1、3.3 离心式压缩机中能量损失,3.3.1 级中各种能量损失损失种类：泄漏损失 HL总损失 轮阻损失 Hdf 流动损失 Hhyd 摩擦损失 分离损失冲击损失 二次流损失 尾迹损失 波阻损失,流动损失,（1）泄漏损失由于压力差作用，高压气体向低压区流动，形成泄漏损失。 主要发生在： 叶轮端盖处；级间，为内泄漏。 轴的两个外伸端，为外泄漏。采用的密封形式： 端盖与级间采用迷宫密封（齿形密封）。 轴外伸端采用浮环油膜密封。,级间密封,叶轮前密封,泄漏损失功与功率：,迷宫密封实际泄漏量：,（2）轮阻损失叶轮旋转时，轮盘、轮盖侧面及轮外缘与气体发生摩擦而产生的损失为轮阻损失。轮阻损失功：轮阻损失功率：近
2、似计算式：,(3) 流动损失 摩擦损失：气体与流道壁面的摩擦损失。沿程摩擦阻力损失： 分离损失：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： 68 冲击损失：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。（叶片式扩压器也会存在） 二次流损失：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，高流速向低处流动，形成二次涡流，即二次流损失。 尾迹损失：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 波阻损失：流道内气流速度达到音速 c = a （M= c / a =1)，气流传输波会发生叠加，形成压缩波，称为激波
3、或波障。波障内能量损失很大，为不可逆过程。气流通过波障时将遇到很大阻力，穿过时会有很大能量损失，即波阻损失。临界流量：,3.2 性能、调节与控制 3.2.1 离心压缩机的性能反映压缩机性能的参数： 以体积流量为主参数，可作出如下性能曲线：（一）性能曲线也叫特性曲线，在转速一定、进口条件一定时。（1）单级中能量压头 H 的性能曲线：能量方程：级中有效能量头：,其中流动损失主要有：（2）整台压缩机性能曲线,N,Hpol,qv,N H ,性能曲线分析： 有效压头 Hpol 受各种损失影响，以沿程摩擦损失和冲击损失影响最大。 压力比 随流量增大而减小。 效率 在额定流量下最高，效率最高时为设计工况点或
4、额定 工况点，要求压缩机尽可能的在此点附近工作。 功率 N 一般随流量增加而增大。当压力比 下倾较快时，N曲线也下倾。 当转速不同时，性能曲线发生均匀变化。如：n1 n2n3,(一）喘振工况当流量减少时，机器会出现喘振，此工况为喘振工况。离心压缩机在启动初期或停机时，总要经过喘振工况。当流量减少到一定值时都有一个喘振点。（1）喘振机理压缩机流量减少：气流进入叶轮时正冲角很大，冲角：,喘振机理：压缩机流量减少，气流进入叶轮时正冲角很大，使叶片非工作面上的气流严重分离，并由一个或几个叶道开始，逐步向其它叶道扩展，沿叶轮旋转反方向发展，这种现象为“旋转脱离”。随着旋转脱离的进一步扩大，气流受到严重阻
5、塞，排出压力降低，当管网中气体压力高于压缩机出口压力时，管网气流会倒流，反向冲击叶轮。当气流灌满叶道后，又出现正向流动。这种周期性、低频率、大振幅的正反气流震荡现象为喘振。,喘振特点： 小流量时出现，低频率、大振幅、周期性震动，机器发出异常噪音、 吼叫、爆音，声音较高。管网容积愈大，震动愈严重。喘振影响因素：吸入流量降低，管网反向压力大，气流进口冲角大于零。 喘振的危害：使机器性能恶化，压力和效率显著降低，异常噪音，机器震动，轴承及密封损坏，转子叶轮发生碰撞。,防止喘振的措施： 操作者具备标注喘振线的能力，随时了解工况点位置 在停机或减速时，应先降压后降速，防止管网回压。 叶轮进口有导叶的压缩
6、机，要随时调节叶轮导叶，保持冲角为零 。 在压缩机出口设置旁通管或回流管，保证足够的气流返回到压缩机进口。 在进、出口安装温度、流量、压力监视仪器，一旦发 现异常及时报警，操作联动、停机联动。 一旦进入喘振区应立即加大流量或停机。出现严重喘振时，应停机开缸检查，查看是否有机件损坏。,（二）堵塞工况当流量增大时，气流速度升高， 流道某喉部气流流速将达到临界状 态，即流速等于音素 c = a （M=1） 。这时流量为最大流量 qmax ，若想 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 失，压力不再升高，流量也不能再 增加，这种工况称为“堵塞工况”。,3.3.2 压缩机与管网
7、联合工作 整套装置连接形式：压缩机 管道 设备（装置）通常：管道+设备称为管网系统,压缩机,管 网,设 备（装 置）,（一）管网特性曲线管道沿程压力损失：设备内工作压力：管网进口总压力：管网特性曲线：,qv,p,特性曲线分析： 管道内摩擦阻力越大，曲线越陡。 当无管道时： 当无设备时：,P,qv,p=pr,（二）压缩机与管网联合工作压缩机与管网为串联连接，遵守质量守恒和能量守恒定律。压缩机排气量等于管网的进气量：排气压力等于管网所需压力：整个系统才能达到平衡，稳定工作。稳定工作点为两特性曲线的交点，A点 。A点上满足：A 点尽量在高效率区若：,r,A,p,qv,3.3.3 压缩机的各种调节方法
8、为满足实际供气量和压力的需要，压缩机远行工况点可人为调节，进气量多少可人为控制。 （1）压缩机出口节流调节在压缩机出口安装一个节流阀，靠阀的开度大小来调节流量大小。特点：简单、方便，但功率浪费大。原理：阀关小时，流量减小，管网阻力增大，管网特性曲线变陡。注意：流量太小时，会进入喘振区。（2）压缩机进口节流调节压缩机进口安装节流阀，控制进口流量和压力。特点：简单、方便，省功率，应用广泛。原理：阀开度大小，改变压缩机吸入参数，使压缩机特性曲线变化。注意：流量太小时，也会进入喘振区。,A,A1,A,A1,(3) 改变压缩机转速调节压缩机转速，使其特性曲线变化，工况点也随之变化。特点：最省功、经济，调
9、节范围宽，无其它损失；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，特性曲线变化。注意：流量太小时，也会进入喘振区（4）叶轮进口导叶、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，避免气流冲击和喘振发生。特点：经济性好，损失少，但机构复杂。原理：减少压缩机内部冲击损失， 使压缩机特性曲线变平缓。可避免或减小喘振区。,n1,n2,n3,qv,p,q,p,(5) 压缩机的串联与并联两台或几台压缩机串联或并联后，使特性曲线成倍增加，工况点提高。特点：简单、方便，省功率，满足系统要求，但增加设备。原理：压缩机特性叠加，使流量或压力倍增。串联：并联：串联 并联,q,p,q,p,3.3.
10、4 相 似 理 论 及 应 用相似理论在许多流体机械中被广泛应用，特别是叶轮式流体机械 相似理论的用途： 相似设计（模化设计）新产品仿造（产品系列化、标准化、通用化） 相似计算（性能参数换算）两相似机或一机因n不同 而进行的其它参数的换算。相似实验（模型实验）用模型替代实物进行实验。利用相似理论进行设计、制造和实验在科技、工程等领域具有广泛的应用价值。 一.相似理论的内容三大相似条件： 几何相似几何参数相似 运动相似运动参数相似 动力相似动力参数相似,（1）几何相似：定义： 两台机器（设计机与模型机）若几何相似，则各对应尺寸成比例，并且此比例相等，为一尺寸常数 L；对应角度相等。模型机尺寸参数
11、： 设计机尺寸参数：表达式：,（二）运动相似定义： 两台机器若运动相似，则内部流体的流型相似，即对应点的速度大小成比例，且各比例相等，为一常数 C ；速度方向相同。 表达式：方向角相等：实际是叶轮的进口、出口速度三角形相似。,1,u1,c1,u1,1,C1,（三）动力相似定义： 两台机器若动力相似，则流道内对应点上同类力大小成比例，且为一常数 f ；力的方向对应相同。流体机械内有：质量力、惯性力、粘滞力、弹性力等表达式：,离心压缩机满足特征马赫数相等：泵满足雷诺数相等：（四）热力相似两机的热力过程相似。表达式：,二.相似理论的应用离心压缩机主要用于：1 .相似设计：参照样机设计出相似的新机器。
12、2.性能计算 ：利用模型机参数换算出相似机的性能参数.规定：模型机、样板机、使用过的机器为已知机器，参数右上角“ ，”。如：新设计机、新型机，其参数及尺寸待定,（1）相似设计(模型设计）已知一台性能好的样机（模型机），设计一台完全相似的新机器。实际是按比例缩小或放大。模型机尺寸为已知：1.几何尺寸计算,新机器尺寸：,其它参数：,（2） 相似性能换算已知模型机参数： 转速间关系： 流量： 压力比：, 能量头： 功率： 效率：,3.3.5 转子的临界转速,为确保机器安全运转，要求工作转速n远离第1、2阶临界转速： nc1、nc2。临街转速一般实验标定（或普劳尔传递矩阵法计算）,校核条件： 对于刚性转子： 对于柔性转子：,为防止出现轴承的油膜振荡，工作转速应低于2倍的第1临界转速,3.3.6 压缩机选型,轴流式压缩机,轴流式风机：,3.3.7 附属系统（1）管网系统（2）增速设备（3）油路系统（4）水冷却系统（5）检测系统3. 3.8 安全可靠性 3.3.1 叶轮强度 3.3.2 转子临界转速 3.3.3 轴向推力的平衡 3.3.4 抑振轴承 3.3.5 轴端密封 3.3.6 故障诊断,本 章 结 束,
