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　　离心式压缩机; 离心式压缩机;§1 离心式压缩机的主要构件及基本原理;1.1 离心式压缩机的主要构件;水平剖分型：气缸剖分为上下两部分，螺栓连接。上下机壳为组合件，由缸体和隔板组成。适于中低压压缩机（一般低于5MPa）。;垂直剖分型：气缸为筒形。隔板上下剖分（螺栓连接成为整体，气缸两侧端盖用螺栓紧固。隔板转子组装后送入筒形缸体。抗内压实力强，密封好，刚性好，温度、压力引起的变形匀整，适于压力高、易泄漏的气体。;多轴式：齿轮箱中一个大齿轮驱动几个小齿轮，每个轴的一端或两端安装有叶轮。叶轮轴向进气，径向排气，以管道连接各级。从动轴转速不同，各级均在最佳状况下运行。适于中低压空气、蒸汽或惰性气体。;结构组成：机壳，转子，定子，以及协助系统。;定子部分 1、气缸： 是压缩机的壳体，又称为机壳。由壳体和进排气室组成，内装有隔板、密封体、轴承等零部件。对它的主要要求是：有足够的强度以承受气体的压力，法兰结合面应严密，主要由铸钢组成。;2、隔板：隔板是形成固定元件的气体通道;转子部分－主轴 压缩机的关键部件，他是主要起到装配叶轮、平衡盘、推力盘的作用，是转子部分的中心部位。;压缩机装置系统图;;转子：叶轮与轴的组件。;（1）扩压器 ——离心式压缩机中的转能部件。气体从叶轮番出时速度很高，为此在叶轮出口后设置流通截面渐渐扩大的扩压器，以将这部分速度能有效地转变为压力能。 （2）弯道——设置于扩压器后的气流通道。其作用是将扩压器后的气体由离心方向改为向心方向，以便引入下一级叶轮去接着进行压缩。;（3）回流器 ——使气流以确定方向匀整进入下一级叶轮入口。回流器中一般都装有导向叶片。 （4）吸气室 ——将气体从进气管（或中间冷却器出口）匀整地引入叶轮进行压缩。 （5）蜗壳 ——把从扩压器或干脆从叶轮出来的气体收集起来，并引出机外。在蜗壳收集气体的过程中，由于蜗壳外径及通流截面的渐渐扩大，因此它也起着确定的降速扩压作用。;1.2 离心式压缩机的基本工作原理;级是离心压缩机使气体增压的基本单元，有三种型式，即：首级、中间级、末级??;1.3 离心式压缩机的主要优缺点; 优点： （1）单级流量大。目前合成氨装置中合成气体压缩机的排气量达6000m3/min以上。在产量大于600吨/日的合成氨厂中主要的工艺用压缩机几乎都接受了离心式压缩机。 （2）重量轻、体积小。无论机组占地面积还是质量都比同一气量的活塞式压缩机小得多。 （3）运转牢靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，操作牢靠，因此它的运转率高，而且易损件少，修理便利。目前大型石油化工过程用离心式压缩机多为单机运行。 （4）气体不与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可以做到确定不带油，有利于气体进行化学反应。 （5）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机干脆驱动，可以合理而充分的利用工艺过程本身的热能，节约能源。; 缺点： （1）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。 （2）离心式压缩机的效率一般低于活塞式压缩机。 （3）离心式压缩机的稳定工况区较窄。;§2 气体在级中的流淌及基本方程;气体在压缩机叶轮中的流淌与液体在泵叶轮中流淌特别类似，都是沿半径方向流淌的，其圆周速度为u，相对速度为，确定速度为c。;三者之间的关系可以用速度三角形表示;但气体与液体性质不同，又使其流淌过程有所区分： 气体与液体的密度相差很大，因此当它们通过叶轮获得同样的能头时，两者的压力升Δp相差很大； 气体是可压缩的，在气体压力提高的同时，其他状态参数如比容、温度等都在变更。尤其在高速下，气体的流淌更困难。 气体在压缩机内的流淌状况分析： 欧拉方程；伯努利方程；用热力学基本方程来分析气体在压缩过程中状态参数的变更及其对流淌影响。;在离心式压缩机中气体的流淌事实上是属于三元非稳态流淌。 在工程上，为了便于分析探讨，常假设级中气体作一元定常流淌。 一元定常流淌——垂直于流淌方向的各截面上的流淌参数（压力、温度、密度和速度等）都匀整一样且不随时间变更。 这样，气体参数的变更仅与流道长度这一坐标有关。 ;2.1 连续方程;2.2 欧拉方程;欧拉方程的物理意义：;叶片数有限的理论能头：;叶片数有限的理论能头：;为此，斯陀道拉提出了计算周向分速的半理论半阅历公式：;实际叶轮理论扬程：;;又可表达为： ;【例】 离心式压缩机DA350—61第一级叶轮的外径D2=600 mm，叶片出口角βA2=45°，叶片数 z =18，流量系数φr2=0.248，转速n =8600 r/min。求叶轮使每千克气体所获得的理论能头。 ;;每千克有效气体从叶轮中得到相应的总能头为 ： ;【思索】 离心式压缩机的总能头Htot 包括哪几部分？为什么泄漏损失能头Hl 和轮盘阻力损失能头Hdf 都要计入总能头？ ;2.4 能量方程 ;能量方程的物理意义： 能量方程是既含有机械能又含有热能的能量转化与守恒方程，它表示由叶轮所作的机械功，转换为级内气体温度（或焓）的上升和动能的增加； 该方程适用任一级，也适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的进出口截面而定。 ; 离心压缩机不从外界吸取热量，而由机壳向外散出的热量与气体与气体的热焓上升相比较是很小的，故可认为气体在机器内作绝热流淌，其?q=0； 忽视a、b截面高度差；且近似绝热过程，对志向气体有：; 当a、b截面分别为级的进、出口截面时，一个级的能量方程式可写为：;2.5 伯努利方程 ;;伯努利方程的物理意义: 伯努利方程也是能量转化与守恒的一种表达式,它表示叶轮所做机械功转换为级中流体的有用能量(静压能和动能增加)的同时,由于流体具有粘性,还需付出一部分能量克服流淌损失或级中全部的损失； 它建立了机械能与气体压力p、流速c 和能量损失之间的相互关系； 该方程适用一级，亦适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的时出口截面而定 ； 对于不行压流体，其密度ρ为常数，则可干脆解出，因而对输送水或其他液体的泵来说应用伯努利方程计算压力的上升是特别便利的。而对于可压缩流体，还需知道p=f（ρ）的函数关系及热力学基础学问才可解决。;2.6 级效率；热力过程方程和压缩功的表达式关联;;;;;在进气温度和压力比相同的条件下，等温压缩功最小，排气温度最低。多变压缩功最大，排气温度最高。所以多级压缩时常作成多段，增加段间冷却以降低气体温度，使压缩过程向等温过程靠近，达到节约压缩功的目的。 压缩功大小与气体性质有关，在同样压力比下压缩轻的气体（气体常数R 较大）比压缩重气体须要的压缩功大。例如压缩氢气须要的压缩功比压缩空气须要的压缩功大14.4倍。 由于同一压缩机的级压缩同一质量流量的不同气体所供应的理论能头 HT 是相同的，所以，当压力比相同时，压缩轻气体须要的级数比重气体的多。;降低气体的温度，节约功率，接受分段中间冷却器。;多变效率：;§3 级中能量损失;3.1 级内的流淌损失 ;（2）冲击损失 ;（3）分别损失;（4）二次涡流损失;（5）尾迹损失 ;（6）波阻损失 ;（6）波阻损失 ;;（1）产生漏气损失的缘由;级中能量损失;§4 离心式压缩机的特性曲线）级的特性曲线）级的特性曲线的形成;性能曲线Hpol—Qs只在压缩机设计中运用；而工程应用中接受更为直观的ε—Qs曲线。经换算得：;性能曲线的一般特点：;性能曲线） 压缩机的喘振;喘振的内因：流量过小，小于压缩机的最小流量，导致机内出现严峻的气体旋转脱离； 喘振的外因：管网有确定容积，且压力高于压缩机的排压，造成气流倒流，产生大幅度的气流脉动。脉动的频率和振幅与管网容量有关。;操作者和运行人员的要求： 应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩机工况点处在性能曲线图上的位置； 熟悉各种监测系统和调整限制系统的操作，尽量使机器不致进入喘振状态。;在首级或各级设置导叶转动机构以调整导叶角度，使流量削减时的进气冲角不致太大，从而避开发生喘振。 在压缩机出口设置旁通管道，让压缩机通过足够的流量，以防进入喘振状态。 在压缩机进口设置温度、流量监视仪表，出口设置压力监视仪表，一旦出现异样或喘振刚好报警；设有与防喘振限制操作联动或与紧急停车联动。;当转速可调时，降低运行转速，可使流量削减而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低。 开大入口阀，提高压缩机入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。 降低后部系统的压力。压力降低，工作点下移，喘振区范围变窄，工作范围变宽。 后部系统压力无法降低而生产需求流量又很小的状况下，可开大压缩机防喘振阀（放空系统或将出口部分回流到入口）来提高入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。;产生缘由： 流量增大，气流的冲角达到较大的负冲角，在叶片工作面上发生边界层分别，叶片做功全部转变为能量损失，压力不再上升，仅用于维持在该流量下流淌； 在流道最小截面处出现了声速，边界层分别区急剧扩大，压缩机达到了堵塞工况，此时压力得不到提高，流量不再增大。;在性能曲线上，处于喘振工况和堵塞工况之间的区域，称为稳定工作范围。;4.2 压缩机的性能曲线;级与多级压缩机的性能曲线形态基本一样。 由于受逐级气流密度的变更与影响，级数愈多，密度变更越大，压缩机的性能曲线愈陡，喘振流量愈大，堵塞流量愈小，稳定工况区也就越窄。 多级离心式压缩机稳定工况区的宽窄，主要取决于最终几级的特性。 ;（2 ） 转速对压缩机性能的影响;确定转速下，增大流量，压缩机的压力比将下降；反之则上升。 确定转速下，如流量为设计流量时，压缩机效率达最高值。当流量大于或小于设计流量时，压缩机效率都下降。;压缩机的性能曲线左端受到喘振工况的限制，右端受到堵塞工况的限制，在这两者之间的区域为压缩机稳定工况区。稳定工况区的宽窄，是衡量压缩机性能的重要指标之一。 压

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