第二章離心壓縮機081117

第二章離心壓縮機第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第三節(jié)級中能量損失第四節(jié)級的性能曲線第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件第二章離心壓縮機第二章離心壓縮機催化裝置—主風機第二章離心壓縮機第二章離心壓縮機第二章離心壓縮機第二章離心壓縮機第二章離心壓縮機離心壓縮機和軸流式壓縮機等習慣稱為風機，分壓縮機、鼓風機和通風機。按排出壓力分類≤0.015MPa通風機0.015MPa～（0.3MPa-0.35MPa）鼓風機≥（0.3MPa～0.35MPa）壓縮機離心壓縮機:速度式透平機械。早期：低中壓、大氣量。現在：可用于高壓（200×105Pa）較小的流量。概述

新技術、新工藝使得離心壓縮機的應用領域愈來愈廣。（石油化工、油氣集輸）。

提高了轉速，大都在10000rpm以上，同時解決了高速度軸承及其動平衡問題。浮環(huán)密封結構，解決了高壓下的軸端密封

筒型及雙層殼解決了強度問題和機體密封。電火花加工使小流量下窄流到葉輪的加工得到解決。第二章離心壓縮機第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第三節(jié)級中能量損失第四節(jié)級的性能曲線第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理一、離心壓縮機的主要構件二、基本工作原理三、離心壓縮機的主要優(yōu)缺點一、離心壓縮機的主要構件一、離心壓縮機的主要構件葉輪擴壓器彎道回流器密封裝置出口蝸殼吸氣室主要過流部件：其他部件：軸承、平衡盤、密封等。①葉輪：唯一做工部件，增加氣體能量；②擴壓器：主要轉能裝置（泵中蝸殼或導葉）速度能轉換為壓力能③彎道：在擴壓器后使離心流動變?yōu)橄蛐牧鲃樱胂乱患墷芑亓髌鳎菏箽饬饕砸欢ǚ较蚓鶆蛄魅胂乱患壢~輪入口，一般都裝有導向葉片。⑤吸氣室：將進氣管中氣體均勻導入葉輪。⑥蝸殼：收集氣體，引出；降速擴壓作用。一、離心壓縮機的主要構件一、離心壓縮機的主要構件級：一個葉輪及其動靜部件缸：一套缸體及一根軸，若干級裝在一個機殼中構成一個缸。段：一對入口和出口,冷卻或工藝要求，若干級后將氣體引出進行冷卻，此若干級稱一段，一汽缸中可以有幾段。一、離心壓縮機的主要構件靜子部件：機殼、吸入室、排氣蝸殼、密封等轉子部件：葉輪、軸承、推力盤等級的典型結構:中間級、首級、末級主要部件：葉輪、擴壓器、彎道、回流器、吸氣室、蝸殼等中間級：葉輪、擴壓器、彎道、回流器等首級：增加吸氣室末級：無彎道、無回流器、增加蝸殼級：吸氣室、→葉輪C↑、P↑、T↑，→擴壓器C↓、P↑，→彎道→回流器（向心流）二、基本工作原理離心壓縮機工作原理與離心泵相同，區(qū)別在于氣體介質的可壓縮二、基本工作原理截面位置速度C壓力P溫度TS-S吸氣室進口法蘭o-o葉輪進口↑↓↓1-1葉片進口↑↓↓2-2葉輪出口↑↑↑3-3擴壓器進口4-4擴壓器出口，彎道進口↓↑↑5-5彎道出口，回流器進口變化小6-6回流器出口，級進口↓↑↑特征截面in-in0-01-12-23-34-45-56-60′-0′說明(首級,中間級)吸氣管(機)進口葉輪(級)進口葉片進口葉輪出口擴壓器進口擴壓器出口彎道進口彎道出口回流器進口回流器出口級出口下級進口參數p↓,c↑,t↓

p↑,c↑,t↑壓力p↑,流速c↓,溫度t↑能量絕能流動增能(做功)絕能流動二、基本工作原理二、基本工作原理三、離心壓縮機的主要優(yōu)缺點優(yōu)點：

排量大：油田輸氣、合成氣壓縮機。結構緊湊：尺寸小、占地小。運轉可靠：平穩(wěn)、可損件少、維修方便、單機運行。氣體無油：有利化學反應。轉速較高：氣輪機燃氣輪機驅動，充分利用熱能。

缺點：不適于氣量大小、壓力比不能過高。效率低于往復壓縮機。穩(wěn)定工況壓較窄。

三、離心壓縮機的主要優(yōu)缺點第一節(jié)重點（1）何謂離心壓縮機的級？它由哪些部分組成？各部件有何作用？（2）離心壓縮機與往復活塞壓縮機相比，有何特點？（3）離心壓縮機的工作原理。（4）離心壓縮機的段和缸。（5）氣體經過離心壓縮機葉輪、擴壓器后的狀態(tài)參數變化。第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理本節(jié)完第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第三節(jié)級中能量損失第四節(jié)級的性能曲線第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程一、歐拉方程式二、級的總耗功和功率三、熱焓（焓值）方程四、伯努利方程式1.等溫壓縮2.絕熱壓縮3.多變壓縮五、級效率五、級效率1.多變效率hpol2.絕熱效率had3.等溫效率his4.流動效率hhyd六、級中氣體狀態(tài)參數的變化1.級中氣體溫度變化2.級中氣流壓力和比體積的變化七、級中關鍵截面氣流參數計算（級效率法）第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程氣體在級中流動類似于泵葉輪中流動，

有圓周速度u、相對速度w、絕對速度c。氣體與液體不同

⑴常溫常壓下密度差別很大：水1000kg/m3，空氣1.293kg/m3。通過葉輪獲得同樣能頭H，但壓差ΔP=ρgh差別很大。⑵氣體可以壓縮：P↑的同時V↓、T↑⑶高速狀態(tài)下（由于ρ小，提高壓力必使H大，u2必須大）流動較復雜第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程歐拉方程、伯努力方程——分析流動

熱力學基本方程——分析狀態(tài)參數變化及對流動的影響

壓縮機中氣體流動實為三元非定常流動，有粘性、壓縮性，情況復雜。工程上?？珊喕癁橐辉ǔＡ鲃舆M行分析處理——即進氣狀態(tài)、排氣狀態(tài)、n不變時，認為流體中同一載面上各點氣流參數均一；在保持穩(wěn)定工作條件下氣流參數不隨時間變化。一、歐拉方程式一、歐拉方程（第一章所講完全適用

）

C2u難以計算。用理論能頭系數表示其影響。一、歐拉方程式有限多葉片的影響，軸向渦流的影響。同離心泵一樣，由于慣性影響，在有限葉片數壓縮機葉輪流動中存在軸向渦流。C2u難以計算。仍用μ（滑移系數）表示軸向旋渦對理論能頭的影響。一、歐拉方程式一、歐拉方程式在離心壓縮機中經常用斯陀道拉（Stodola）公式求解滑移系數。假定：⑴軸向渦流速率與葉輪轉速相等，方向相反

⑵軸向渦流的直徑近似葉輪葉道寬度適用于后彎葉片離心壓縮機葉輪能頭計算，對于直葉片和前彎葉片不適用。

進口無預旋：一、歐拉方程式根據連續(xù)性方程：流過任意截面的質量流量一定。Qs、Qi和υs、υi分別為進口和任意截面的體積流量和比容。比容比葉輪出口處徑向分速度流量系數一、歐拉方程式與z、δ、Δ、D、b、β2A有關葉片褶邊：葉片無褶邊：(2-7)(1-6)葉輪出口處葉片阻塞系數一、歐拉方程式【解】二、級的總耗功和功率二、級的總耗功和功率葉輪作功：氣體獲得能頭：葉片作功消耗：輪阻損失消耗：內漏損失消耗：葉輪總耗功：葉輪作功用于兩方面：二、級的總耗功和功率葉輪總耗功：一般取高壓小流量取大值，低壓大流量取小值。每公斤氣體總耗功葉輪對氣體作功消耗輪阻損失功率漏氣損失功率葉輪總耗功二、級的總耗功和功率【解】二、級的總耗功和功率葉輪對單位質量有效氣體的總耗功Htot，輪阻損失耗功Hdf

，內漏氣損失的功耗Hl二、級的總耗功和功率氣體經過葉輪獲得能頭后，其狀態(tài)參數發(fā)生了巨大變化。這些參數的變化仍然能夠（必須）滿足能量守恒定律。但由于其與液體介質的熱力學特性的迥然不同，不能用流體力學上簡單的伯努利方程來表示。需要需要利用熱量形式和機械能形式所表示的能量方程式，即熱焓方程和伯努利方程。熱功當量問題！三、熱焓（焓值）方程三、熱焓（焓值）方程

aabb氣體穩(wěn)定流動時，取a-a截面~b-b截面間氣體作為所研究的“開口熱力學系統”熱力學能量方程-熱力學第一定律各參數含義！三、熱焓（焓值）方程理想氣體：(2-14)(2-13)(2-14a)通常認為qab=0,則有：(2-15)三、熱焓（焓值）方程(2-15)此式為離心壓縮機中的重要公式，可以用于計算任意各截面處的溫度T和速度c的變化規(guī)律。離心壓縮機計算中，求解氣流參數變化規(guī)律的基本方程式。060417三、熱焓（焓值）方程⑴a、b取進出口截面時，則為一個級熱焓方程：Td、Ts包括了輪阻損失及內漏損失所引起的氣體溫度變化。⑵對于擴壓器，沒有對氣體作功：Htot=Hab=0四、伯努利方程式四、伯努利方程

對于封閉熱力學系統，由熱力學第一定律有：(2-18)其中：(2-20)伯努利方程—以機械能形式表示的能量平衡方程。（2-14）壓縮能頭或壓縮功四、伯努利方程式①當a、b分別為級的進、出口時，則有：輪阻損失、內漏損失、流動損失(2-20)(2-21)(2-22)四、伯努利方程式(2-23)(2-22)(2-8)②當a、b分別為擴壓器進、出口時，由于沒有外功加入，故有：速度降低，沒有全部轉化為壓力能，部分能量因克服阻力而損失。四、伯努利方程式(2-15)熱力學方程式伯努利方程式(2-23)(2-4)歐拉方程式

歐拉方程—進出口速度熱焓方程—有溫度變化伯努利方程—壓力速度及損失四、伯努利方程式大小與氣體壓縮過程有關，有等溫、絕熱、多變三個過程。⑴等溫過程⑵絕熱過程⑶多變過程（2-24）（2-25）（2-26）等溫過程絕熱過程多變過程五、級效率五、級效率由伯努利方程(2-20)可用能頭：用來使氣體壓力升高并克服損失的能頭。壓縮能頭五、級效率(2-27)效率：可用能頭中真正用于壓縮氣體能頭所占比例，即壓縮功與可用能頭之比。級效率(2-28)1.多變效率hpol對應于三種熱力學壓縮過程，有三種效率。（2-29）（2-26）（2-16）1.多變效率hpol由前面分析過程知，氣體在離心壓縮機的級中流動時，不僅與外界無熱交換，而且將所有損失能頭以熱量的形式傳給了氣體，因此離心壓縮機中氣體壓縮過程的多變壓縮指數m大于絕熱壓縮過程指數k。1.多變效率hpol多變效率小于1。一般離心壓縮機的多變效率為0.7~0.84。由于2.絕熱效率had3.等溫效率his（2-30）（2-31）2.絕熱效率had3.等溫效率his常采用等溫效率評價機械冷卻的好壞，若實際多變過程越接近于等溫過程，則等溫效率越高。三種效率的大小與實質、功耗問題。多變壓縮效率總大于絕熱壓縮效率，差值越小，能量損失越小，常用于評價級中的能量損失。哪一種過程最好？（2-32）流動效率是級的多變壓縮功與葉輪對氣體作功所獲得理論能頭HT之比。4.流動效率hhyd4.流動效率hhyd根據流動效率定義：

多變能頭系數

五、級效率【解】五、級效率通過計算可知：在進氣溫度和壓力比相同的條件下，等溫壓縮功最小，排氣溫度最低。多變壓縮功最大，排氣溫度最高。實際應用中，多級壓縮機一般作成多段、增加級間冷卻以降低氣體溫度，使壓縮過程向等過程靠近，從而達到節(jié)省壓縮功的目的。六、級中氣體狀態(tài)參數的變化1.級中氣體溫度的變化滯止溫度Tst（又稱總溫）：當氣流與外界無熱交換時，其速度被滯止到0時的溫度。相應于滯止溫度的焓叫作滯止焓ist在絕能流動中氣體的滯止溫度和滯止焓都是常數。六、級中氣體狀態(tài)參數的變化2.級中氣流壓力和比體積的變化把整個級中的氣體狀態(tài)參數的變化看作是同一多變過程，（即用同一個平均多變指數m）來進行計算，也就是說在一個級中多變效率是不變的。這種計算方法叫作級效率法。第二節(jié)重點（1）歐拉方程，斯陀道拉公式，軸向渦流。（2）級的總耗功都分為那些部分，如何計算？（3）級和擴壓器內的熱焓方程、伯努利方程的表達形式。（4）級的總能頭分配。（5）等溫壓、絕熱壓縮和多變壓縮的區(qū)別，離心壓縮機的工作過程屬于哪個過程？（6）級效率的定義和計算。（7）滯止溫度和滯止焓。第二節(jié)作業(yè)作業(yè)：1、2、3、4第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程本節(jié)完第三節(jié)級中能量損失第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第三節(jié)級中能量損失第四節(jié)級的性能曲線第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件第三節(jié)級中能量損失一、流動損失1.分離損失2.二次渦流及尾跡損失二、馬赫數及其對能量損失的影響1.馬赫數2.激波和波阻損失3.馬赫數對離心壓縮機級中能量損失的影響第三節(jié)級中能量損失離心壓縮機功率一般都很大，即使效率提高百分之一，所節(jié)省的能量也很可觀，所以離心壓縮機的效率是個重要經濟指標。效率直接和級中的流動損失、泄露損失和輪阻損失有關。分析這些損失產生原因，并設法在設計、制造上盡可能減小，就可以減小，就可以提高壓縮機的效率，同時也改善壓縮機的性能。第三節(jié)級中能量損失重點：流動損失、能量損失內漏氣損失：后面分析輪阻損失：參照離心泵部分內容一、流動損失二、波阻損失一、流動損失與離心泵相比，由于氣體的物性（可壓縮性等）及其復雜的熱力學性質，使得離心壓縮機級中流道內氣體流動極為復雜，有關流動損失產生的機理及分析計算也變得極為困難，定量計算目前還很不完善。出于定性分析需要，一般將流動損失大致分為：摩阻損失、沖擊損失、分離損失、二次流損失、尾跡損失以及波阻損失等等。一、流動損失1.摩阻損失：流體粘性是產生流動損失的根本原因。當氣流流經壓縮機級的通流部分時，由于氣體粘性的存在，流動模式將如圖所示：在貼近流道壁的地方，氣體受壁面的附著作用，速度接近于零；流道中間部分流速大，在湍流流動時速度分布比較均勻，該區(qū)域稱為主流區(qū)；在主流區(qū)與壁面之間存在一速度梯度較大的薄層，這就是邊界層（或稱附面層），δ是邊界層的厚度。一、流動損失摩擦損失：邊界層內各層流體之間存在相對運動，速度較小的流層將對臨近速度較高的流層產生“阻滯”作用；而速度較高的流層則有動能傳給速度較小的流層，對它起“拖動”作用，拖動力與阻滯力大小相等，方向相反，分別作用在兩個緊挨的層面上，這樣的力就是內摩擦力，或稱粘滯力。摩擦損失也包括流體層與壁面之間的附著摩擦損失。為了維持流體的運動，就必須外加能量來克服內摩擦力所所造成的能量損失（機械能變成無用的熱能），這就是摩擦損失。一、流動損失在主氣流區(qū)中因為速度梯度很小，內摩擦力也就很小，所以流體的沿程摩擦損失主要存在于邊界層中，邊界層愈厚，摩擦損失也就愈大。摩擦損失的計算式可用類似于管道摩擦損失計算式。從流道截面1-1到截面2-2，單位質量氣體的摩擦損失為：計算hf的關鍵在于確定摩擦阻力系數λ，而λ是蕾諾數、壁面粗糙度等的函數。在壓縮機中要得到通用性的摩擦阻力系數很困難，一般借助于經驗公式或試驗數據。1.分離損失在擴壓流道中會產生邊界層增厚，進而邊界層與流道壁面脫離，甚至在接近壁面的邊層氣流中產生反向流動出現反向流動旋渦，引起很大損失，稱邊界層分離。圖2-9流體沿壁面流動時的流場示意圖1.分離損失圖2-10曲面邊界層分離形成示意圖1.分離損失在壓縮機的擴張流道中，沿著流動方向，主氣流的速度不斷下降，靜壓不斷升高。其中邊界層中的流體由于得不到主氣流足夠的拖動作用，速度衰減更快，邊界層的厚度也就逐漸增加。當擴壓流動達到某一種擴壓程度時，就會發(fā)生主氣流的動能不足以帶動整個邊界層前進，致使該處緊挨壁面的流體將首先停滯下來，再往前流動，就會因為抵抗不住迎面的壓差阻力而發(fā)生局部倒流，這就是所謂的邊界層分離。當邊界層發(fā)生分離時必定會在壁面附近產生旋渦區(qū)，而且旋渦區(qū)將沿著流動方向逐漸加厚，使主氣流遠離壁面。這種邊界層分離所造成的能量損失就是邊界層分離損失，或簡稱氣體分離損失。1.分離損失圖2-10曲面邊界層分離形成示意圖1.分離損失粘性流體在壓力降落面內流動（加速、減壓流動）不會出現邊界層分離，

粘性流體在擴壓面流動才可能出現分離損失。分離損失與流道形狀、壁面粗造度、氣流雷諾數有關，尤以流道形狀影響最大。離心壓縮機中有很多減速擴壓流道，就可能出現邊界層分離，產生漩渦，導致分離損失產生；邊界層增厚，主流通道流面積變小，達不到擴壓目的。1.分離損失葉輪葉道內，是一個有能量加入的擴壓流道。葉輪的旋轉使得邊界層中氣流還受到離心力作用，從而減緩了邊界層的分離。葉道中邊界層分離多產生在非工作面，尤其是葉輪出口附近。葉片擴壓器流道中，因無能量加入，因而容易出現氣流的邊界層分離。1.分離損失對擴壓通道，常常限制其擴展角或擴壓度。擴展角太大的流道，分離損失比沿程摩擦損失大。擴展角太小的流道，分離損失小，但沿程摩擦損失大。2.二次渦流及尾跡損失在離心壓縮機的級中，二此渦流的產生是由流道同一截面中存在壓差而引起的，主要發(fā)生在葉輪葉道、彎道及吸氣室等有急劇轉彎之處；同樣，在葉片擴壓器中也有二次渦流產生。二次渦流問題很復雜，仍處于研究階段，在此只作定性分析。⑴葉輪葉道中二次流葉輪葉道呈曲線形，并存在軸向渦流，因此在同一截面上氣流的速度和壓力的分布是不均勻的。2.二次渦流及尾跡損失圖1-16流道內的軸向旋渦運動2.二次渦流及尾跡損失對于后彎葉片來說，葉片工作面一側速度小，壓力高；而非工作面的一邊相反，壓力最低，速度最大。邊界層中氣體在上述壓力差的作用下將產生由工作面向非工作面的流動，流動的方向與主氣流方向大致相垂直，這就是所謂的二次流。圖2-14葉道中的二次渦流圖2-15閉式葉輪頂部的二次渦流2.二次渦流及尾跡損失二次流的存在：干擾了主流流動，造成能量損失；同時還會使葉輪葉片的非工作面更容易分離。因為二次流的流動使葉片工作面邊界層中的氣流被吸走，邊界層變薄，并有較大動能的主流氣體來補充；而非工作面邊界層由于接受了沿壁面流來的能量較低的氣體，邊界層變厚，速度減小，甚至小于工作面的速度，因此非工作面變得容易出現氣體分離。圖2-14葉道中的二次渦流圖2-15閉式葉輪頂部的二次渦流2.二次渦流及尾跡損失不同沖角下葉道中邊界層分離示意圖2.二次渦流及尾跡損失⑶彎道中的二次流⑵葉片擴壓器中的二次流在葉片擴壓器中同樣存在二次流。但擴壓器中壓力較高區(qū)是在葉片的凹面，低壓區(qū)是在葉片的凸面，所以擴壓器中的二次流是從葉片的凹面流向凸面，這一點與葉輪中的二次流相反。在彎曲管道中，由于氣體在轉彎處產生離心慣性力，使外壁處壓力增大，大于流道中的平均壓力，速度減??；彎道內壁處壓力減小，小于流道中的平均壓力，速度則增大。2.二次渦流及尾跡損失彎管中除了有二次渦流以外還有邊界層分離。

彎管外壁處：氣流先是減速擴壓，然后增速減壓，所以在彎管偏前部分有邊界層分離旋渦區(qū)，這個旋渦區(qū)經過彎管后逐漸消失；

彎管內壁處：氣流先加速減壓，后減速擴壓，在彎管后面部分產生邊界層分離旋渦區(qū)，而且這個旋渦區(qū)將延續(xù)，甚至繼續(xù)擴展，影響到后面的流動，對壓縮機不利。彎管中二次渦流及邊界層分離的影響因素：流道截面沿長度方向的變化（即擴壓度）的均勻性、曲率半徑2.二次渦流及尾跡損失由于葉片尾部總有一定厚度，所以當氣體從葉輪（或葉片擴壓器）的葉道中流出時，通流面積突然擴大，會使葉片兩面流來的氣流邊界層突然發(fā)生分離，在葉片尾部外緣形成氣流旋渦區(qū)，稱為尾跡區(qū)。對應的能量損失即為尾跡損失。尾跡損失的大小與葉道出口速度、葉片尾部厚度，以及葉道內邊界層情況有關。

采用機翼型葉片比較理想，但設計制造復雜；葉片尾部削薄—一般在葉片的非工作面削薄，以利于提高葉輪能頭。二、馬赫數及其對能量損失的影響1.馬赫數M馬赫數：流場中氣流速度與該點溫度下的音速之比。氣體流速的相對變化量引起的密度的相對變化量。當馬赫數小于0.3時，比值在9%以下，氣流不可壓縮2.激波和波阻損失當超音速氣流繞物體流動時，引起壓力和密度的突然變化，在流場中出現突越的壓縮波，氣流通過這種壓縮波式，壓力、溫度、和密度都突越地升高，速度突越地下降，氣流受到突然的壓縮，這種突越的壓縮波叫作激波。當流道內某一點的馬赫數M大于1時，成為超音速流。氣流遇到固體、或流通面積突然縮小、或背壓突然升高，就會形成激波，產生波阻損失。超音速氣流受到壓縮后，一般都會產生激波。在離心壓縮機中，隨著氣流馬赫數的增大，氣流在流道中壓力遞增程度加大，使得邊界層分離的可能性增大。3.馬赫數對離心壓縮機級中能量損失的影響臨界馬赫數Mcr：葉都某點的氣流速度達到音速，這時進口氣流的馬赫數。最大馬赫數Mmax：葉道最窄截面的平均氣流達到音速，這時的進口氣流馬赫數。這時最窄截面（喉部）出現激波，產生分離，損失增大，達到氣體流量的最大值，這種工況稱為“堵塞”工況。3.馬赫數對離心壓縮機級中能量損失的影響當進口馬赫數M<

Mcr，流道內全是亞音速氣流，屬于低速流動，這時馬赫數對流動特性影響小。當進口馬赫數Mcr

<

M<Mmax時，流道內出現局部音速區(qū)，并會產生激波，引起較大的波阻能量損失。一般情況下進入葉輪的氣流馬赫數為0.75~0.85，處于Mcr

<

M<Mmax之間。第三節(jié)重點（1）流動損失都有那些？（2）何為摩擦阻力損失、分離損失、二次流損失、尾跡損失？（3）擴展角對分離損失的影響。（4）葉道中的二次流方向。（5）臨界馬赫數和最大馬赫數。第三節(jié)級中能量損失本節(jié)完第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第三節(jié)級中能量損失第四節(jié)級的性能曲線第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件第四節(jié)級的性能曲線第四節(jié)級的性能曲線一、e—Qs曲線二、h—Qs曲線三、喘振工況四、堵塞工況五、穩(wěn)定工況區(qū)第四節(jié)級的性能曲線，

主要分析：

反映離心壓縮機性能的主要參數有：進氣量Q、壓力比ε、功率N、和效率η等。與離心泵類似，通常以性能曲線形式來表現壓縮機性能的變化關系。與離心泵類似，通常以性能曲線形式來表現壓縮機性能的變化關系，包括ε-Qs、η-Qs、Ntot-Qs三條曲線。性能曲線是選型、操作以及性能調節(jié)的依據。一、e—Qs曲線（1）結構參數、轉速一定時：HT隨Qs的增大而呈線性下降。（2）流動損失對多變壓縮功的影響較復雜，近似認為摩阻損失和沖擊損失起主要影響作用。（3）進氣條件一定的情況下，ε—Qs曲線形狀與Hpol—Qs曲線形狀相似，是一條隨流量增大而壓力比減小的曲線。（4）ε—Qs曲線由實測獲得，曲線必須注明轉速、條件和介質。二、h—Qs曲線二、η—Qs曲線與離心泵相似：設計點（額定工況）Qd下η最高。Q>Qd時，hf和hs增加，隨Q增大而η下降。Q<Qd時，hs急劇增加，隨Q減小而η下降。曲線完全由實驗測試以及進行相似換算獲得。圖1-20流動損失曲線

三、喘振工況三、喘振工況與離心泵不同，離心壓縮機性能曲線Qs=0不存在，當流量減小到某一個值時壓縮機工作不穩(wěn)定，發(fā)生強烈振動及噪音，稱“喘振工況”，此時的流量稱“喘振流量”。三、喘振工況“喘振工況”的發(fā)生可借助于沖角、邊界層分離來分析。負沖角：葉片工作面產生邊界層分離，出現旋渦區(qū)，但穩(wěn)定不易繼續(xù)發(fā)展——影響不大正沖角：葉片非工作面產生邊界層分離，旋渦一旦產生會繼續(xù)發(fā)展惡化，出現氣流脈動——過大正沖角引起“喘振”三、喘振工況壓縮機“喘振”——泵“喘振”四、堵塞工況四、堵塞工況

Q↑→Δβ↓→-Δβ，→葉片工作面發(fā)生邊界層分離，但不易擴展；當Q↑↑→hf↑、hs↑→理論能頭全部消耗在損失上→壓力提不高、流量不能繼續(xù)增大；當Q=Qmax時，葉道喉部截面氣流達音速，Q不能再增大。五、穩(wěn)定工況區(qū)五、穩(wěn)定工況區(qū)或

穩(wěn)定工況區(qū)的寬窄也是衡量壓縮機性能好壞的標志之一，主要與葉片出口角有關。第四節(jié)重點（1）解釋喘振工況。（2）解釋堵塞工況，產生堵塞工況的兩個原因。（3）什么是穩(wěn)定工況區(qū)。喘振最小流量、堵塞最大流量。第四節(jié)級的性能曲線本節(jié)完第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第三節(jié)級中能量損失第四節(jié)級的性能曲線第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線一、級數對壓縮機性能的影響二、轉速變化對壓縮機性能曲線的影響第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線多級：通過一級葉輪所獲能頭有限，為了滿足工藝要求的壓力比，多采用多級離心壓縮機。

①材料強度；②葉輪進出口氣量M（馬赫數）；③n一定時D2

也不可太大實際應用中，常采用多級離心壓縮機。第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線

多級性能曲線：形狀與級性能曲線相似，一定n,一定進氣狀態(tài)，對一定氣體R實驗得來。

離心壓縮機一般都是由若干級串聯而成，一個氣缸最多可達8~10級。多級壓縮機的性能曲線與單級壓縮機沒有本質區(qū)別，所不同的只是多級壓縮機的性能曲線顯得更陡，穩(wěn)定工況范圍更窄。這是因為多級壓縮機的性能曲線是由各單級的性能曲線“疊加”而成的。一、級數對壓縮機性能的影響

第I級進氣量

第II級進氣量

兩級串聯質量流量不變：

由于兩級吸氣狀態(tài)不同，各級進氣體積流量不同。由于兩級吸氣狀態(tài)不同，各級進氣體積流量不同。

一、級數對壓縮機性能的影響工作范圍的確定

⑴最小流量點向右，即喘振流量點變大所以當第Ⅰ級流量下降到某一定值時，盡管該級尚未達到該級的喘振流量QminⅠ，但此時第Ⅱ級的流量QsⅡ

可能已經達到其喘振流量QminⅡ。故：兩級串聯壓縮機喘振流量（QⅠ+Ⅱ）min〈（QⅠ）min，性能曲線喘振點右移。一、級數對壓縮機性能的影響工作范圍的確定

⑵最大（堵塞）流量變小，堵塞點左移一、級數對壓縮機性能的影響一、級數對壓縮機性能的影響三級串聯性能曲線變化綜上所述，兩級串聯風機，其壓比增加，但喘振流量增大、最大流量變小，因此性能曲線變陡?？梢?，高壓比的多級離心壓縮機更容易發(fā)生喘振和堵塞工況，這是離心式壓縮機本身存在的缺點。一、級數對壓縮機性能的影響如果設計時設法使后面各級的性能曲線穩(wěn)定工況區(qū)范圍比前面級的寬，那么各級性能曲線“疊加”的結果，可以令壓縮機的穩(wěn)定工況區(qū)不致因串聯多級后而縮小很多。為此設計多級壓縮機時，后面幾級常采用葉片出口角β2A較小、流量系數φ2r也較小的葉輪，并配置無葉擴壓器，因為這樣組成的級具有較寬的穩(wěn)定工況區(qū)。與離心泵一樣，離心壓縮機或級在不同轉速n下可得到不同性能曲線。二、轉速變化對壓縮機性能曲線的影響二、轉速變化對壓縮機性能曲線的影響n↑、ε↑：曲線向右上方移動n↑、M↑：Qs偏離設計工況時，損失大大增加，曲線變陡，穩(wěn)定工況區(qū)變窄。曲線向右上方移動喘振界限二、轉速變化對壓縮機性能曲線的影響第五節(jié)重點（1）級數對離心壓縮機的影響。（2）級數越多，喘振工況點、堵塞工況點和穩(wěn)定工況區(qū)如何變化？（3）轉速對離心壓縮機的影響。第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線本節(jié)完第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第三節(jié)級中能量損失第四節(jié)級的性能曲線第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用

第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用一、壓縮機相似應具備的條件1.幾何相似2.進口運動相似3.對應馬赫數相等4.對應雷諾數相等5.氣體絕熱指數相等二、離心壓縮機的相似換算與相似設計1.完全相似的性能換算2.相似設計3.近似相似時的性能換算第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用1.幾何相似

兩機通流部分對應線性尺寸L之比相等、對應角度相等、葉片數相等。線性尺寸：

對應角度：

葉片數目：阻塞系數：

比例縮放系數2.進口運動相似同名速度：方向角：圖1-32葉輪的幾何相似和運動相似用圖2.進口運動相似

兩機葉道進口速度三角形相似。2.進口運動相似進口無預旋時

進口有預旋時

此外還要預旋角相等若進口速度三角形不相似，則：

沖角不等則會不相似，Δβ對流動影響很大。3.對應馬赫數相等3.動力相似

⑴雷諾數相等：摩擦阻力問題

⑵馬赫數相等：氣體（可壓縮性）彈性力問題4.熱力相似

絕熱指數相等：熱力學性質（過程）一、壓縮機相似應具備的條件離心壓縮機完全相似條件：①幾何相似②進口速度三角形相似③馬赫數相等④絕熱指數相等第六節(jié)重點（1）離心壓縮機相似的條件。第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用本節(jié)完第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第三節(jié)級中能量損失第四節(jié)級的性能曲線第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)一、離心壓縮機的串聯和并聯工作1.離心壓縮機的串聯工作2.離心壓縮機的并聯工作二、離心壓縮機的工況調節(jié)1.入口節(jié)流調節(jié)2.轉動可調進口導葉調節(jié)3.轉動擴壓器葉片調節(jié)第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)三、天然氣輸送中壓縮機與管道的聯合工作1.管道特性——管道負荷曲線2.壓縮機性能曲線的轉換3.壓縮機和管道的聯合及其影響4.壓縮機串聯后與管道的聯合工作5.兩臺壓縮機并聯后與管道的聯合工作一、離心壓縮機的串聯和并聯工作圖1-59裝置特性和離心泵相同通過壓縮機的氣體流量=管道氣體流量壓縮機增壓ΔP=管路阻力降工作點：壓縮機性能與管路特性工作點變化：節(jié)流、旁路、切割葉輪、變轉速等一、離心壓縮機的串聯和并聯工作⑴管網性能曲線管網特性曲線：隨背壓pr和阻力Δp的變化而變化。一、離心壓縮機的串聯和并聯工作⑵離心壓縮機的工作點管路特性曲線與壓縮機特性曲線的交點。條件：質量守恒、能量守恒駝峰型性能曲線，可能有兩個交點，但穩(wěn)定工作點只有一個，另外一點為喘振點。1.離心壓縮機的串聯工作⑴離心壓縮機的串聯如前面分析：性能曲線變陡、穩(wěn)定工況區(qū)變窄、應取第二級的穩(wěn)定工況區(qū)寬于第一臺。串聯特性：①總壓比：……乘積②質量流量>單機流量2.離心壓縮機的并聯工作⑵離心壓縮機的并聯應用場合：①增加供氣量；②氣量很大，一臺困難③用氣量變動，利用臺數控制并聯特性：①總流量增加，但單臺流量……②若并聯后管路阻力系數增大……二、離心壓縮機的工況調節(jié)合理選擇壓縮機，應該使壓縮機能在設計工況附近操作，因為這時壓縮機的效率最高。但由于生產上工藝參數不可避免的會有變化，所以經常需要對壓縮機進行手動或自動調節(jié)，使壓縮機能適應生產要求，改變工況點，以保持生產系統穩(wěn)定。離心壓縮機的調節(jié)一般有兩種：⑴等壓調節(jié)：背壓不變的情況下，調節(jié)流量（此方法較普遍）⑵等流量調節(jié)：在保證流量不變前提下，調節(jié)壓縮機排氣壓力二、離心壓縮機的工況調節(jié)1.入口節(jié)流調節(jié)2.轉動可調進口導葉調節(jié)3.轉動擴壓器葉片調節(jié)4.改變轉速調節(jié)5.出口節(jié)流調節(jié)二、離心壓縮機的工況調節(jié)改變工況點：壓縮機調節(jié)的實質⑴改變壓縮機性能⑵改變管路特性1.入口節(jié)流調節(jié)入口節(jié)流調節(jié)原理：改變壓縮機性能曲線優(yōu)點：操作方法簡單方便，經濟性較好，減小極限喘振流量缺點：浪費功率大、還有一定的節(jié)流損失。1.入口節(jié)流調節(jié)實現：一般在入口管道上安裝調節(jié)閥（碟閥：氣流沿圓周方向均勻流動）閥全開時：關小調節(jié)閥：進一步關小：進口就節(jié)流調節(jié)實際上是改變了壓縮機的性能曲線。2.轉動可調進口導葉調節(jié)轉動進口導葉（進氣預旋調節(jié)）原理：改變進口三角形2.轉動可調進口導葉調節(jié)轉動進口導葉（進氣預旋調節(jié)）原理：改變進口三角形3.轉動擴壓器葉片調節(jié)改變對葉片擴壓器的沖擊損失。4.改變轉速調節(jié)改變轉速調節(jié)原理：改變壓縮機性能曲線優(yōu)點：操作方法簡單方便，最經濟缺點：5.出口節(jié)流調節(jié)出口節(jié)流調節(jié)原理：改變管路特性優(yōu)點：操作方法簡單方便缺點：浪費功率大、不經濟當壓縮機性能曲線較陡而流量調節(jié)范圍較大時更不經濟；目前僅限于風機及小型鼓風機。三、天然氣輸送中壓縮機與管道的聯合工作前面講述：壓縮機與管道工作，進口壓力不變，壓縮機出口壓力隨流量而改變。

實際天然氣輸送中：保持管道起點壓力不變，即壓縮機出口壓力不變。優(yōu)點是：輸氣管道處于盡可能高的壓力下，有最大儲氣量；輸氣管各結點的氣體壓力穩(wěn)定，不致有很大波動；便于調節(jié)和控制；輸氣動力消耗較省（壓縮機在高效點工作）第七節(jié)重點（1）離心壓縮機的工況調節(jié)的方法有哪些，哪種方法經濟性最好？第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)本節(jié)完第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件第一節(jié)離心壓縮機的主要構件及基本工作原理第二節(jié)氣體在級中流動的概念及基本方程第三節(jié)級中能量損失第四節(jié)級的性能曲線第五節(jié)多級離心壓縮機的性能曲線第六節(jié)相似原理在離心壓縮機中的應用第七節(jié)離心壓縮機和管路的聯合工作及工況調節(jié)第八節(jié)離心壓縮機的主要零部件