离心式压缩机中能量损失.ppt

3.3 离心式压缩机中能量损失 3.3.1 级中各种能量损失 损失种类： 泄漏损失 HL 总损失 轮阻损失 Hdf 流动损失 Hhyd 摩擦损失 分离损失 冲击损失 二次流损失 尾迹损失 波阻损失 流动损失 （1）泄漏损失 由于压力差作用，高压气体向低压区流动，形成泄 漏损失。 主要发生在： 叶轮端盖处；级间，为内泄漏。 轴的两个外伸端，为外泄漏。 采用的密封形式： 端盖与级间采用迷宫密封（齿形密封）。 轴外伸端采用浮环油膜密封。 级间密封 叶轮前密封 泄漏损失功与功率： 迷宫密封实际泄漏量： （2）轮阻损失 叶轮旋转时，轮盘、轮盖侧面及轮外缘与气体发生摩擦而产 生的损失为轮阻损失。 轮阻损失功： 轮阻损失功率： 近似计算式： (3) 流动损失 摩擦损失：气体与流道壁面的摩擦损失。 沿程摩擦阻力损失： 分离损失：流通面变大时沿壁产生倒流和旋涡区，出现分离损失。 减少分离损失应保证： 68 冲击损失：流量不在额定流量下，气流将在进口处冲击叶片的工作面或非工 作面，造成冲击损失。（叶片式扩压器也会存在） 二次流损失：在叶道、弯道转弯处，出现两边压力差，则压力大的流速低， 压力小 的流速高，高流速向低处流动，形成二次涡流，即二次流损失。 尾迹损失：叶片尾部由于有一定宽度，外缘形成气流旋涡区，产生尾迹损失 波阻损失：流道内气流速度达到音速 c = a （M= c / a =1)，气流传输波会发 生叠加，形成压缩波，称为激波或波障。波障内能量损失很大， 为不可逆过程。气流通过波障时将遇到很大阻力，穿过时会有很 大能量损失，即波阻损失。 临界流量： 3.2 性能、调节与控制 3.2.1 离心压缩机的性能 反映压缩机性能的参数： 以体积流量为主参数，可作出如下性能曲线： （一）性能曲线 也叫特性曲线，在转速一定、进口条件一定时。 （1）单级中能量压头 H 的性能曲线： 能量方程： 级中有效能量头： 其中流动损失主要有： （2）整台压缩机性能曲线 N Hpol qv N H 性能曲线分析： 有效压头 Hpol 受各种损失影响，以沿程摩擦损失和冲击损失 影响最大。 压力比 随流量增大而减小。 效率 在额定流量下最高，效率最高时为设计工况点或额定 工况点，要求压缩机尽可能的在此点附近工作。 功率 N 一般随流量增加而增大。当压力比 下倾较快时，N 曲线也下倾。 当转速不同时，性能曲线发生均匀变化。 如：n1 n2n3 (一）喘振工况 当流量减少时，机器会出现喘振，此工况为喘振工况。 离心压缩机在启动初期或停机时，总要经过喘振工况。 当流量减少到一定值时都有一个喘振点。 （1）喘振机理 压缩机流量减少： 气流进入叶轮时正冲角很大， 冲角： 喘振机理： 压缩机流量减少，气流进入叶轮时正冲角很大， 使叶片非工作面上的气流严重分离，并由一个或几个 叶道开始，逐步向其它叶道扩展，沿叶轮旋转反方向发 展，这种现象为“旋转脱离”。随着旋转脱离的进一步扩 大，气流受到严重阻塞，排出压力降低，当管网中气体 压力高于压缩机出口压力时，管网气流会倒流，反向冲 击叶轮。当气流灌满叶道后，又出现正向流动。这种周 期性、低频率、大振幅的正反气流震荡现象为喘振。 喘振特点： 小流量时出现，低频率、大振幅、周期性震动，机器发 出异常噪音、 吼叫、爆音，声音较高。管网容积愈大 ，震动愈严重。 喘振影响因素： 吸入流量降低，管网反向压力大，气流进口冲角大于 零。 喘振的危害： 使机器性能恶化，压力和效率显著降低，异常噪音， 机器震动，轴承及密封损坏，转子叶轮发生碰撞。 防止喘振的措施： 操作者具备标注喘振线的能力，随时了解工况点位置 在停机或减速时，应先降压后降速，防止管网回压。 叶轮进口有导叶的压缩机，要随时调节叶轮导叶，保 持冲角为零 。 在压缩机出口设置旁通管或回流管，保证足够的气流 返回到压缩机进口。 在进、出口安装温度、流量、压力监视仪器，一旦发 现异常及时报警，操作联动、停机联动。 一旦进入喘振区应立即加大流量或停机。出现严重喘 振时，应停机开缸检查，查看是否有机件损坏。 （二）堵塞工况 当流量增大时，气流速度升高， 流道某喉部气流流速将达到临界状 态，即流速等于音素 c = a （M=1） 。这时流量为最大流量 qmax ，若想 再提高流量，则会出现激波（波障） ，气流穿过波障时将有很大波阻损 失，压力不再升高，流量也不能再 增加，这种工况称为“堵塞工况”。 3.3.2 压缩机与管网联合工作 整套装置连接形式： 压缩机 管道 设备（装置） 通常：管道+设备称为管网系统 压缩机 管 网 设 备（装 置） （一）管网特性曲线 管道沿程压力损失： 设备内工作压力： 管网进口总压力： 管网特性曲线： qv p 特性曲线分析： 管道内摩擦阻力越大，曲线越陡。 当无管道时： 当无设备时： P qv p=pr （二）压缩机与管网联合工作 压缩机与管网为串联连接，遵守质量守恒和能量 守恒定律。 压缩机排气量等于管网的进气量： 排气压力等于管网所需压力： 整个系统才能达到平衡，稳定工作。 稳定工作点为两特性曲线的交点，A点 。 A点上满足： A 点尽量在高效率区 若： r A p qv 3.3.3 压缩机的各种调节方法 为满足实际供气量和压力的需要，压缩机远行工况点可人为调节，进气量多 少可人为控制。 （1）压缩机出口节流调节 在压缩机出口安装一个节流阀，靠阀的开度大小 来调节流量大小。 特点：简单、方便，但功率浪费大。 原理：阀关小时，流量减小，管网阻力增大， 管网特性曲线变陡。 注意：流量太小时，会进入喘振区。 （2）压缩机进口节流调节 压缩机进口安装节流阀，控制进口流量和压力。 特点：简单、方便，省功率，应用广泛。 原理：阀开度大小，改变压缩机吸入参数， 使压缩机特性曲线变化。 注意：流量太小时，也会进入喘振区。 A A1 A A1 (3) 改变压缩机转速 调节压缩机转速，使其特性曲线变化，工况点 也随之变化。 特点：最省功、经济，调节范围宽，无其它损失； 但要求原动机速度可调或有调速机构。 原理：压缩机速度变化，特性曲线变化。 注意：流量太小时，也会进入喘振区 （4）叶轮进口导叶、扩压器叶片调节 转动导叶或扩压器叶片，使气流无冲击进入， 避免气流冲击和喘振发生。 特点：经济性好，损失少，但机构复杂。 原理：减少压缩机内部冲击损失， 使压缩机 特性曲线变平缓。 可避免或减小喘振区。 n1 n2 n3 qv p q p (5) 压缩机的串联与并联 两台或几台压缩机串联或并联后，使特性曲线成倍增加，工况点提高。 特点：简单、方便，省功率，满足系统要求，但增加设备。 原理：压缩机特性叠加，使流量或压力倍增。 串联： 并联： 串联 并联 q p q p 3.3.4 相 似 理 论 及 应 用 相似理论在许多流体机械中被广泛应用，特别是叶轮式流体机械 相似理论的用途： 相似设计（模化设计）新产品仿造（产品系列化、标准 化、通用化） 相似计算（性能参数换算）两相似机或一机因n不同 而进行的其它参数的换算。 相似实验（模型实验）用模型替代实物进行实验。 利用相似理论进行设计、制造和实验在科技、工程等领域具有 广泛的应用价值。 一.相似理论的内容 三大相似条件： 几何相似几何参数相似 运动相似运动参数相似 动力相似动力参数相似 （1）几何相似： 定义： 两台机器（设计机与模型机）若几何相 似，则各对应尺寸成比例，并且此比例相等，为 一尺寸常数 L；对应角度相等。 模型机尺寸参数： 设计机尺寸参数： 表达式： （二）运动相似 定义： 两台机器若运动相似，则内部流体的流型相似，即对应 点的速度大小成比例，且各比例相等，为一常数 C ；速度方向 相同。 表达式： 方向角相等： 实际是叶轮的进口、出口速度三角形相似。 1 u1 c1 u1 1 C1 （三）动力相似 定义： 两台机器若动力相似，则流道内对应点上同类力 大小成比例，且为一常数 f ；力的方向对应相同。 流体机械内有：质量力、惯性力、粘滞力、弹性力等 表达式： 离心压缩机满足特征马赫数相等： 泵满足雷诺数相等： （四）热力相似 两机的热力过程相似。 表达式： 二.相似理论的应用 离心压缩机主要用于： 1 .相似设计：参照样机设计出相似的新机器。 2.性能计算 ：利用模型机参数换算出相似机的 性能参数. 规定：模型机、样板机、使用过的机器为已知机器， 参数右上角“ ，”。 如： 新设计机、新型机，其参数及尺寸待定 （1）相似设计(模型设计） 已知一台性能好的样机（模型机），设计一台完全相似的新机 器。实际是按比例缩小或放大。 模型机尺寸为已知： 1.几何尺寸计算 新机器尺寸： 其它参数： （2） 相似性能换算 已知模型机参数： 转速间关系： 流量： 压力比： 能量头： 功率： 效率： 3.3.5 转子的临界转速 为确保机器安全运转，要求工作转速n远离第1、2阶临界转速： nc1、nc2。临街转速一般实验标定（或普劳尔传递矩阵法计算） 校核条件： 对于刚性转子： 对于柔性转子： 为防