1、压 缩 机,-建筑环境与设备工程专业,离心压缩机,1.1 离心压缩机的主要构件及基本工作原理 1.2 气体在级中流动的概念及基本方程 1.3 级中能量损失 1.4 级的性能曲线 1.5 多级离心压缩机的性能曲线 1.6 相似原理在离心压缩机中的应用 1.7 离心压缩机和管路联合工作及工况调节 1.8 离心压缩机的主要零部件,1.6 相似原理,离心压缩机的相似原理，主要研究离心压缩机内流体流动过程中的相似问题，即流体流经几何相似的机器时，其任一对应点的同名物理量的比值相等。也就是要寻找满足流动相似的充分必要条件。要保证流体在两机中流动相似，两机必须 满足几何相似、运动相似和动力相似，以及热力相似
2、。,为什么要讨论相似原理?,机内流动问题复杂，理论计算难以解决，运用相似理论，可以减小试验成本，将机器缩小模型或改变试验条件，然后把试验结果推广到与其流动过程相似的机器中去。相似理论可以给流体机械的试验研究、相似设计和性能换算等方面提供可靠的理论依据。,模型参数加，原形参数,1.6.1 离心压缩机相似条件,1. 几何相似,两机通流部分对应线性尺寸L之比相等、对应角度相等、叶片数相等。,线性尺寸：,对应角度：,叶片数目：,阻塞系数：,尺寸缩放系数,同名速度：,方 向 角：,图1-32 叶轮的几何相似 和运动相似用图,2. 进口运动相似,两机叶道进口速度三角形相似。,进口无预旋时,进口有预旋时,此
3、外还要预旋角相等,3. 动力相似,两机对应点上同名力之比相等、方向相同。,流体质点上的作用力：,重力、粘滞力、压力、弹性力、惯性力,根据牛顿运动第二定律，动力相似时有：,牛顿 准数,F、F流体质点所受合外力,可以看出：,Ne：作用于流体质点上的合外力与惯性力之比。,重力、粘滞力、压力 弹性力、惯性力,Fr：弗鲁德相似准数,Eu：欧拉相似准数,M：马赫相似准数,具体的判别准数：,Re：雷诺相似准数,粘性力、重力和惯性力是起决定作用的力，而压力不受流体物性的制约，是随其他各力的大小而被决定的。 Eu=f(Fr,Re)对液体，重力影响比压力影响要小，所以，对于泵， Re可以作为唯一的判别准数，是判别
4、相似的充要条件。对粘性可压缩流体的定常流动，起决定作用的相似准数是雷诺数、马赫数和绝热指数。重力的影响可忽略。,对于压缩机来说：, 雷诺数相等：摩擦阻力问题 （大于临界雷诺数，速度变化对摩擦阻力系数影响小，自动满足. 5106-1107）, 马赫数相等 ：气体（可压缩性）弹性力问题,现证明如下：,对于静止流道： 任意截面上的马赫数是进口截面上M1的函数，即,对于旋转流道：,两个马赫数并不独立，只要有一个相等，另一个也相等，则流道对应截面上对应的参数比相等。 实际上只需要特征马赫数相等,4. 热力相似,绝热指数相等：热力学性质（热力过程）,离心压缩机完全相似条件：, 几何相似 进口速度三角形相似
5、 特征马赫数相等 绝热指数相等,1.6.2 相似换算和相似设计,相似原理在离心压缩机中主要用于两个方面：一是相似设计；二是相似机间的性能换算，或同一台机器设计条件与试验条件间的性能换算。性能换算又可分为完全符合相似条件的完全相似换算和部分符合相似条件的近似相似换算。,一、完全相似时的性能换算,所以有转速间的关系（试验转速不能随意确定）：,W-,试验参数加,流量间的关系。根据进口速度三角形相似和几何相似,于是有：,采用进口流量,W-,完全相似时，对应压力比相等,W-,质量流量间的关系,对于理想气体，多变过程的压力和温度之间的关系为：,若两流动的气体绝热指数相等，根据pol与m的关系，有：,由于相
6、似，对应的效率相等，过程指数相等,W-,由于相似，对应的效率相等，过程指数相等,质量流量,多变压缩指数,解 从模型机的性能曲线上取点,B点计算过程相同,二、相似设计,相似设计时，采用经过实践证明具有较高效率、性能曲线较为平缓、稳定工况区较宽的机器（或级）作为模型机（或级）。根据模型机的主要几何尺寸和试验性能数据，以及原型机的设计参数，利用相似原理进行尺寸大小的换算，设计出流道形状相似的原型机。,根据前面相似换算的条件，有,几何尺寸比例常数,压力比：,对于具有中间冷却的、各段转速相同的多段压缩机，在采用上述相似设计时，为保证两台整机及各段都工况相似，还需要满足对应各段的进气温度之比相等。,效率：
7、,转速：,功率：,三、近似相似,由于条件限制，不能满足上述完全相似的条件，即不完全相似。利用部分相似条件，指出联系，并适当补充一些条件，使两机器保持一定的近似相似。,由于受试验设备条件的限制，试验转速往往采用设计转速。这时即使采用的气体相同 （k同，R同），但因进气条件不同，不同保证特征M同，也不完全相似，完全相似的四个条件中只满足了三个。当试验条件和设计条件的特征马赫数不相等时，气体在流道中参数的变化就不相似，对应点的比体积比也就不相等。这时，即使进口速度三角形相似，叶轮出口速度三角形也不会相似。,但如果马赫数相差不大，可以认为影响较小。即：几何相似，k同，进口速度三角形相似的近似相似，近似
8、认为出口速度三角形相似,a流量换算关系。根据两机叶道进口速度三角形相似 ，由流量系数相等，可得：,（1）,b压力比换算关系。由各个系数相等,又有,所以,（2）,c功率换算关系,因此,又有,所以,（3）,流量换算式（1）用于压力比小于2.5时，是符合实际情况的。当压力比较大时，误差就会比较大。,此时可采用压缩机进、出口之间某一截面处速度三角形仍保持相似的方法 。,在进、出口中间截面处速度三角形相似，则由流量系数相等,考虑到进口流量,因此,（1）,求比容比，推荐用半温升平均比体积法来计算,（1）-1,若离心压缩机试验时不能采用原设计气体，尤其是对易爆、腐蚀、有毒等介质，试验时常采用空气作介质。 为了尽可能使产品试验条件与设计条件之间保持近似相似，可使压缩机进、出口比体积比保持相等。这样，可使进出口速度三角形对应相似，中间的流动过程认为近似相似。,由于,所以,由于机器工况近似相似，可以认为效率和能头系数都相等,（1）,（2）,又进出口比容比相等,且,且,（3）,流量换算式为：,功率换算式为：,（4）,（5）,重点： 1）完全相似的条件； 2）近似相似的条件； 3）相似换算。 作业：7、10（做出n=4000rpm的曲线）,本节完,
