【JX14-46】二级的同轴离心式空气压缩机
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JX14-46
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【JX14-46】二级的同轴离心式空气压缩机,JX14-46
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第2章 工作原理与结构设计2.1 离心压缩机的工作原理离心式压缩机的工作原理是气体进入离心式压缩机的叶轮后，在叶轮叶片的作用下，一边跟着叶轮作高速旋转，一边在旋转离心力的作用下向叶轮出口流动，并受到叶轮的扩压作用，其压力能和动能均得到提高，气体进入扩压器后，动能又进一步转化为压力能，气体再通过弯道、回流器流入下一级叶轮进一步压缩，从而使气体压力达到工艺所需的要求。离心压缩机的主要特点：(一) 流量大 离心压缩机中气体是连续流动，流通截面较大，同时叶轮转速很高，故流量很大，进气量在5000m/min以上。(二) 转速高离心压缩机中转子只作旋转运动，转动惯量小，且与静止部件不接触。这不仅减少了摩擦，还可大大提高转速。(三) 结构紧凑机组重量及占地面积都比同一气量的活塞压缩机小得多。(四) 运转可靠由于转动部件与静止部件不直接接触摩擦，因而运转平稳、排气均匀、易损件少，一般可连续运转一年以上。且不需备用机组，维修量小。(五) 单级压力比不高目前排气压力需在以上时，只能使用活塞压缩机。(六) 效率稍低由于离心压缩机中气流速度较大，造成能量损失较大，故效率较活塞压缩机稍低。(七) 需要安全保障措施由于离心压缩机转速高、功率大、无备机，因此一旦发生事故，后果是严重的，需有一系列紧急安全保障设施。2.2 原始数据1) 空气流量m：2) 压强比3) 环境压强: 4) 环境温度：5) 环境密度：6) 空气气体常数7) 空气绝热指数2.3 进气道参数吸气室是为了把气体从进气管或中间冷却器引到工作叶轮中去。设计时应尽量减少气体的流动损失，避免出现气流局部降速和分离。吸气室的出口气流要均匀，不产生切向的旋绕，以保证叶轮进口有均匀的速度场与压力场。除了上述气动要求外，还要注意到加工制造的方便。吸气室的形式较多，常见的有：轴向进气的吸气管、径向进气的进气管、双支承轴承所采用的径向吸气室、水平进气所采用的进气室。本设计采用的是轴向进气的吸气管，如图1，这种进气管形状最简单，一般用于单机悬臂式鼓风机或增压器中。进气管可做成收敛状，以使气体能均匀进入后面的叶轮。这种进气管形状简单，气流均匀，损失较小，故比其它形式的具有较好的性能。图11) 叶轮对气体所做的绝热压缩功2) 叶轮出口的圆周速度 (取)3) 取进气道出口的速度 (=50150m/s)取4) 进气道内空气降温5) 进气道出口温度6) 进气道多变指数(=1.371.39)7) 进气道出口空气压强8) 进气道出口空气密度9) 进气道出口面积2.4 压缩机叶轮参数叶轮的结构形式通常以叶片的弯曲形式来区分。图3-1所示为三种不同叶片弯曲形式的叶轮。其中a为后弯叶片式，叶片弯曲方向与叶片旋转方向相反，叶片出口角；b为径向叶片式，叶片出口方向与叶轮半径方向一致，叶片出口角；c为前弯叶片式，叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相同，叶片出口角。这三种叶轮的共同点，是被原动机拖动后对气体作功。但是由于叶片形状不同，它们的做功能力是不一样的。因此，在采用哪一种叶片形式时，必须注意它们的特殊性。本次设计叶轮采用径向叶片式。图3-1 叶轮叶片的三种形式a.后弯叶片型 b.径向叶片型 c.前弯叶片型图3-2 不同叶片形式时的出口速度三角形a.后弯叶片型 b.径向叶片型 c.前弯叶片型由图3-2看出，在相同的圆周速度和流量条件下，暂且认为叶轮出口处的相对速度方向与叶片出口角方向一致。这时后弯叶片式叶轮的出口绝对速度和它的圆周分速度都比较小；前弯叶片式叶轮的出口绝对速度和它的圆周分速度都比较大；径向叶片式叶轮则介于后弯和前弯叶片式叶轮之间。我们已经知道，在叶轮圆周速度相同和的条件下，叶轮对气体的作功是与叶轮气流出口圆周分速度的大小成正比，即 这样从叶轮对气体的作功大小来看，前弯叶片式叶轮做功最大，后弯叶片式叶轮做功最小，径向叶片式叶轮介乎两者之间。径向叶片式叶轮一般有两种：一种是气流径向进入叶轮，叶片出口，称径向出口叶片式叶轮；另一种是叶轮为径向叶片，前面还设有一个导风轮，因而气流是轴向进入叶轮，称径向直叶片式叶轮。本次设计的叶轮形式即为径向直叶片式叶轮。2.5 第二级叶轮参数计算1) 二级叶轮外径2) 转速n3) 取叶轮进出口直径比取4) 导风轮进口外径5) 导风轮进口内径（取110mm）6) 导风轮进口平均直径7) 导风轮进口外径处的圆周速度8) 导风轮进口处的圆周速度9) 导风轮进口处的圆周速度=131m/s10) 导风轮叶片=1727取 =2411) 取导风轮进口的阻塞系数取 12) 导风轮进口轴向速度13) 导风轮进口相对速度14) 导风轮进口马赫数（0.7820.9则需要重新调整参数、重新计算）15) 导风轮进口处的气流角=16) 导风轮进口处的气流角17) 导风轮进口处的气流角18) 取冲角i19) 导风轮进口处的叶片角=20) 取工作轮叶片数21) 滑移系数22) 工作轮出口气流圆周向分速23) 工作轮出口气流径向分速取 111m/s24) 工作轮出口气流速度308m/s25) 工作轮出口气流角26) 取工作轮出口叶片角（径向直叶片）27) 取工作轮出口叶片厚度1.6mm28) 工作轮出口阻塞系数0.96529) 取工作轮出口气流密度取 30) 叶轮出口宽度31) 取轮阻损失系数取 32) 叶轮出口气温33) 取叶轮多变效率取 34) 多变指数项35) 多变指数1.5236) 叶轮出口气体压强1.6837) 叶轮出口气体密度38) 气体密度误差2%39) 叶轮出口马赫数0.82 1认可2.6 第一级叶轮参数计算1) 一级叶轮外径2) 转速n3) 取叶轮进出口直径比取4) 导风轮进口外径5) 导风轮进口内径（取90mm）6) 导风轮进口平均直径7) 导风轮进口外径处的圆周速度8) 导风轮进口处的圆周速度9) 导风轮进口处的圆周速度=91.7m/s10) 导风轮叶片=1127取 =1211) 取导风轮进口的阻塞系数取 12) 导风轮进口轴向速度13) 导风轮进口相对速度14) 导风轮进口马赫数（0.7820.9则需要重新调整参数、重新计算）15) 导风轮进口处的气流角=16) 导风轮进口处的气流角17) 导风轮进口处的气流角18) 取冲角i19) 导风轮进口处的叶片角=20) 取工作轮叶片数21) 滑移系数22) 工作轮出口气流圆周向分速23) 工作轮出口气流径向分速取 81m/s24) 工作轮出口气流速度308m/s25) 工作轮出口气流角26) 取工作轮出口叶片角（径向直叶片）27) 取工作轮出口叶片厚度1.6mm28) 工作轮出口阻塞系数0.96529) 取工作轮出口气流密度取 30) 叶轮出口宽度31) 取轮阻损失系数取 32) 叶轮出口气温33) 取叶轮多变效率取 34) 多变指数项35) 多变指数1.5236) 叶轮出口气体压强1.6837) 叶轮出口气体密度38) 气体密度误差2%39) 叶轮出口马赫数0.82 1认可2.7 无叶扩压器段参数1) 无叶扩压器宽度 2) 入口气流周向分速3) 入口气流径向分速4) 入口气流角=5) 入口气流速度6) 入口气流温度7) 入口气流压强8) 入口气流密度9) 取出口直径比，取为1.1610) 出口直径11) 出口密度（取）12) 出口气流速度13) 出口气流温度14) 马赫数=0.650.95认可15) 取多变效率取为0.6016) 多变指数项=2.117) 出口空气压强18) 出口空气密度19) 密度误差0.56%2%20) 出口宽度21) 出口径向分速22) 出口周向分速23) 出口气流角=24) 长度2.8 叶片扩压器参数1) 取直径比，取为1.502) 出口直径3) 出口宽度4) 进气口冲角，取5) 叶片进口角6) 叶片出口角7) 叶片进口阻塞系数，取=0.98) 进口通道面积9) 叶片数，取10) 进口喉部宽度11) 设出口气流密度12) 出口气流速度13) 出口空气温度14) 多变效率，取为0.815) 多变指数项=2.816) 出口空气压强17) 出口空气密度=0.49%2%2.9 压缩机参数校核1) 压强比2) 滞止压强比=2.433) 等熵压缩功4) 压强系数=0.6955) 绝热效率=0.776) 功率- 20 -第3章 结论经过了几个星期，我总算把这个大难题攻克下来了。期间有过不少的不眠之夜。当初没有太多考虑做这个课题的难度，后来在资料匮乏的条件下才发现做起来步步维艰。特别是在绘图过程中出现了很多问题。比如说绘制叶轮，一开始根本不知道计算出来的参数在模型上应该怎么表示，结果画出来的图总感觉不对劲。从一开始我不知道离心式压缩机是什么，到我完成这个设计，我觉得自己实现了一个巨大的跨越。现在我已经对离心式压缩机有了一定的理解，这对我以后的工作有很大的帮助。本设计由于制作时间及本人水平有限，部分细节难免存在不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！参考文献1 徐忠.离心式压缩机原理（修定本）.北京：机械工业出版社，1991.2 姜培正.叶轮机械.西安：西安交通大学出版社，1991.3 王尚锦.离心压缩机三元流动理论及应用M.西安：西安交通大学出版社1991.6.4 苏B.里斯. 离心压缩机械M.北京：机械工业出版社，1986.3.5 熊欲均. 机械工程手册（第二版）.北京：机械工业出版社，1997.6 黄钟岳,王晓放. 透平式压缩机M.北京：化学工业出版社，2004.8.7 朱报祯,郭涛 . 离心压缩机M.西安：西安交通大学出版社，1989.8.8 姜培正.过程流体机械.北京：化学工业出版社教材出版中心，1991.9 杨策,施新.径流式叶轮机械理论及设计M.北京：国防工业出版社,2004.10 . 10 席光,王晓锋,王尚锦.离心压缩机叶轮的响应面优化设计：实例及讨论J.工程热物理学报，2004（3）：53-55.11 成大先等. 机械设计手册 .第二卷 .北京:化学工业出版社，1993.12 沈阳鼓风机厂概况、离心压缩机系列产品简介等，沈阳鼓风机厂，1999.13 夏清，陈常贵.化工原理(修订版).天津：天津大学出版社，2005.1.14马雷.离心式压缩机故障原因分析及处理措施J.风机技术,2007(1):83-84.15张韬,孟光.具有初始弯曲和刚度不对称的转子碰磨现象分析J.上海交通大学学报,2002,(06):56- 70.16徐敏，黄昭毅，等.设备故障诊断手册M.西安交通大学出版社， 1998.17陈冬.离心式空压机振动故障的诊断与检修J.风机技术,2006(3):61- 62,53.18陈大禧,朱铁光.大型回转机械诊断现场实用技术M.机械工业出版社， 2002.19 巩云鹏,田万禄,张祖立等.机械设计课程设计M,沈阳:东北大学出版社,2000.20 孙志礼,冷兴聚.机械设计M,沈阳:东北大学出版社,2004.21 Hartmut Krain, Review of Centrifugal Compressors Application and DevelopmentJ. ASME Journal of Turbomachinery,2005, 112:24-34 .22 Wu Chung-Hua: A General Theroy of Three-Dimensional Flow in Subsonic
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