第3章離心壓縮機(jī)

1、第第3 3章章 離心壓縮機(jī)離心壓縮機(jī)3.1 3.1 離心壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)與工作原理離心壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)與工作原理3.2 3.2 性能、調(diào)節(jié)與控制性能、調(diào)節(jié)與控制3.3 3.3 安全可靠性安全可靠性3.4 3.4 選型選型3.1 3.1 離心壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)與工作原理離心壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)與工作原理3.1.1 離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)離心壓縮機(jī)是利用旋轉(zhuǎn)葉輪實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，使氣體主要沿離心壓縮機(jī)是利用旋轉(zhuǎn)葉輪實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，使氣體主要沿離心方向流動(dòng)從而提高氣體壓力的機(jī)器離心方向流動(dòng)從而提高氣體壓力的機(jī)器（1）結(jié)構(gòu)型式：）結(jié)構(gòu)型式：水平剖分型和垂水平剖分型和垂直剖分型。直剖分型。（2

2、）結(jié)構(gòu)組成：）結(jié)構(gòu)組成：機(jī)殼，轉(zhuǎn)子，定機(jī)殼，轉(zhuǎn)子，定子，以及輔助系子，以及輔助系統(tǒng)。統(tǒng)。3.1.1.1 離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)垂直剖分型結(jié)構(gòu)垂直剖分型結(jié)構(gòu)高壓圓筒型和豎直剖高壓圓筒型和豎直剖分型分型壓縮機(jī)裝置系統(tǒng)圖壓縮機(jī)裝置系統(tǒng)圖3.1.1.2 3.1.1.2 級(jí)的典型結(jié)構(gòu)級(jí)的典型結(jié)構(gòu) 級(jí)是離心壓縮機(jī)使氣體增壓的基本單元，有三種型式，即：級(jí)是離心壓縮機(jī)使氣體增壓的基本單元，有三種型式，即：首級(jí)、中間級(jí)、末級(jí)。首級(jí)、中間級(jí)、末級(jí)。3.1.1.3 離心葉輪的典型結(jié)構(gòu)離心葉輪的典型結(jié)構(gòu)葉輪是主要的做功元件，它將外界（原動(dòng)機(jī)）的能量傳遞給氣體，使氣體葉輪是主要的做功元件，它將外界（原

3、動(dòng)機(jī)）的能量傳遞給氣體，使氣體增壓。增壓。葉輪組成及種類：葉輪組成及種類：按葉輪結(jié)構(gòu)型式按葉輪結(jié)構(gòu)型式閉式葉輪閉式葉輪：性能好、效率高；由于輪蓋的影響，葉輪圓周速度受到限制。：性能好、效率高；由于輪蓋的影響，葉輪圓周速度受到限制。半開式葉輪半開式葉輪：效率較低，強(qiáng)度較高。：效率較低，強(qiáng)度較高。雙面進(jìn)氣葉輪雙面進(jìn)氣葉輪：適用于大流量，且軸向力平衡好。：適用于大流量，且軸向力平衡好。 按葉輪葉片型式按葉輪葉片型式后彎型葉輪后彎型葉輪：2A 90，級(jí)效率高，穩(wěn)定工作范圍寬。，級(jí)效率高，穩(wěn)定工作范圍寬。徑向型葉輪徑向型葉輪： 2A 90 ，性能介于后彎型和前彎型之間。，性能介于后彎型和前彎型之間。 前

4、彎型葉輪前彎型葉輪： 2A90，級(jí)效率較低，穩(wěn)定工作范圍窄。，級(jí)效率較低，穩(wěn)定工作范圍窄。氣體在旋轉(zhuǎn)葉輪中的流動(dòng)與速度三角形氣體在旋轉(zhuǎn)葉輪中的流動(dòng)與速度三角形相對(duì)速度（相對(duì)速度（w）：與葉片的）：與葉片的切線方向一致。切線方向一致。牽連速度（牽連速度（u）：）：絕對(duì)速度（絕對(duì)速度（c）：圓周速度與）：圓周速度與相對(duì)速度的合成。相對(duì)速度的合成。三者之間的關(guān)系可以用速三者之間的關(guān)系可以用速度三角形表示。度三角形表示。6022nDu3.1.1.4 擴(kuò)壓器的典型結(jié)構(gòu)擴(kuò)壓器的典型結(jié)構(gòu)葉輪出口的氣流絕對(duì)速度較大，為了提高級(jí)的增壓比和效葉輪出口的氣流絕對(duì)速度較大，為了提高級(jí)的增壓比和效率，設(shè)置了擴(kuò)壓器使氣流

5、降速增壓。率，設(shè)置了擴(kuò)壓器使氣流降速增壓。無葉擴(kuò)壓器無葉擴(kuò)壓器：結(jié)構(gòu)簡單，級(jí)變工況較好，效率高，穩(wěn)定工作范圍寬。：結(jié)構(gòu)簡單，級(jí)變工況較好，效率高，穩(wěn)定工作范圍寬。葉片擴(kuò)壓器葉片擴(kuò)壓器：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變工況性能差，效率較低，穩(wěn)定工作范圍窄。：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變工況性能差，效率較低，穩(wěn)定工作范圍窄。工作原理：工作原理：氣體流動(dòng)連續(xù)性定律：氣體流動(dòng)連續(xù)性定律：得到：得到：降速升壓主要依靠加大直徑來實(shí)現(xiàn)。動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芎涂朔鹘邓偕龎褐饕揽考哟笾睆絹韺?shí)現(xiàn)。動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芎涂朔鲃?dòng)損失的能量。動(dòng)損失的能量。33rircDDcconstcbDcbDcbDqrriiiirm44443333constDcDcDc

6、uuiiu2224433動(dòng)量矩守恒定律：動(dòng)量矩守恒定律：根據(jù)能量守恒定律：根據(jù)能量守恒定律：33233233cDDcDDcDDciuirii綜合上兩式：綜合上兩式：3.1.1.5 其他結(jié)構(gòu)其他結(jié)構(gòu)彎道：使氣流轉(zhuǎn)向發(fā)生改變。彎道：使氣流轉(zhuǎn)向發(fā)生改變?；亓髌鳎阂龑?dǎo)氣流無預(yù)旋進(jìn)入下一級(jí)?；亓髌鳎阂龑?dǎo)氣流無預(yù)旋進(jìn)入下一級(jí)。吸入室：引導(dǎo)，使氣體均勻進(jìn)入葉輪。吸入室：引導(dǎo)，使氣體均勻進(jìn)入葉輪。排氣蝸殼：收集、引導(dǎo)氣體進(jìn)入排氣管道中。排氣蝸殼：收集、引導(dǎo)氣體進(jìn)入排氣管道中。3.1.1.6 離心壓縮機(jī)的特點(diǎn)離心壓縮機(jī)的特點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn) 流量大；流量大； 轉(zhuǎn)速高；轉(zhuǎn)速高； 結(jié)構(gòu)緊湊；結(jié)構(gòu)緊湊； 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。

7、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。 （2 2）缺點(diǎn)）缺點(diǎn) 單級(jí)壓力比不高，高壓力比所需的級(jí)數(shù)比活塞式的多。單級(jí)壓力比不高，高壓力比所需的級(jí)數(shù)比活塞式的多。 由于轉(zhuǎn)速高，流通截面積較大，故不能適用于太小的流量。由于轉(zhuǎn)速高，流通截面積較大，故不能適用于太小的流量。3.1.2 3.1.2 離心壓縮機(jī)的基本工作原理離心壓縮機(jī)的基本工作原理3.1.2.1 3.1.2.1 連續(xù)方程連續(xù)方程（1 1）連續(xù)方程的基本表達(dá)式）連續(xù)方程的基本表達(dá)式 constfcqqqqrVVininViim22222氣體作定常一元流動(dòng)，流經(jīng)機(jī)器任意截面的質(zhì)量流量相等，氣體作定常一元流動(dòng)，流經(jīng)機(jī)器任意截面的質(zhì)量流量相等，其連續(xù)方程表示為：其連續(xù)方程表示

8、為：方程說明：隨著氣體在壓縮過程中壓力不斷提高，其密度不方程說明：隨著氣體在壓縮過程中壓力不斷提高，其密度不斷增大，容積流量沿機(jī)器不斷減小。斷增大，容積流量沿機(jī)器不斷減小。式中：式中：q qm m為質(zhì)量流量為質(zhì)量流量 kg/s,qkg/s,qv v為容積流量為容積流量m m3 3/s,/s,為氣流密度為氣流密度,f ,f 為截為截面面積面面積,c,c2r2r為垂直該截面的法向流速。為垂直該截面的法向流速。（2 2）連續(xù)方程在葉輪出口的表達(dá)式）連續(xù)方程在葉輪出口的表達(dá)式 連續(xù)方程在葉輪出口處的表達(dá)式，反映流量與葉輪幾何連續(xù)方程在葉輪出口處的表達(dá)式，反映流量與葉輪幾何尺寸及氣流速度的相互關(guān)系。尺寸

9、及氣流速度的相互關(guān)系。 322222222260unDbqqrVm式中：式中：D D2 2為葉輪外徑為葉輪外徑, b, b2 2為葉輪出口處的軸向?qū)挾葹槿~輪出口處的軸向?qū)挾? , 為葉輪出口的相對(duì)為葉輪出口的相對(duì)寬度?？紤]到葉輪結(jié)構(gòu)的合理性和級(jí)效率寬度?？紤]到葉輪結(jié)構(gòu)的合理性和級(jí)效率, ,通常要求通常要求 。 為葉輪葉輪出口處的流量系數(shù)為葉輪葉輪出口處的流量系數(shù), ,它對(duì)流量、理論能量頭和級(jí)效率均它對(duì)流量、理論能量頭和級(jí)效率均有較大的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的選取范圍，不同類型葉輪取值不同。有較大的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的選取范圍，不同類型葉輪取值不同。2 2為為 葉輪出口的通流系數(shù)（或阻塞系數(shù)）。葉輪出口的通

10、流系數(shù)（或阻塞系數(shù)）。22Db065.0025.022Db222ucrrAAADZbDZbZbD2222222222222sin1sin2sin說明：葉論出口連續(xù)方程式常用來校核說明：葉論出口連續(xù)方程式常用來校核各級(jí)葉輪選取各級(jí)葉輪選取 的合理性。的合理性。22Db表示鉚接葉輪中連接盤、蓋的葉片折表示鉚接葉輪中連接盤、蓋的葉片折邊；無折邊的銑制、焊接葉輪，邊；無折邊的銑制、焊接葉輪，=0。3.1.2.2 3.1.2.2 歐拉方程歐拉方程歐拉方程是用來計(jì)算原動(dòng)機(jī)通過軸和葉輪將機(jī)械能轉(zhuǎn)換給流體歐拉方程是用來計(jì)算原動(dòng)機(jī)通過軸和葉輪將機(jī)械能轉(zhuǎn)換給流體的能量，稱為葉輪機(jī)械的基本方程。由流體力學(xué)的動(dòng)量矩定

11、理的能量，稱為葉輪機(jī)械的基本方程。由流體力學(xué)的動(dòng)量矩定理導(dǎo)出，其表達(dá)式：導(dǎo)出，其表達(dá)式：1122ucucHLuuthth也可表示為：也可表示為：222222121222122ccuuHLthth式中式中L Lthth 為葉輪輸出的歐拉功為葉輪輸出的歐拉功 ，H Hthth為每千克流體所接受的能量稱為理論為每千克流體所接受的能量稱為理論能量頭，單位是能量頭，單位是kJ/kgkJ/kg。歐拉方程的物理意義：歐拉方程的物理意義：歐拉方程指出的是葉輪與流體之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，它遵循歐拉方程指出的是葉輪與流體之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，它遵循能量轉(zhuǎn)換與守恒定律；能量轉(zhuǎn)換與守恒定律；只要知道葉輪進(jìn)出口的流體速度，

12、即可計(jì)算出一千克流體與只要知道葉輪進(jìn)出口的流體速度，即可計(jì)算出一千克流體與葉輪之間機(jī)械能轉(zhuǎn)換的大小、而不管葉輪內(nèi)部的流動(dòng)情況；葉輪之間機(jī)械能轉(zhuǎn)換的大小、而不管葉輪內(nèi)部的流動(dòng)情況；該方程適用于任何氣體或液體，既適用于葉輪式的壓縮機(jī)，該方程適用于任何氣體或液體，既適用于葉輪式的壓縮機(jī)，也適用于葉輪式的泵；也適用于葉輪式的泵；推而廣之只需將等式右邊各項(xiàng)的進(jìn)出口符號(hào)調(diào)換一下，亦適推而廣之只需將等式右邊各項(xiàng)的進(jìn)出口符號(hào)調(diào)換一下，亦適用于葉輪式的原動(dòng)機(jī)如汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。用于葉輪式的原動(dòng)機(jī)如汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。原動(dòng)機(jī)的歐拉方程為原動(dòng)機(jī)的歐拉方程為2211ucucHLuuuu葉片數(shù)有限的理論能頭：葉片數(shù)有

13、限的理論能頭：軸向旋渦軸向旋渦 液體由于存在慣性力，液體由于存在慣性力，產(chǎn)生軸向渦流，方向與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方產(chǎn)生軸向渦流，方向與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。向相反。結(jié)果結(jié)果 使得相對(duì)速度和絕對(duì)速度產(chǎn)使得相對(duì)速度和絕對(duì)速度產(chǎn)生滑移。生滑移。無預(yù)旋：無預(yù)旋：一般情況下氣體是從徑向流入葉道入口，簡稱徑向進(jìn)入葉輪或氣一般情況下氣體是從徑向流入葉道入口，簡稱徑向進(jìn)入葉輪或氣流無預(yù)旋進(jìn)入葉輪。此時(shí)流無預(yù)旋進(jìn)入葉輪。此時(shí)09011uc，22ucHuth有限多葉片相對(duì)速度的分布有限多葉片相對(duì)速度的分布工作面一側(cè)相對(duì)速度小，非工工作面一側(cè)相對(duì)速度小，非工作面一側(cè)相對(duì)速度大。作面一側(cè)相對(duì)速度大。為此，斯陀道拉提出了計(jì)算周向分速的

14、半理論半經(jīng)驗(yàn)公式：為此，斯陀道拉提出了計(jì)算周向分速的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式：滑移速度與葉輪結(jié)構(gòu)、葉道中滑移速度與葉輪結(jié)構(gòu)、葉道中流動(dòng)情況及流體性質(zhì)有關(guān)。流動(dòng)情況及流體性質(zhì)有關(guān)。滑移系數(shù)滑移系數(shù)得到有限多葉片的理論能頭的計(jì)算公式：得到有限多葉片的理論能頭的計(jì)算公式： 2222222222sin1uZctguucHAAruuth此方程為離心壓縮機(jī)計(jì)算能量與功率的基本方程式。此方程為離心壓縮機(jī)計(jì)算能量與功率的基本方程式。說明：說明： 主要與葉輪圓周速度有關(guān)、流量系數(shù)、葉片主要與葉輪圓周速度有關(guān)、流量系數(shù)、葉片出口角和葉片數(shù)有關(guān)。出口角和葉片數(shù)有關(guān)。式中：式中： 稱為理論能量頭系數(shù)或周速系數(shù)。稱為理論能量頭

15、系數(shù)或周速系數(shù)。 u2thH3.1.2.3 3.1.2.3 能量方程能量方程 能量方程用來計(jì)算氣流溫度（或焓）的增加和速度的變化。能量方程用來計(jì)算氣流溫度（或焓）的增加和速度的變化。根據(jù)熱力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換與守恒定律，當(dāng)氣體在根據(jù)熱力學(xué)的能量轉(zhuǎn)換與守恒定律，當(dāng)氣體在級(jí)中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，取級(jí)中任意兩截面級(jí)中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，取級(jí)中任意兩截面a、b間間的系統(tǒng)作為考察對(duì)象，則對(duì)單位質(zhì)量氣體有：的系統(tǒng)作為考察對(duì)象，則對(duì)單位質(zhì)量氣體有：22202000202000cchhccTTcqLpth能量方程的物理意義：能量方程的物理意義：能量方程是既含有機(jī)械能又含有熱能的能量轉(zhuǎn)化與守恒方程，它能量方程是既含有機(jī)械能又含有

16、熱能的能量轉(zhuǎn)化與守恒方程，它表示由葉輪所作的機(jī)械功，轉(zhuǎn)換為級(jí)內(nèi)氣體溫度（或焓）的升高和表示由葉輪所作的機(jī)械功，轉(zhuǎn)換為級(jí)內(nèi)氣體溫度（或焓）的升高和動(dòng)能的增加；動(dòng)能的增加；該方程對(duì)有粘無粘氣體都是適用的，因?yàn)閷?duì)有粘氣體所引起的能該方程對(duì)有粘無粘氣體都是適用的，因?yàn)閷?duì)有粘氣體所引起的能量損失也以熱量形式傳遞給氣體，從而使氣體溫度（或焓）升高；量損失也以熱量形式傳遞給氣體，從而使氣體溫度（或焓）升高；離心壓縮機(jī)不從外界吸收熱量，而由機(jī)殼向外散出的熱量與氣體離心壓縮機(jī)不從外界吸收熱量，而由機(jī)殼向外散出的熱量與氣體與氣體的熱焓升高相比較是很小的，故可認(rèn)為氣體在機(jī)器內(nèi)作絕熱與氣體的熱焓升高相比較是很小的，故

17、可認(rèn)為氣體在機(jī)器內(nèi)作絕熱流動(dòng)，其流動(dòng)，其 q=0q=0；該方程適用任一級(jí)，也適用于多級(jí)整機(jī)或其中任一通流部件，這該方程適用任一級(jí)，也適用于多級(jí)整機(jī)或其中任一通流部件，這由所取的進(jìn)出口截面而定。由所取的進(jìn)出口截面而定。 例如對(duì)于葉輪而言，能量方程表示為例如對(duì)于葉輪而言，能量方程表示為 對(duì)于擴(kuò)壓器而言，能量方程表示為對(duì)于擴(kuò)壓器而言，能量方程表示為22212212212212cchhccTTcHpth22244233cTccTcpp對(duì)任意截面而言，能量方程表示為對(duì)任意截面而言，能量方程表示為由此可以得到溫差的計(jì)算公式：由此可以得到溫差的計(jì)算公式：3.1.2.4 3.1.2.4 伯努利方程伯努利方程

18、應(yīng)用該方程將流體獲得的能量區(qū)分為有用能量和能量損失，并應(yīng)用該方程將流體獲得的能量區(qū)分為有用能量和能量損失，并引入壓力參數(shù)，表示出壓力的增加，將機(jī)械功與級(jí)內(nèi)流體壓力引入壓力參數(shù)，表示出壓力的增加，將機(jī)械功與級(jí)內(nèi)流體壓力升高的靜壓能聯(lián)系起來，其表達(dá)式為：升高的靜壓能聯(lián)系起來，其表達(dá)式為：002020002hydththHccdpHL式中式中 為級(jí)進(jìn)出口靜壓能頭的增量為級(jí)進(jìn)出口靜壓能頭的增量, , 為級(jí)內(nèi)的流動(dòng)損失。為級(jí)內(nèi)的流動(dòng)損失。 00dp00hydH上式根據(jù)熱力學(xué)第一定律和能量方程推導(dǎo)求得。上式根據(jù)熱力學(xué)第一定律和能量方程推導(dǎo)求得。假設(shè)氣體在某流道中由界面假設(shè)氣體在某流道中由界面a向界面向界面

19、b作穩(wěn)定流動(dòng)，并在這股氣流上建立動(dòng)作穩(wěn)定流動(dòng)，并在這股氣流上建立動(dòng)坐標(biāo)系，由于氣流與外界無質(zhì)量交換，可看作封閉的熱力系統(tǒng)，則得到：坐標(biāo)系，由于氣流與外界無質(zhì)量交換，可看作封閉的熱力系統(tǒng)，則得到：baababdphhq實(shí)際上，氣體是相對(duì)靜止坐標(biāo)系流動(dòng)，有氣體進(jìn)、出界面的開口熱力系統(tǒng)。實(shí)際上，氣體是相對(duì)靜止坐標(biāo)系流動(dòng)，有氣體進(jìn)、出界面的開口熱力系統(tǒng)。因此，單位質(zhì)量氣體從界面因此，單位質(zhì)量氣體從界面a流向界面流向界面b實(shí)際得到的熱量應(yīng)包括兩部分：一實(shí)際得到的熱量應(yīng)包括兩部分：一是從系統(tǒng)外傳入的熱量，二是由于氣體的流動(dòng)所有的能量損失轉(zhuǎn)化的熱量，是從系統(tǒng)外傳入的熱量，二是由于氣體的流動(dòng)所有的能量損失轉(zhuǎn)化

20、的熱量，即：即：如果考慮內(nèi)漏氣損失和輪阻損失如果考慮內(nèi)漏氣損失和輪阻損失, ,上式表示為上式表示為002020002losstottotHccdpHL式中式中 為葉輪消耗的總功為葉輪消耗的總功, , 為級(jí)內(nèi)每千克氣體獲得的總為級(jí)內(nèi)每千克氣體獲得的總能量頭能量頭, , 為級(jí)中總能量損失。為級(jí)中總能量損失。 totLtotH00lossH)1 (dflthdflthtotHHHHH設(shè)流出葉輪的有效氣體的質(zhì)量為設(shè)流出葉輪的有效氣體的質(zhì)量為qm，流出葉輪后從輪蓋密封處，流出葉輪后從輪蓋密封處漏回葉輪入口的質(zhì)量流量為漏回葉輪入口的質(zhì)量流量為qm l，實(shí)際從葉輪中流出的總質(zhì)量為：，實(shí)際從葉輪中流出的總質(zhì)量

21、為：由葉輪對(duì)總質(zhì)量由葉輪對(duì)總質(zhì)量qmtot氣體所消耗的功率為：氣體所消耗的功率為：mlmtotqqqmthmlmthmtotHqqHq)(如果此時(shí)輪阻損失消耗的功率如果此時(shí)輪阻損失消耗的功率Ndf，則葉輪消耗的總功率為：，則葉輪消耗的總功率為：dflthdfthmlmtotNNNNHqqN)(由于葉輪是級(jí)內(nèi)唯一做功元件，故級(jí)的總功率就是葉輪的由于葉輪是級(jí)內(nèi)唯一做功元件，故級(jí)的總功率就是葉輪的總功率，或稱級(jí)的內(nèi)功率?？偣β?，或稱級(jí)的內(nèi)功率。)1 (dflthmtotHqN)1 (dflthtotHH葉輪對(duì)每千克有效氣體的總耗功（總能量）為葉輪對(duì)每千克有效氣體的總耗功（總能量）為。稱輪阻損失系數(shù)，

22、一般；般稱內(nèi)漏氣損失系數(shù)，一式中，令13. 002. 0/05. 0005. 0/HqNqqdfthmdfdflmmll伯努利方程的物理意義伯努利方程的物理意義: :通用伯努利方程也是能量轉(zhuǎn)化與守恒的一種表達(dá)式通用伯努利方程也是能量轉(zhuǎn)化與守恒的一種表達(dá)式, ,它表示葉它表示葉輪所做機(jī)械功轉(zhuǎn)換為級(jí)中流體的有用能量輪所做機(jī)械功轉(zhuǎn)換為級(jí)中流體的有用能量( (靜壓能和動(dòng)能增加靜壓能和動(dòng)能增加) )的同時(shí)的同時(shí), ,由于流體具有粘性由于流體具有粘性, ,還需付出一部分能量克服流動(dòng)損失還需付出一部分能量克服流動(dòng)損失或級(jí)中所有的損失；或級(jí)中所有的損失；它建立了機(jī)械能與氣體壓力它建立了機(jī)械能與氣體壓力p p、

23、流速、流速c c 和能量損失之間的相互和能量損失之間的相互關(guān)系；關(guān)系；該方程適用一級(jí)，亦適用于多級(jí)整機(jī)或其中任一通流部件，這該方程適用一級(jí)，亦適用于多級(jí)整機(jī)或其中任一通流部件，這由所取的時(shí)出口截面而定由所取的時(shí)出口截面而定 ；對(duì)于不可壓流體，其密度對(duì)于不可壓流體，其密度為常數(shù)，則可直接為常數(shù)，則可直接解出，因而對(duì)輸送水或其他液體的泵來說應(yīng)用伯努利方程計(jì)算解出，因而對(duì)輸送水或其他液體的泵來說應(yīng)用伯努利方程計(jì)算壓力的升高是十分方便的。而對(duì)于可壓縮流體，還需知道壓力的升高是十分方便的。而對(duì)于可壓縮流體，還需知道p=fp=f（）的函數(shù)關(guān)系及熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)才可解決。）的函數(shù)關(guān)系及熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)才可解決。

24、1221ppdp對(duì)于葉輪而言：對(duì)于葉輪而言：phythHccdpHdim2122212或或lossimpthHccdpH2212221對(duì)于某一固定部件，如擴(kuò)壓器對(duì)于某一固定部件，如擴(kuò)壓器hyddifHdpcc43242323.1.2.4 3.1.2.4 壓縮過程與壓縮功壓縮過程與壓縮功 11112121mmpolpolippRTmmHLMWdp根據(jù)熱力過程不同，確定每千克氣體所獲得的壓縮功，即有根據(jù)熱力過程不同，確定每千克氣體所獲得的壓縮功，即有效能量頭。效能量頭。對(duì)于多變過程，則多變壓縮功為對(duì)于多變過程，則多變壓縮功為式中式中 稱為多變壓縮有效能量頭，簡稱為多變能量頭。稱為多變壓縮有效能量頭

25、，簡稱為多變能量頭。polH能量頭系數(shù)能量頭系數(shù)：能量頭與：能量頭與 之比，那么多變能量頭系數(shù)表示為之比，那么多變能量頭系數(shù)表示為22uHpolpol或22uHpolpol22u多變能頭系數(shù)的大小，表示葉輪圓周速度用來提高氣體壓力比的能量利用多變能頭系數(shù)的大小，表示葉輪圓周速度用來提高氣體壓力比的能量利用程度。程度。思考題：思考題：5個(gè)基本方程都解決了哪些問題？個(gè)基本方程都解決了哪些問題？連續(xù)方程：壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。連續(xù)方程：壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。歐拉方程：氣體經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得多少能量。歐拉方程：氣體經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得多少能量。能量方程：獲得的能量使氣體的溫度和動(dòng)能增加。能量方程：獲得的能量

26、使氣體的溫度和動(dòng)能增加。伯努利方程：能量如何進(jìn)行分配。伯努利方程：能量如何進(jìn)行分配。熱力過程方程和壓縮功的表達(dá)式關(guān)聯(lián)：氣體壓力升熱力過程方程和壓縮功的表達(dá)式關(guān)聯(lián)：氣體壓力升高到規(guī)定值需要多少有效能量頭。高到規(guī)定值需要多少有效能量頭。作業(yè)：作業(yè)：1.DA120-611.DA120-61壓縮機(jī)的低壓缸某級(jí)，壓縮機(jī)的低壓缸某級(jí)，D D2 2=380mm=380mm，2A2A=42=42，Z=16Z=16，n=13800r/minn=13800r/min， c c2 2=200m/s=200m/s，2 2=21.1 =21.1 ，若氣體無預(yù)旋進(jìn)入葉，若氣體無預(yù)旋進(jìn)入葉片，試求片，試求H Hthth和和

27、 H Hth th ，并說明兩者的區(qū)別。，并說明兩者的區(qū)別。2.2.已知某壓縮機(jī)進(jìn)口截面處的氣流溫度已知某壓縮機(jī)進(jìn)口截面處的氣流溫度T Tinin=303K=303K， c cinin=13.6m/s=13.6m/s，R=291.5J/kgR=291.5J/kgk k，k=1.4k=1.4， p pinin=0.91=0.9110105 5PaPa，多變指數(shù)系數(shù)，多變指數(shù)系數(shù) H Htottot=57317J/kg=57317J/kg，及各關(guān)鍵截面處的氣速：，及各關(guān)鍵截面處的氣速： c c0 0=87.4m/s=87.4m/s， c c1 1=133.6m/s=133.6m/s， c2=199

28、.8m/s， c c4 4=122.5m/s=122.5m/s， c c00=4.05m/s=4.05m/s。試計(jì)算各關(guān)鍵截面處的氣流溫度，壓力和比容。試計(jì)算各關(guān)鍵截面處的氣流溫度，壓力和比容。73. 21mm3.1.3 級(jí)內(nèi)的各種能量損失級(jí)內(nèi)的各種能量損失級(jí)中能量損失包括三種：流動(dòng)損失、漏氣損失、輪阻損失級(jí)中能量損失包括三種：流動(dòng)損失、漏氣損失、輪阻損失3.1.3.1 級(jí)內(nèi)的流動(dòng)損失級(jí)內(nèi)的流動(dòng)損失 （1 1）摩阻損失）摩阻損失 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：流體的粘性是根本原因。從葉輪進(jìn)口到出口有流：流體的粘性是根本原因。從葉輪進(jìn)口到出口有流體與壁面接觸，就有邊界層存在，就將產(chǎn)生摩阻損失。體與壁面接觸，

29、就有邊界層存在，就將產(chǎn)生摩阻損失。大小大?。?2mhmfcdlH 為摩阻系數(shù)為摩阻系數(shù) ，是，是Re與壁面粗糙度與壁面粗糙度的函數(shù)。的函數(shù)。通常離心壓縮機(jī)中氣流的通常離心壓縮機(jī)中氣流的Re大于臨界雷諾數(shù)，大于臨界雷諾數(shù)，在一定的相對(duì)粗糙度下，在一定的相對(duì)粗糙度下，是常數(shù)，則是常數(shù)，則hf與與qv2成正比。成正比。Df Re,減小措施：減小措施：（2 2）分離損失）分離損失產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：通道截面突通道截面突然變化，速度降低，近然變化，速度降低，近壁邊界層增厚，引起分壁邊界層增厚，引起分離損失。離損失。大小：大?。捍笥谘爻棠ψ钃p大于沿程摩阻損失。失。868.16.1112221ff受流道形狀

30、、壁面粗糙度、氣流雷諾數(shù)、氣體湍流程度影響。受流道形狀、壁面粗糙度、氣流雷諾數(shù)、氣體湍流程度影響。減少措施：減少措施：控制通道的當(dāng)量擴(kuò)張角控制通道的當(dāng)量擴(kuò)張角 ；控制進(jìn)出口的相對(duì)速度比控制進(jìn)出口的相對(duì)速度比（3 3）沖擊損失）沖擊損失 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：流量偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，使得葉輪和葉片擴(kuò)壓器的流量偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，使得葉輪和葉片擴(kuò)壓器的進(jìn)氣沖角進(jìn)氣沖角i0，在葉片進(jìn)口附近產(chǎn)生較大的擴(kuò)張角，導(dǎo)致氣流，在葉片進(jìn)口附近產(chǎn)生較大的擴(kuò)張角，導(dǎo)致氣流對(duì)葉片的沖擊，造成分離損失。對(duì)葉片的沖擊，造成分離損失。減少措施：減少措施：控制在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)附近運(yùn)行；在葉輪前安裝可轉(zhuǎn)控制在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)附近運(yùn)行；在葉輪前安裝

31、可轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向葉片。動(dòng)導(dǎo)向葉片。大?。捍笮。翰捎脹_擊速度來表示，正沖角損失是負(fù)沖角損失的采用沖擊速度來表示，正沖角損失是負(fù)沖角損失的1015倍。倍。11Ai其中進(jìn)氣沖角（4 4）二次流損失）二次流損失產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：葉道同一：葉道同一截面上氣流速度與壓截面上氣流速度與壓力分布不均勻，存在力分布不均勻，存在壓差，產(chǎn)生流動(dòng)，干壓差，產(chǎn)生流動(dòng)，干擾主氣流的流動(dòng)，產(chǎn)擾主氣流的流動(dòng)，產(chǎn)生能量損失生能量損失 。在葉輪和彎道處急劇在葉輪和彎道處急劇轉(zhuǎn)彎部位出現(xiàn)。轉(zhuǎn)彎部位出現(xiàn)。減少措施減少措施：增加葉片數(shù)，避免急劇轉(zhuǎn)彎。：增加葉片數(shù)，避免急劇轉(zhuǎn)彎。大小大?。喝~道的彎曲，氣流速度方向的變化急劇與否。：葉道的彎曲，

32、氣流速度方向的變化急劇與否。（5 5）尾跡損失）尾跡損失 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：葉片尾部有一定厚度，氣體從葉道中流出時(shí)，：葉片尾部有一定厚度，氣體從葉道中流出時(shí)，通流面積突然擴(kuò)大，氣流速度下降，邊界層發(fā)生突然分離，通流面積突然擴(kuò)大，氣流速度下降，邊界層發(fā)生突然分離，在葉片尾部外緣形成氣流旋渦區(qū)，尾跡區(qū)。尾跡區(qū)氣流速在葉片尾部外緣形成氣流旋渦區(qū)，尾跡區(qū)。尾跡區(qū)氣流速度與主氣流速度、壓力相差較大，相互混合，產(chǎn)生的能量度與主氣流速度、壓力相差較大，相互混合，產(chǎn)生的能量損失。損失。減少措施減少措施：采用翼型：采用翼型葉片代替等厚葉片；葉片代替等厚葉片；將等厚葉片出口非工將等厚葉片出口非工作面削薄。作面削薄

33、。大小大小：與葉道出口速：與葉道出口速度，葉片厚度及葉道度，葉片厚度及葉道邊界層有關(guān)。邊界層有關(guān)。3.1.3.2 3.1.3.2 漏氣損失漏氣損失（1）產(chǎn)生漏氣損失的原因）產(chǎn)生漏氣損失的原因存在間隙；存在壓力差。存在間隙；存在壓力差。出口壓力大于進(jìn)口壓力，級(jí)出口壓力出口壓力大于進(jìn)口壓力，級(jí)出口壓力大于葉輪出口壓力，在葉輪兩側(cè)與固大于葉輪出口壓力，在葉輪兩側(cè)與固定件之間的間隙、軸端的間隙，產(chǎn)生定件之間的間隙、軸端的間隙，產(chǎn)生漏氣，存在能量損失。漏氣，存在能量損失。密封型式：機(jī)械密封，干氣密封，浮環(huán)油膜密封，梳密封型式：機(jī)械密封，干氣密封，浮環(huán)油膜密封，梳齒密封齒密封（2）密封件的結(jié)構(gòu)形式及漏氣量

34、的計(jì)算）密封件的結(jié)構(gòu)形式及漏氣量的計(jì)算結(jié)構(gòu)形式：結(jié)構(gòu)形式：在固定部件與輪蓋、隔板與軸套、軸的在固定部件與輪蓋、隔板與軸套、軸的端部設(shè)置密封件，采用梳齒式（迷宮式）密封。端部設(shè)置密封件，采用梳齒式（迷宮式）密封。工作原理：利用節(jié)流原理。工作原理：利用節(jié)流原理。減小通流截面積，經(jīng)多次節(jié)減小通流截面積，經(jīng)多次節(jié)流減壓，使在壓差作用下的流減壓，使在壓差作用下的漏氣量盡量減小。即通過產(chǎn)漏氣量盡量減小。即通過產(chǎn)生的壓力降來平衡密封裝置生的壓力降來平衡密封裝置前后的壓力差。前后的壓力差。密封特點(diǎn)：非接觸式密封，密封特點(diǎn)：非接觸式密封，有一定的泄漏量。有一定的泄漏量。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：減小齒逢間隙；

35、減小齒逢間隙；增加密封齒數(shù)；增加密封齒數(shù)；加大齒片間的空加大齒片間的空腔和流道的曲折腔和流道的曲折程度。程度。漏氣量計(jì)算：漏氣量計(jì)算：漏氣量大小取決于裝置前后壓力差、密封結(jié)構(gòu)型漏氣量大小取決于裝置前后壓力差、密封結(jié)構(gòu)型式、齒數(shù)和齒縫間隙截面積。分兩種情況計(jì)算：式、齒數(shù)和齒縫間隙截面積。分兩種情況計(jì)算：由連續(xù)方程和伯努利方程可知通過齒頂間隙的漏氣量，由連續(xù)方程和伯努利方程可知通過齒頂間隙的漏氣量，1）軸封處向機(jī)外泄漏的外泄漏，其大小取決于裝置前后壓力）軸封處向機(jī)外泄漏的外泄漏，其大小取決于裝置前后壓力差。差。如果密封裝置前后壓力差小，氣體流過齒縫的速度低于音速，如果密封裝置前后壓力差小，氣體流過

36、齒縫的速度低于音速，這時(shí)利用不可壓縮流體計(jì)算漏氣量。這時(shí)利用不可壓縮流體計(jì)算漏氣量。aababamlVZpppppDsq如果壓力差比較大（即達(dá)到某一臨界值），最后一個(gè)齒縫間如果壓力差比較大（即達(dá)到某一臨界值），最后一個(gè)齒縫間隙的氣速達(dá)到臨界音速，使裝置發(fā)生堵塞工況，漏氣不再隨裝隙的氣速達(dá)到臨界音速，使裝置發(fā)生堵塞工況，漏氣不再隨裝置前后壓力差的增大而增加，則最后一個(gè)齒縫間隙中的氣體比置前后壓力差的增大而增加，則最后一個(gè)齒縫間隙中的氣體比容最大，最先達(dá)到音速。流速達(dá)到臨界音速時(shí)，漏氣量計(jì)算容最大，最先達(dá)到音速。流速達(dá)到臨界音速時(shí)，漏氣量計(jì)算 aamlVpBZDsq2111式中為流量修正系數(shù)，一般

37、式中為流量修正系數(shù)，一般 ，為齒頂間隙處的通流，為齒頂間隙處的通流面積，面積，Z Z為密封齒數(shù)，下標(biāo)為密封齒數(shù)，下標(biāo)a a、b b為密封前、后的幾何位為密封前、后的幾何位置。置。 ，k k為等熵指數(shù)，如空氣的等熵指數(shù)為等熵指數(shù)，如空氣的等熵指數(shù)k=1.4,B=0.684k=1.4,B=0.684。73. 067. 0111212kkkkB臨界壓力比的確定：臨界壓力比的確定：112121ZBkkkcr2） 輪蓋密封的漏氣量及漏氣損失系數(shù)輪蓋密封的漏氣量及漏氣損失系數(shù)輪蓋密封處的漏氣能量損失使葉輪多消耗機(jī)械功，它應(yīng)包括在輪蓋密封處的漏氣能量損失使葉輪多消耗機(jī)械功，它應(yīng)包括在葉輪所輸出的總功之內(nèi)，應(yīng)

38、單獨(dú)計(jì)算。葉輪所輸出的總功之內(nèi)，應(yīng)單獨(dú)計(jì)算。因單級(jí)葉輪所能達(dá)到的增壓不大，一般達(dá)不到臨界壓力比。因單級(jí)葉輪所能達(dá)到的增壓不大，一般達(dá)不到臨界壓力比。應(yīng)用式（應(yīng)用式（3-233-23）并根據(jù)實(shí)驗(yàn)與分析簡化，可得輪蓋密封處的漏氣量為）并根據(jù)實(shí)驗(yàn)與分析簡化，可得輪蓋密封處的漏氣量為2212143DDZuDsqmml若通過葉輪出口流出的流量為，則可求得輪蓋處的漏氣損失系數(shù)為若通過葉輪出口流出的流量為，則可求得輪蓋處的漏氣損失系數(shù)為mrmmllDbDDZDsDDqq2222222122143式中一般取，式中一般取，Z=4Z=46 6齒，齒頂間隙齒，齒頂間隙 ， 。該漏氣損失系。該漏氣損失系數(shù)在計(jì)算總能量

39、頭時(shí)，將會(huì)被用到。數(shù)在計(jì)算總能量頭時(shí)，將會(huì)被用到。 mms4 . 022VVinm3.1.3.3 輪阻損失輪阻損失產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因葉輪旋轉(zhuǎn)，輪蓋、輪盤的外緣和輪緣與周圍的氣體發(fā)生摩擦，產(chǎn)葉輪旋轉(zhuǎn)，輪蓋、輪盤的外緣和輪緣與周圍的氣體發(fā)生摩擦，產(chǎn)生的損失生的損失大小：大?。号c輪盤的粗糙度，相對(duì)側(cè)隙及雷諾數(shù)有關(guān)。與輪盤的粗糙度，相對(duì)側(cè)隙及雷諾數(shù)有關(guān)。利用等厚度圓盤在水中作低速旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，分析計(jì)算得輪阻損失功利用等厚度圓盤在水中作低速旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，分析計(jì)算得輪阻損失功率為：率為：22232251100DeDuKNdf對(duì)于離心葉輪，得到：對(duì)于離心葉輪，得到：2223225110054.0DeDuNdf得到輪阻

40、損失系數(shù)得到輪阻損失系數(shù)df222222222222223221000172.010054.010001000DbcubDcDuHqNururthmdfdf思考題：思考題：1.離心壓縮機(jī)主要能量損失有哪些？離心壓縮機(jī)主要能量損失有哪些？2.流動(dòng)損失包括哪些損失？流動(dòng)損失包括哪些損失？3.下列設(shè)計(jì)是為了減小哪些流動(dòng)損失？下列設(shè)計(jì)是為了減小哪些流動(dòng)損失？有葉擴(kuò)壓器；有葉擴(kuò)壓器；采用翼型葉片；采用翼型葉片；提高葉輪流道的加工精度；提高葉輪流道的加工精度；增加葉片數(shù)；增加葉片數(shù)；在葉輪前加可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)葉；在葉輪前加可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)葉；4.迷宮密封的特點(diǎn)。迷宮密封的特點(diǎn)。5.輪阻損失與哪些因素有關(guān)？輪阻損失與哪

41、些因素有關(guān)？3.1.4 多級(jí)壓縮機(jī)多級(jí)壓縮機(jī)3.1.4.1 3.1.4.1 采用多級(jí)串聯(lián)和多缸串聯(lián)的必要性采用多級(jí)串聯(lián)和多缸串聯(lián)的必要性 壓縮機(jī)運(yùn)行安全，壓縮機(jī)運(yùn)行安全，設(shè)計(jì)合理。設(shè)計(jì)合理。對(duì)于要求增壓比或?qū)τ谝笤鰤罕然蜉斔洼p氣體的機(jī)器輸送輕氣體的機(jī)器需要兩缸或多缸串需要兩缸或多缸串聯(lián)起來形成機(jī)組。聯(lián)起來形成機(jī)組。 多級(jí)串聯(lián)理由：多級(jí)串聯(lián)理由：壓縮機(jī)壓比高壓縮機(jī)壓比高而單級(jí)壓力比低，需采用多級(jí)壓而單級(jí)壓力比低，需采用多級(jí)壓縮；縮；多缸串聯(lián)的理由：多缸串聯(lián)的理由：3.1.4.2 3.1.4.2 分段與中間冷卻以減少耗功分段與中間冷卻以減少耗功降低氣體的溫度，節(jié)省功率，采用分段中間冷卻器。降低氣

42、體的溫度，節(jié)省功率，采用分段中間冷卻器。如果段數(shù)為如果段數(shù)為N，則中間冷卻器的個(gè)數(shù)為，則中間冷卻器的個(gè)數(shù)為N-1個(gè)。個(gè)。經(jīng)過各段間冷卻器存在壓力損失；中間冷卻器和管道的阻力降，經(jīng)過各段間冷卻器存在壓力損失；中間冷卻器和管道的阻力降，加大功率消耗。因此，要合理選擇壓縮機(jī)的段數(shù)。加大功率消耗。因此，要合理選擇壓縮機(jī)的段數(shù)。考慮壓縮機(jī)的具體結(jié)構(gòu)、冷卻器的布置、輸送冷卻水的泵耗考慮壓縮機(jī)的具體結(jié)構(gòu)、冷卻器的布置、輸送冷卻水的泵耗功、設(shè)備成本與環(huán)境條件等綜合因素。功、設(shè)備成本與環(huán)境條件等綜合因素。采用分段冷卻要考慮下列因素：采用分段冷卻要考慮下列因素：滿足用戶的要求滿足用戶的要求o被壓縮介質(zhì)的特性屬于易

43、燃、易爆（如被壓縮介質(zhì)的特性屬于易燃、易爆（如H H2 2、O O2 2等）則段出口的等）則段出口的溫度宜低一些，對(duì)于些某化工氣體，因在高溫下氣體發(fā)生不必溫度宜低一些，對(duì)于些某化工氣體，因在高溫下氣體發(fā)生不必要的分解或化合等化學(xué)變化，或會(huì)產(chǎn)生并加速對(duì)機(jī)器材料的腐要的分解或化合等化學(xué)變化，或會(huì)產(chǎn)生并加速對(duì)機(jī)器材料的腐蝕，這樣的壓縮機(jī)冷卻次數(shù)必需多一些。蝕，這樣的壓縮機(jī)冷卻次數(shù)必需多一些。o用戶要求排出的氣體溫度高，以利于化學(xué)反應(yīng)（由氮?dú)浠仙脩粢笈懦龅臍怏w溫度高，以利于化學(xué)反應(yīng)（由氮?dú)浠仙砂保┗蛉紵?，則不必采用中間冷卻，或盡量減少冷卻次數(shù)。成氨）或燃燒，則不必采用中間冷卻，或盡量減少冷卻

44、次數(shù)。段數(shù)確定后，根據(jù)總耗功最小的原則，確定每一段的最佳壓段數(shù)確定后，根據(jù)總耗功最小的原則，確定每一段的最佳壓力比。力比。3.1.4.3 3.1.4.3 級(jí)數(shù)與葉輪圓周速度和氣體分子量的關(guān)系級(jí)數(shù)與葉輪圓周速度和氣體分子量的關(guān)系（1 1）減少級(jí)數(shù)與葉輪）減少級(jí)數(shù)與葉輪圓周速度圓周速度關(guān)系關(guān)系葉輪材料強(qiáng)度的限制葉輪材料強(qiáng)度的限制 不同材料對(duì)圓周速度的限制不同。不同材料對(duì)圓周速度的限制不同。葉輪馬赫數(shù)的限制葉輪馬赫數(shù)的限制 氣流的氣流的 升高，級(jí)效率下降、升高，級(jí)效率下降、性能曲線變陡、工況范圍變窄。性能曲線變陡、工況范圍變窄。葉輪相對(duì)葉輪相對(duì)寬度寬度的限制的限制 相對(duì)寬度變小，造成效率下降。相對(duì)寬

45、度變小，造成效率下降。21cwMM 和減少級(jí)數(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊。為滿足要求，需提高葉輪的圓周速度。減少級(jí)數(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊。為滿足要求，需提高葉輪的圓周速度。（2）級(jí)數(shù)與氣體分子量的關(guān)系級(jí)數(shù)與氣體分子量的關(guān)系 氣體分子量對(duì)馬赫數(shù)的影響氣體分子量對(duì)馬赫數(shù)的影響inininukTuRkTucuMR831583152222而機(jī)器馬赫數(shù)由于氣體常數(shù)因此，壓縮重氣體應(yīng)主要考慮馬赫數(shù)的影響，限制了因此，壓縮重氣體應(yīng)主要考慮馬赫數(shù)的影響，限制了u2的提的提高，不考慮葉輪材料的影響；反之，壓縮輕氣體，應(yīng)主要考高，不考慮葉輪材料的影響；反之，壓縮輕氣體，應(yīng)主要考慮葉輪材料強(qiáng)度的影響。慮葉輪材料強(qiáng)度的影響。氣體分子量對(duì)所需對(duì)

46、所需壓縮功的影響氣體分子量對(duì)所需對(duì)所需壓縮功的影響1183151polkkpolinpolpolkkTHLpolkkmm11由由多變壓縮功表示為：多變壓縮功表示為：說明：多變壓縮功的大小與氣體的分子量和等熵指數(shù)有說明：多變壓縮功的大小與氣體的分子量和等熵指數(shù)有關(guān)，尤其是關(guān)，尤其是對(duì)多變壓縮功的影響較大，因此要達(dá)到同樣對(duì)多變壓縮功的影響較大，因此要達(dá)到同樣的壓力比，壓縮重氣體時(shí)，所需的級(jí)數(shù)少。的壓力比，壓縮重氣體時(shí)，所需的級(jí)數(shù)少。3.1.5 功率與效率功率與效率3.1.5.1 3.1.5.1 單級(jí)總耗功、功率和效率單級(jí)總耗功、功率和效率（1） 單級(jí)總耗功、總功率單級(jí)總耗功、總功率考慮葉輪在旋轉(zhuǎn)過

47、程中所消耗的功，故一個(gè)葉輪對(duì)考慮葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中所消耗的功，故一個(gè)葉輪對(duì)1kg1kg氣體的總耗功為：氣體的總耗功為：kgkJHHHHHLthdfldflthtottot/1則流量為則流量為 的總功率為：的總功率為：mqkWHqHqNthmdfltotmtot1對(duì)于閉式后彎型葉輪，對(duì)于閉式后彎型葉輪，一般一般 ?？偰芰款^分配如圖所示?？偰芰款^分配如圖所示。04. 002. 0dfl（2）級(jí)效率）級(jí)效率按照不同的定義，級(jí)效率有以下幾種，分述如下：按照不同的定義，級(jí)效率有以下幾種，分述如下：多變效率多變效率 是級(jí)中的氣體由是級(jí)中的氣體由 升高到升高到 所需的多變壓縮所需的多變壓縮功與實(shí)際總耗功之比，

48、表示為功與實(shí)際總耗功之比，表示為21112020001000ccTTkkRppRTmmHHLLmmtotpoltotpolpolpol 0p 0p通常通常 , ,因而有因而有00cc 111)(10000kkmmTTRkkTTRmmpol該式得出，已知多變效率，則可算出多變指數(shù)，反之亦然。該式得出，已知多變效率，則可算出多變指數(shù)，反之亦然。同理：等熵效率與等溫效率分別是氣體由壓力同理：等熵效率與等溫效率分別是氣體由壓力 升高到升高到 所需等所需等熵壓縮功或等溫壓縮功與實(shí)際總消耗功之比。熵壓縮功或等溫壓縮功與實(shí)際總消耗功之比。0p0p（3）多變能量頭系數(shù)多變能量頭系數(shù) 由多變能量頭系數(shù)定義得：由

49、多變能量頭系數(shù)定義得：poludfltotpolpolpoluHuH222221上式表明：多變能量頭系數(shù)與葉輪的周速系數(shù)、多變效率、漏上式表明：多變能量頭系數(shù)與葉輪的周速系數(shù)、多變效率、漏氣損失系數(shù)和輪阻損失系數(shù)的相互關(guān)系。氣損失系數(shù)和輪阻損失系數(shù)的相互關(guān)系。在比較效率的高低時(shí)，應(yīng)在相同條件下比較并注意：在比較效率的高低時(shí)，應(yīng)在相同條件下比較并注意：與所指的通流部件的進(jìn)出口有關(guān)。與所指的通流部件的進(jìn)出口有關(guān)。與特定的氣體壓縮熱力過程有關(guān)。與特定的氣體壓縮熱力過程有關(guān)。與運(yùn)行工況點(diǎn)有關(guān)。與運(yùn)行工況點(diǎn)有關(guān)。通常使用較多的是級(jí)的多變效率，其由級(jí)的性能實(shí)驗(yàn)獲得，或通常使用較多的是級(jí)的多變效率，其由級(jí)的

50、性能實(shí)驗(yàn)獲得，或由與其相似的模型級(jí)性能實(shí)驗(yàn)獲得，或由產(chǎn)品性能的資料獲得。由與其相似的模型級(jí)性能實(shí)驗(yàn)獲得，或由產(chǎn)品性能的資料獲得。效率值的大小也間接反映了能量損失多少的問題。效率值的大小也間接反映了能量損失多少的問題。3.1.5.2 3.1.5.2 多級(jí)離心壓縮機(jī)的功率和效率多級(jí)離心壓縮機(jī)的功率和效率（1 1）多級(jí)離心壓縮機(jī)的內(nèi)功率）多級(jí)離心壓縮機(jī)的內(nèi)功率多級(jí)離心壓縮機(jī)所需的內(nèi)功率可表示為諸級(jí)總功率之和，即：多級(jí)離心壓縮機(jī)所需的內(nèi)功率可表示為諸級(jí)總功率之和，即：kWuqHqNiuidfMilmtotmii2221)1 (（2 2）多級(jí)離心壓縮機(jī)的效率）多級(jí)離心壓縮機(jī)的效率多級(jí)離心壓縮機(jī)的效率通常

51、指的是內(nèi)效率，而內(nèi)效率是各級(jí)效多級(jí)離心壓縮機(jī)的效率通常指的是內(nèi)效率，而內(nèi)效率是各級(jí)效率的平均值。對(duì)于帶有中間冷卻的機(jī)器有時(shí)還用等溫效率。率的平均值。對(duì)于帶有中間冷卻的機(jī)器有時(shí)還用等溫效率。iinoutinmTNppRTqln等溫效率：等溫效率：（3）機(jī)械損失、機(jī)械效率和軸功率機(jī)械損失、機(jī)械效率和軸功率機(jī)械損失機(jī)械損失 在軸承、密封、聯(lián)軸器以及齒輪箱中所引在軸承、密封、聯(lián)軸器以及齒輪箱中所引起的機(jī)械摩擦損失。起的機(jī)械摩擦損失。mN軸功率軸功率 原動(dòng)機(jī)傳遞給壓縮機(jī)軸端的功率，它表示為原動(dòng)機(jī)傳遞給壓縮機(jī)軸端的功率，它表示為kWNNNNmimizzN為機(jī)械效率，其一般隨內(nèi)功率的增大而升高，與傳動(dòng)形式有

52、關(guān)。為機(jī)械效率，其一般隨內(nèi)功率的增大而升高，與傳動(dòng)形式有關(guān)。 m（4）原動(dòng)機(jī)的輸出功率原動(dòng)機(jī)的輸出功率選擇電機(jī)時(shí)，應(yīng)留有足夠的余量，以保證機(jī)器的安全運(yùn)行，選擇電機(jī)時(shí)，應(yīng)留有足夠的余量，以保證機(jī)器的安全運(yùn)行，故選取原動(dòng)機(jī)的額定功率一般為：故選取原動(dòng)機(jī)的額定功率一般為：zeNN3 . 1思考題思考題1.葉輪圓周速度的提高受哪些因素的限制？葉輪圓周速度的提高受哪些因素的限制？2.壓縮重氣體與輕氣體所需的級(jí)數(shù)什么不同？壓縮重氣體與輕氣體所需的級(jí)數(shù)什么不同？3.總能量頭是如何進(jìn)行分配的？總能量頭是如何進(jìn)行分配的？4.已知多變效率如何確定壓縮過程指數(shù)。已知多變效率如何確定壓縮過程指數(shù)。3.1.6 3.1.

53、6 實(shí)際氣體實(shí)際氣體3.1.6.1 實(shí)際氣體的壓縮性系數(shù)實(shí)際氣體的壓縮性系數(shù)（1）壓縮性系數(shù)）壓縮性系數(shù) 實(shí)際氣體的分子間距較小，當(dāng)氣體溫度進(jìn)一步降低，壓力進(jìn)實(shí)際氣體的分子間距較小，當(dāng)氣體溫度進(jìn)一步降低，壓力進(jìn)一步升高，則氣體分子的間距接近于液體分子的間距。一步升高，則氣體分子的間距接近于液體分子的間距。工程上常用實(shí)際氣體狀態(tài)方程：工程上常用實(shí)際氣體狀態(tài)方程：ZMRTpV 式中：式中：Z為壓縮性系數(shù)。對(duì)于理想氣體為壓縮性系數(shù)。對(duì)于理想氣體Z=1；對(duì)于實(shí)際氣體表示；對(duì)于實(shí)際氣體表示該氣體偏離理想氣體的程度。該氣體偏離理想氣體的程度。（2）Z的計(jì)算方法的計(jì)算方法根據(jù)對(duì)比態(tài)原理，一切氣體在相同的對(duì)比

54、壓力根據(jù)對(duì)比態(tài)原理，一切氣體在相同的對(duì)比壓力 和對(duì)比溫度和對(duì)比溫度 下，具有相同的對(duì)比體積下，具有相同的對(duì)比體積 ，因此具有相同的壓縮性系數(shù)。，因此具有相同的壓縮性系數(shù)。crppp CrTTT crvvv 對(duì)于不同分子結(jié)構(gòu)的氣體，壓縮性系數(shù)可表示為對(duì)比壓力和對(duì)比溫度對(duì)于不同分子結(jié)構(gòu)的氣體，壓縮性系數(shù)可表示為對(duì)比壓力和對(duì)比溫度的不同函數(shù)形式，從而確定壓縮性系數(shù)。的不同函數(shù)形式，從而確定壓縮性系數(shù)。實(shí)際我們由對(duì)比壓力和對(duì)比溫度查通用壓縮性系數(shù)圖來確定實(shí)際我們由對(duì)比壓力和對(duì)比溫度查通用壓縮性系數(shù)圖來確定Z。但當(dāng)。但當(dāng)Tcr 2.5時(shí)其不再適用。時(shí)其不再適用。3.1.6.2 3.1.6.2 實(shí)際混合氣

55、體實(shí)際混合氣體（1）凱法則凱法則 在確定實(shí)際混合氣體的虛擬臨界熱力參數(shù)在確定實(shí)際混合氣體的虛擬臨界熱力參數(shù) 和和 時(shí)，最方便的是時(shí)，最方便的是凱提出的按摩爾成分加權(quán)的混合法則，它表示為凱提出的按摩爾成分加權(quán)的混合法則，它表示為ciicmpxpciicmTxTcpcT凱法則使用有較大的局限性，僅適用于各組分的臨界壓力和臨界比凱法則使用有較大的局限性，僅適用于各組分的臨界壓力和臨界比體積比較接近，任意兩組分的臨界溫度要滿足體積比較接近，任意兩組分的臨界溫度要滿足25.0cjciTT（2）徐忠法則徐忠法則 為了方便快速且保持相當(dāng)?shù)木_度，徐忠建議使用以下的半經(jīng)驗(yàn)混為了方便快速且保持相當(dāng)?shù)木_度，徐忠

56、建議使用以下的半經(jīng)驗(yàn)混合法則。合法則。（3）極性的混合法則極性的混合法則 劉云飛和徐忠提出了適用于包含極性混合物的混合法則。劉云飛和徐忠提出了適用于包含極性混合物的混合法則。3.1.6.3 實(shí)際氣體的過程指數(shù)與壓縮功實(shí)際氣體的過程指數(shù)與壓縮功 對(duì)于實(shí)際氣體，相應(yīng)的壓縮功對(duì)于實(shí)際氣體，相應(yīng)的壓縮功 1111211VVmmVVpolpolppRTZmmHL3.1.7 三元葉輪的應(yīng)用三元葉輪的應(yīng)用為滿足離心壓縮機(jī)對(duì)增大流量、提高效率、提高單級(jí)壓力比，為滿足離心壓縮機(jī)對(duì)增大流量、提高效率、提高單級(jí)壓力比，并具有較寬的變工況范圍的要求，研制開發(fā)了三元葉輪。并具有較寬的變工況范圍的要求，研制開發(fā)了三元葉輪

57、。三元葉輪特點(diǎn)：三元葉輪特點(diǎn)：葉片既彎又扭，氣流參數(shù)變化均勻；葉片既彎又扭，氣流參數(shù)變化均勻； 液流流動(dòng)更加符合實(shí)際情況；液流流動(dòng)更加符合實(shí)際情況；多變效率達(dá)多變效率達(dá)80%86%； 變工況的工作范圍寬。變工況的工作范圍寬。 3.2 3.2 性能、調(diào)節(jié)與控制性能、調(diào)節(jié)與控制3.2.1 3.2.1 離心壓縮機(jī)的性能離心壓縮機(jī)的性能3.2.1.1 3.2.1.1 性能曲線、最佳工況點(diǎn)與穩(wěn)定工作范圍性能曲線、最佳工況點(diǎn)與穩(wěn)定工作范圍 （1）性能曲線（特性曲線）性能曲線（特性曲線）在一定轉(zhuǎn)速和進(jìn)口條件下的壓力在一定轉(zhuǎn)速和進(jìn)口條件下的壓力比與流量、效率與流量的性能曲比與流量、效率與流量的性能曲線。線。離

58、心壓縮機(jī)工作性能最主要的參離心壓縮機(jī)工作性能最主要的參數(shù)是壓力比、效率和流量。為將數(shù)是壓力比、效率和流量。為將其工作性能形象表示出來，一般其工作性能形象表示出來，一般以曲線的形式表示，就得到了壓以曲線的形式表示，就得到了壓縮機(jī)的性能曲線?？s機(jī)的性能曲線。性能曲線由實(shí)驗(yàn)確定。性能曲線由實(shí)驗(yàn)確定。工況點(diǎn)工況點(diǎn)級(jí)的性能曲線的形成級(jí)的性能曲線的形成222222222112uukbDctgqHcHHHvAvinlthhydthpol而當(dāng)級(jí)一定、轉(zhuǎn)速一定，則無限多葉當(dāng)級(jí)一定、轉(zhuǎn)速一定，則無限多葉片理論能頭與葉輪入口容積流量成片理論能頭與葉輪入口容積流量成直線關(guān)系。那么對(duì)于有限多葉片理直線關(guān)系。那么對(duì)于有限

59、多葉片理論能頭與葉輪入口容積流量仍成直論能頭與葉輪入口容積流量仍成直線關(guān)系。線關(guān)系。對(duì)于流動(dòng)損失，由于無法定量計(jì)算，對(duì)于流動(dòng)損失，由于無法定量計(jì)算，因此：按摩阻損失對(duì)待因此：按摩阻損失對(duì)待并考慮變工況下的沖擊損失并考慮變工況下的沖擊損失222inmhmhydBqcdlH得到了性能曲線得到了性能曲線Hpolqin，但這一曲線在只在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)，但這一曲線在只在壓縮機(jī)設(shè)計(jì) 中使用中使用而工程應(yīng)用中采用更為直觀的而工程應(yīng)用中采用更為直觀的qin曲線。曲線。經(jīng)換算得：經(jīng)換算得：ipolRTH1換算得到的換算得到的qin曲線和曲線和Hpolqin曲線形狀相似。曲線形狀相似。性能曲線的一般特點(diǎn)：性能曲線的一

60、般特點(diǎn)：隨流量的減小，壓縮機(jī)隨流量的減小，壓縮機(jī)提供的壓力比將增大。提供的壓力比將增大。在最小流量時(shí)，達(dá)到最在最小流量時(shí)，達(dá)到最大。流量和壓力比的關(guān)大。流量和壓力比的關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的，流量系是一一對(duì)應(yīng)的，流量與其他參數(shù)的關(guān)系也是與其他參數(shù)的關(guān)系也是一一對(duì)應(yīng)的。一一對(duì)應(yīng)的。流量有最大和最小兩個(gè)流量有最大和最小兩個(gè)極限流量；排出壓力也極限流量；排出壓力也有最大值和最小值。有最大值和最小值。效率曲線有最高效率點(diǎn)，效率曲線有最高效率點(diǎn)，離開該點(diǎn)的工況效率下離開該點(diǎn)的工況效率下降很快。降很快。功率曲線一般隨流量增加而向上傾斜，但當(dāng)壓力比功率曲線一般隨流量增加而向上傾斜，但當(dāng)壓力比流量曲線流量曲線向下傾斜