 . 8 3777 . 8 3777 . 8 3789 . 3孔 板 前 空 气 气 体 密 度 k 1 . 4377 1 . 8436 2 . 2686 2 . 31492 2 . 3842压 力 比 r p 1 . 8325 2 . 459 3 . 1647 3
20、 . 247 3 . 40136质 量 流 量 q m/ ( kg/ min) 2100 . 6 1863 . 2 1588 . 3 1505 . 1 1425 . 7空 气 进 口 密 度 1/ ( kg/ m3) 1 . 0981 1 . 0941 1 . 09345 1 . 09326 1 . 092175空 气 进 口 容 积 流 量 q v1/ ( m3/ min) 1912 . 9 1703 1452 . 6 1376 . 7 1305 . 4空 气 标 准 密 度 N / ( kg/ m3) 1 . 2933 1 . 2933 1 . 2933 1 . 2933 1 . 2933
21、空 气 进 口 标 准 容 积 流 量 q vN 1/ ( Nm3/ min) 1624 . 3 1440 . 7 12281 1164 1102 . 3空 气 出 、 进 口 压 力 ( p 2/ p 1) / M Pa ( 绝 ) 0 . 1754/ 0 . 095 0 . 2354/ 0 . 095 0 . 3029/ 0 . 095 0. 31072/ 0. 0957 0. 32551/ 0. 0957内 功 率 P/ k W 3891 . 3 4204 4174 4020 4007 . 7离心式压缩机的性能测试与计算1 果 ,可判定 该 台 压 缩 机 在 设 计 点 工 况 下 的
22、 实 际 操31= RT 1Z1 = 1 . 0846 kg/ m 作 标准容 积 流 量 ( q = 1151N m3 / min) 与 设 计 标v N(5) 第 4 试 验 点 转 化 到 设 计 点 的 质 量 流 量 计 准 容积 流 量 ( qv N = 1150N m3 / min) 大 约 相 等 。 而实际操作出口绝对压力 ( p2= 0 . 3066M Pa) 比设计 出口绝对压力 ( p2 = 0 . 32M Pa) 低 4 . 19 % 。 实 际 多变效 率 (p= 80 . 14 %) 比 设 计 多 变 效 率 (p =83 %) 低 3 . 45 % 。算n 1
23、qm= 1 qm = 1488 . 6 kg/ minn(6) 第 4 试 验 点 转 化 到 设 计 点 的 进 口 容 积 流量计算qm 3qv1 = 1 = 1372 . 5 m / min(7) 第 4 试 验 点 转 化 到 设 计 点 的 压 力 比 计 算mp1 m ( m- 1)1 n2 m - 1 m- 1rp= ( )n ( rp - 1) + 1mp1m( m - 1)1= 3. 194(8) 第 4 试 验 点 转 化 到 设 计 点 的 出 口 压 力 计 算p2= rp p1= 0 . 3066 M Pa(9) 第 4 试 验 点 转 化 到 设 计 点 的 标 准
24、 流 量 计算qm 3qv N= = 1151 N m / minN(10) 第 4 试验点转化到设计点的单位耗能 图 11 n2 结 论w p= ( n ) w p = 125926 . 2 J / kg 91(11) 第 4 试验点转化到设计点的内功率P= ( w pqm) / p = 3898 . 5 k W虽 然该 台 压 缩 机 的 性 能 没 有 达 到 设 计 要 求 ,稍 有偏差 ,但根据催化 装 置 再 生 器 、 反 应 器 的 现 有 状 况 ,即操作压力不宜超过 0 . 23M Pa ( 绝 ) 原 设 计压 力 0 . 26M Pa (绝 ) , 压缩机出 口 到 再
25、 生 器 的 压 损约 0 . 05M Pa ,故推算 压 缩 机 出 口 压 力 不 宜 超 过 0 .28M Pa (绝 ) 。 所以 ,使 用 该 台 压 缩 机 后 ,它 的 供 风 量 、 压头的余量还是相 当 大 的 ,完 全 可 满 足 目 前 催化装置的最大炼油生产能力要求 。性 能 曲 线7根据上面计算结果 ,作曲线如图 1 所示 。测 试 评 价8根据第 4 试验点转化到设计点的计算结(上接第 37 页 )Clo se ( sockf d) ;也 可 以 调 用 shut dow n ( ) 函 数 来 关 闭 socket 。 该 函数 允 许 用 户 只 停 止 在 某
26、 个 方 向 上 的 数 据 传 输 ,而另一个方向上的数据传输可继续进行 。 如 :i nt shut dow n (int sockf d , int how) ;更 加 经 济 和 方 便 。 随 着 嵌 入 式 设 备 价 格 的 逐 步 降低 ,相 信 不 久 的 将 来 利 用 嵌 入 式 系 统 进 行 振 动 信 号 采 集 、 处 理 和 传 送 将 是 一 个 发 展 趋 势 。参 考 文 献1 王 学 龙 . 嵌 入 式 Linux 系 统 设 计 与 应 用 , 清 华 大 学 出 版 社 ,2002 .邹 思 轶 . 嵌 入 式 Linux 设 计 与 应 用 ,清 华 大 学 出 版 社 2002 . 陈 晓 强 ,杨 建 刚 . 基 于 DSP 的 汽 轮 机 振 动 状 态 监 测 仪 ,汽 轮 机 技 术 ,2003 ( 2) .Behro uz A. Fo ro uzan , Sop hia Chung Fegan 著 ,谢 希 仁 译 . TCP/ IP 协 议 族 . 2 版 . 清 华 大 学 出 版 社 ,2003 .23结 束 语5基 于 嵌 入 式 系 统 的 振 动 信 号 的 采 集 、 处 理 和 传输 ,将 使 振 动 信 号 的 监 测 和 电 厂 振 动 故 障 诊 断 变 得4 9
