（人机与环境工程专业论文）鼓风机和压缩机性能测试系统设计与实践.pdf

d e v i s i n g a n d p r a c t ic i n g t h e t e s t s y s t e m f o r t e s t i n g t h e p e rf o r ma n c e o f b lo w e r s a n d c o mp r e s s o r s ab st r a ct f a n s , e s p e c i a l ly l a r g e - s c a le c e n t r i f u g a l o r a x i a l b lo w e r s a n d c o m p r e s s o r s , a r e p l a y i n g e x t r e m e l y i m p o r t a n t r o l e s i n n a t i o n a l e c o n o m y a n d t h e i r p e rf o r m a n c e c u r v e s a r e t h e f o u n d a t i o n o f n o r m a l o p e r a t i o n ，c h o i c e a n d a p p l i c a t i o n . h o w e v e r , t h e a c c u r a t e p e r f o r m a n c e c u r v e o f f a n s m u s t b e a c q u i r e d t h r o u g h t h e p e r f o r m a n c e t e s t in g a t p r e s e n t . t h i s p a p e r a i m s a t c e n t r i f u g a l o r a x i a l b l o w e r s a n d c o m p r e s s o r s . a c c o r d i n g t o t h e t h e o ry a n d t h e w a y o f p e r f o r m a n c e t e s t i n g o f c e n t r i f u g a l o r a x i a l b l o w e r s a n d c o m p r e s s o r s a n d c o m b i n i n g t h e n e e d o f r e a l p r o j e c t , t h e s y s t e m o f p e r f o r m a n c e t e s t i s w e ll d e v e l o p e d . t h e w h o le m e t h o d s , i n c l u d i n g h o w t o c h o o s e t e s t i n g e q u i p m e n t s , m e a s u r e m e n t i n s t r u m e n t s a n d m e a s u r e m e n t p a r a m e t e r , h o w t o p r o c e s s c a lc u l a t io n a n d c o n v e r s io n o f t h e r e s u l t , h o w t o d r a w t h e p e r f o r m a n c e c u r v e a n d h o w t o v e r if y t h e c o n d i t io n o f p e rf o r ma n c e , a r e e s t a b l i s h e d . a m e a s u r e m e n t s y s t e m f o r d e t e r m i n i n g t h e p e rf o r m a n c e c u r v e s o f c o m p r e s s o r s i n s i t u i s w e l l d e v e l o p e d . i t c a n m e a s u r e t h e p e rf o r m a n c e c u r v e s a n d p r e d i c t t h e s u r g e l i n e s w it h s h a ft v i b r a t i o n s ig n a l s a n d a x i a l d is p l a c e m e n t o f t h e s h a ft . i n t h e a p p l ic a t io n i t i s f o u n d t h a t t h e s h a ft v ib r a t io n s ig n a ls r e s p o n d t o t h e p r e s e n c e o f s u r g e e a r l i e r t h a n t h e a c o u s t ic s i g n a ls d o . t h e r e f o r e t h e v ib r a t io n s i g n a ls a r e m o r e a p p r o p r i a t e f o r p r e d i c t i n g s u r g e li n e s t h a n t h e a c o u s t ic s i g n a ls . i n s u m m a t i o n , it i s p r o v e d t h a t t h e p e r f o r m a n c e t e s t s y s t e m b a s e d o n t h e c u r r e n t p e r f o r m a n c e t e s t i n g w a y o f c e n t r i f u g a l o r a x i a l b lo w e r s a n d c o m p r e s s o r s is p r o v id e d w it h f a v o r a b l e a d a p t a b i l it y a n d p r a c t ic a b i l it y b y p r a c t ic a l a p p li c a t i o n . t h e s y s t e m c a n a c h ie v e t h e p e r f o r m a n c e t e s t o f v a r i o u s t y p e s o f b l o w e r s a n d c o mp r e s s o r s a n d c a n b e a p p l ie d f u r t h e r t o r e a l p r o j e c t . k e y w o r d s : b l o we r p e rf o r m a n c e s u r g e li n e c o mpr es s o r t e s t p e rf o r ma n c e cu r v e s p r e d i c t 本文中所用的主要符号表 符号量 单位 a面积m2 f 扭矩 n. m 9 m , 质量流量 k g / n z i n 匆. 泄漏质量流量 h 气体总焙j / k g h 气体静恰 j / k g k绝热指数 k 等嫡指数 脚 p 一 t 图中 的 多 变 温 度指 数 n p一 t图中的多 变容积指数 n 转速 r / mi n 幼 竹 流差压 p a p 绝对压力 p 大气压力 pd 动压 p,. 表压 p , 上游压力 尸 气体功率k附 p 散失损失功率 只泄漏损失功率 p 内部功率 弓 机械损失功率 p ,车 由 功率 4;- 容积流量 m / m i n q热最j / k g r 气体常数 s 散热面积mz t绝对温度k v 容积mj w 比压缩功j / k g x 等压偏差系数 y等9偏差系数 z压缩性系数 n气体效率 n; 内效率 7 ,. 有效功率 p 气体质蛋密度k g / m 了 户动力私度 尸a- s a 流晕系数m a / s 18 缩口系数 才损失系数 l a a声级d b (a ) 重要下标表 脚注符号脚注含义 1 进气口 2 出气口 aa声级 co 换算 d动力的 d s设计 t e试验 e 有效 f 摩擦 i n 内部 l泄漏 m算术平均 po i多变 t等漏 o i l油 u p上游 v 等容 a 机壳表面的 两北工业大学硕士论文 第1 章 引言 风机的应用 风机是利用旋转叶片与气体的相互作用来压缩与输送气体的机械，是通ix l 机、 透平鼓风机和透平压缩机的总称。 其中， 通风机是指进口为标准空气条件下， 全压p 0 . 0 1 5 mp a的风机;透平鼓风机是离心鼓风机与轴流鼓风机的总称，其 出口 压力p 为:0 . 0 1 5 m p a _ p ( 表压) _ 0 . 2 m p a ，或其压力比 为1 . 1 5 _ 3 2 4 . 风机在国民经济中占 有重要的 地位，被誉为国民 经济的 “ 呼吸系统” 。 利用 风机生成的 气流，可以完成物料输送、 通风换气、 清洗、 分离、 加热烘干、 降 温 除尘等多种工作。因 此，风 机被广泛应用于石油、 化工、 化肥、 冶金、 煤炭、电 力、城建、制 药等国民 经济支柱产业， 并且是极为关键的设备。 2风机性能测试的意义 风机的性能状态是通过风机的流量、 功率、 压力、 效率等参数来衡量的，而 这些参数之间 存在着一定的关系。 随着风机运行转速、 流量、 导叶角度等参数的 变化， 风机的其他参数也会随之变化。 它们之间这种变化关系集中体现了 风机的 性能 特点， 也是选择与使用风机的重要前提。 然而， 由于现阶段风机理论 还不够 成熟和完善， 风机的性能数据还无法通过准确的数学模型计算获得。目前， 性能 试验还是获取风机性能数据的主要途径。 随着我国 经济与科技水平的发展与提高， 实际生产中， 对风机的功率、 流量、 效率、噪声等性能指标的要求也 更为严格。 风机生 产部门在不断改进风机结构、 气动 性能以 及加工工艺的同时， 也加大了 对风机性能测试的 重视程度。 因为 风机 的 性能 测试，无论对于成品检验还是对于新产品的开 发来a ，都是至关重要的。 特别是 对于大型、 特型风机以 及小 批量、 单件风机来说， 风机的性能测试更是不 可少的环节。 两北工业大学硕士论文 第1 章 引言 风机的应用 风机是利用旋转叶片与气体的相互作用来压缩与输送气体的机械，是通ix l 机、 透平鼓风机和透平压缩机的总称。 其中， 通风机是指进口为标准空气条件下， 全压p 0 . 0 1 5 mp a的风机;透平鼓风机是离心鼓风机与轴流鼓风机的总称，其 出口 压力p 为:0 . 0 1 5 m p a _ p ( 表压) _ 0 . 2 m p a ，或其压力比 为1 . 1 5 _ 3 2 4 . 风机在国民经济中占 有重要的 地位，被誉为国民 经济的 “ 呼吸系统” 。 利用 风机生成的 气流，可以完成物料输送、 通风换气、 清洗、 分离、 加热烘干、 降 温 除尘等多种工作。因 此，风 机被广泛应用于石油、 化工、 化肥、 冶金、 煤炭、电 力、城建、制 药等国民 经济支柱产业， 并且是极为关键的设备。 2风机性能测试的意义 风机的性能状态是通过风机的流量、 功率、 压力、 效率等参数来衡量的，而 这些参数之间 存在着一定的关系。 随着风机运行转速、 流量、 导叶角度等参数的 变化， 风机的其他参数也会随之变化。 它们之间这种变化关系集中体现了 风机的 性能 特点， 也是选择与使用风机的重要前提。 然而， 由于现阶段风机理论 还不够 成熟和完善， 风机的性能数据还无法通过准确的数学模型计算获得。目前， 性能 试验还是获取风机性能数据的主要途径。 随着我国 经济与科技水平的发展与提高， 实际生产中， 对风机的功率、 流量、 效率、噪声等性能指标的要求也 更为严格。 风机生 产部门在不断改进风机结构、 气动 性能以 及加工工艺的同时， 也加大了 对风机性能测试的 重视程度。 因为 风机 的 性能 测试，无论对于成品检验还是对于新产品的开 发来a ，都是至关重要的。 特别是 对于大型、 特型风机以 及小 批量、 单件风机来说， 风机的性能测试更是不 可少的环节。 西 北 t 业 大 学 硕 十 论 文 此外， 风机的使用部门在风机长期的运行过程中， 也需要对风机的性能状态 实施在线监测。 而对风机的性能监测的实施则是建立在风机性能测试方法基础之 上的， 可以说， 对风机的状态监测就是在风 机设计性能 状况已 知的前提下， 对风 机进行的 连续或者阶段性的性能测试。 在测得风机当前 运行状态的同时， 将风机 当前状态与对应的设计性能状态对比，以 检验风机是否处于正常工作状态。 风机生产部门对成品风机 以及新开发风机进行测试的主要 目的， 是通过相应 的风机性能试验和性能对比 校核来检验风机是否 达到了设计要求。 而风机的使用 部门对风机的监测也是通过相应的风机性能试验和性能对比校核来判断风机是 否工作在设计状态。由此可见， 风机性能试验和性能对比校核在风机生产与使用 的整个过程中都扮演着极为重要的角色。 风机， 特别是在冶金， 化工等工 业部门服役的大型风机， 往往是生产链中的 关键设备。而这些在役风机很多是从国外引进的， 而且年代久远。 然而， 实际生 产中对风机自 动化程度以及风机性能的要 求的不断提高， 对这些在役风机进行技 术改造以提高其运行、 管理的自 动化程度或性能， 则是目前最为经济可行的途径。 但问题在于， 很多 企业不具备这些在役风机的完整的性能 数据， 而且当 风机改造 后，风机性能又会有或多或少的改变。因此，如何在这种不确定的状态下，对风 机性能进行准确、 可信测试， 是十分值得 探讨的问题。 而在实践中， 对风机进 行 状态预测， 特别是对喘振边界进行准确预测可以比较好的解决这一问题， 能够实 现在无准确依据的条件下，对风机性能进行准确、可信的测试。 3风机性能测试的历史与现状 风机性能测试是一项比较复杂且技术性很强的工作。 根据测试中使用的仪器 仪表和自 动化程度的差异，大体可分为3 个阶段 2 9 3 4 3 6 3 7 . 第一阶段:7 0年代及以前，采用全分立仪表，手工处理数据、描点绘图阶 段。 使 用的仪器仪表包括: 机械风表、 毕托管、 压差计、 空盒气压计、 温湿度计、 机械式转速表、 功率表等。 测试时需多部门较多人员( 5 -6 组) 配合a能 进行， 组 织工作较为困难。 且用分立式仪表测量， 指挥协调困难， 既存在人为的读数视差， 也存在各组之间的读数时差。 其测试结果往往难以反映风机的真实性能，且 测试 中的问题要到后期数据整理时刁能发现，已很难补救。 西 北 t 业 大 学 硕 十 论 文 此外， 风机的使用部门在风机长期的运行过程中， 也需要对风机的性能状态 实施在线监测。 而对风机的性能监测的实施则是建立在风机性能测试方法基础之 上的， 可以说， 对风机的状态监测就是在风 机设计性能 状况已 知的前提下， 对风 机进行的 连续或者阶段性的性能测试。 在测得风机当前 运行状态的同时， 将风机 当前状态与对应的设计性能状态对比，以 检验风机是否处于正常工作状态。 风机生产部门对成品风机 以及新开发风机进行测试的主要 目的， 是通过相应 的风机性能试验和性能对比 校核来检验风机是否 达到了设计要求。 而风机的使用 部门对风机的监测也是通过相应的风机性能试验和性能对比校核来判断风机是 否工作在设计状态。由此可见， 风机性能试验和性能对比校核在风机生产与使用 的整个过程中都扮演着极为重要的角色。 风机， 特别是在冶金， 化工等工 业部门服役的大型风机， 往往是生产链中的 关键设备。而这些在役风机很多是从国外引进的， 而且年代久远。 然而， 实际生 产中对风机自 动化程度以及风机性能的要 求的不断提高， 对这些在役风机进行技 术改造以提高其运行、 管理的自 动化程度或性能， 则是目前最为经济可行的途径。 但问题在于， 很多 企业不具备这些在役风机的完整的性能 数据， 而且当 风机改造 后，风机性能又会有或多或少的改变。因此，如何在这种不确定的状态下，对风 机性能进行准确、 可信测试， 是十分值得 探讨的问题。 而在实践中， 对风机进 行 状态预测， 特别是对喘振边界进行准确预测可以比较好的解决这一问题， 能够实 现在无准确依据的条件下，对风机性能进行准确、可信的测试。 3风机性能测试的历史与现状 风机性能测试是一项比较复杂且技术性很强的工作。 根据测试中使用的仪器 仪表和自 动化程度的差异，大体可分为3 个阶段 2 9 3 4 3 6 3 7 . 第一阶段:7 0年代及以前，采用全分立仪表，手工处理数据、描点绘图阶 段。 使 用的仪器仪表包括: 机械风表、 毕托管、 压差计、 空盒气压计、 温湿度计、 机械式转速表、 功率表等。 测试时需多部门较多人员( 5 -6 组) 配合a能 进行， 组 织工作较为困难。 且用分立式仪表测量， 指挥协调困难， 既存在人为的读数视差， 也存在各组之间的读数时差。 其测试结果往往难以反映风机的真实性能，且 测试 中的问题要到后期数据整理时刁能发现，已很难补救。 西北工业大学硕士论文 第二阶段:8 0年代，部分仪表实现自 动化。比较典型的 产品有南京某厂生 产的d f - x 型 9 头风速仪，通过布置在风道中的9 只风速表，能自 动采集风流 速度并实时打印出来。 另外， 如中国 矿业大学和淮南工业学院 等研制的产品 能自 动采集风速和负 压等部分参数， 其它参数由人工测量。 这就减少了 工作量， 提高 了 测试工作的自 动化水平， 且己实 现了人工输入数据的 计算机数据、 曲线图形后 期处理。 第三阶段:9 0年代以来，随着计算机技术与电子技术的发展及其在风机行 业的应用，风机的性能测试逐步走向自 动化、电子化。测试系统的操作平台也从 d o s 系统逐步发展到wi n d o ws 平台， 使得测试系统的操作性和可维护性 有了 很大的 提高、 功能上有了相当大的扩展。 目前， 一些基于微型计算机的风机性能测试系统相继投入应用， 例如西安交 通大学流体机械研究所开发的通风机性能测试系统; 华中 科技大学动力工 程系研 制开发的计算机辅助通风机性能试验系统; 河北农业大学 推出的风机性能 试验自 动测试系 统等。 但是这些系统尚 不能完全满足风 机性能测试需要， 特别是大型离 心、 轴流式鼓风机和压缩机性能测试的需要， 其主要问 题在于: ( i ) 测试对象的局限性。 目 前大多 数的风机性能测试系统主要针对工业通 风机设计， 而不适用于大型离心、 轴流式 鼓风机和压缩机。 由于 鼓风机和压缩机 不但结构复杂、 种类众多， 而且通常体积庞大、 功率巨 大， 比 较集中应用在重型 的工业企业之中。 因而性能试验所需的试 验装置与试验条件等 硬件条件就受到了 限制， 除鼓风机和压缩机的生产厂家和用户之外， 一般的科研机构都不具 备这些 硬件条件。加之测试参数、 参数测 量方法各异。测试数据的处理过程相对复杂。 这些因素的存在不可避免地滞后了针对于大型鼓风机和压缩机性能测试系统的 研制开发工作。 ( 2 ) 功能不完善。目 前的基于微型计 算机的风机性能测试系统基本上都具 备了诸如数据的自 动采集、 计算处理1 图形显示、 结果打印输出等功能， 但往往 缺乏应对测试过程中 应对异常情况的能力。 山 于实际风机性能 测试过程中， 可能 存在着各种异常情况， 诸如: 无法测得某些参数， 某些重要参数错误， 测试过程 中断等等。 如何应对这些异常情况， 保证测试工作 顺利进行， 是风机性能测试系 统开发过程中应该特别重视的问题。 两i l 工业大学硕 is 论文 ( 3 ) 测试数据精度无法保证。 风 机性能测试过程中， 测试数据会受到 各种 因 素的干 扰， 如大功率设备启停， 开关的闭合、 断开，电 压的波动等。 这些干扰 可能对测 试的精度产生极不利的影响。 但是现有的风机性能测试系统还没有在这 方面给予足够重视。 ( 4 ) 测试参数不全以 及固定1 单一的 参数 对应方式。要获取完整的风机性 能特性， 就必须以完整的参数数据作保证。 而 现有的测试系统大多只针对于风机 的某些特性进行测试， 不能得到完整的风机性能特性。 此外， 参数与测 试通道的 关系往往是固定的一对一关系， 而在实际测试中， 根据测试的需要变换测试通道 或者使用几个通道同时 测取一个参数是很 常见，也是很必要的。 ( 5 ) 测试系统的 通用性较差。 己 有的测 试系统往往针对于 某些风机实 施性 能 测试。 此外， 测试系统的硬件系统、 软件结构和功能、 性能测试方法也不具备 很好的通用性，从而限制了测试系统的发展与应用。 4本文的主 要工作及背景 本文作者多次与风机生产厂家和风机用户合作， 开发针对于大型离心、 轴流 式鼓风机和压缩机性能测试系统，使得本文的工作具备坚实的理论与实践基础。 陕西鼓风机( 集团) 有限公司 测试中心.是我国 透平机械行业最大的测试中 心。 陕鼓测试中心原来装备有陕鼓技术人员自主开发的基于d o s 系统的风机性能 测试。 该系统可以 完成包括风机热力 性能测试， 机械性能测试， 动力 ( 启动) 性 能测试。然而由于测试系统基于 d o s系统开发，测试系统可操作性、可维护性 很差。软件功能开发受到很大限制，而且不容易进一步扩展。因此，陕西鼓风机 集团) 有限公司委托西北工业大学、 柏林z业大学旋转机械状态与风能装置测控 研究 所， 开发基于w 工 n d o w s 系统的风机 性能测试系统。 本文正是在这种背景下开 展研究、开发工作。在此项 目驱动和支持下，本文主要针对大型离心、轴流式鼓 风机 和压缩机性能 测试系统开展研究。 根据离心、 轴流式鼓风机和压缩机 相关理 论以 及其性能测试方法， 结合具体工程实际需要， 开发具有测试准确、 通 用及工 程实用的离心、 轴流式鼓风机和压缩机 性能测试系统， 同时解决工 程实施过程中 的 一些技术难题。 离心、 轴流式鼓风机和压缩机性能测 试系统研制完成后， 通过 了陕西鼓风机 ( 集团) 有限公司多家部门的联合验收， 并己经在陕鼓测试中心投入 两i l 工业大学硕 is 论文 ( 3 ) 测试数据精度无法保证。 风 机性能测试过程中， 测试数据会受到 各种 因 素的干 扰， 如大功率设备启停， 开关的闭合、 断开，电 压的波动等。 这些干扰 可能对测 试的精度产生极不利的影响。 但是现有的风机性能测试系统还没有在这 方面给予足够重视。 ( 4 ) 测试参数不全以 及固定1 单一的 参数 对应方式。要获取完整的风机性 能特性， 就必须以完整的参数数据作保证。 而 现有的测试系统大多只针对于风机 的某些特性进行测试， 不能得到完整的风机性能特性。 此外， 参数与测 试通道的 关系往往是固定的一对一关系， 而在实际测试中， 根据测试的需要变换测试通道 或者使用几个通道同时 测取一个参数是很 常见，也是很必要的。 ( 5 ) 测试系统的 通用性较差。 己 有的测 试系统往往针对于 某些风机实 施性 能 测试。 此外， 测试系统的硬件系统、 软件结构和功能、 性能测试方法也不具备 很好的通用性，从而限制了测试系统的发展与应用。 4本文的主 要工作及背景 本文作者多次与风机生产厂家和风机用户合作， 开发针对于大型离心、 轴流 式鼓风机和压缩机性能测试系统，使得本文的工作具备坚实的理论与实践基础。 陕西鼓风机( 集团) 有限公司 测试中心.是我国 透平机械行业最大的测试中 心。 陕鼓测试中心原来装备有陕鼓技术人员自主开发的基于d o s 系统的风机性能 测试。 该系统可以 完成包括风机热力 性能测试， 机械性能测试， 动力 ( 启动) 性 能测试。然而由于测试系统基于 d o s系统开发，测试系统可操作性、可维护性 很差。软件功能开发受到很大限制，而且不容易进一步扩展。因此，陕西鼓风机 集团) 有限公司委托西北工业大学、 柏林z业大学旋转机械状态与风能装置测控 研究 所， 开发基于w 工 n d o w s 系统的风机 性能测试系统。 本文正是在这种背景下开 展研究、开发工作。在此项 目驱动和支持下，本文主要针对大型离心、轴流式鼓 风机 和压缩机性能 测试系统开展研究。 根据离心、 轴流式鼓风机和压缩机 相关理 论以 及其性能测试方法， 结合具体工程实际需要， 开发具有测试准确、 通 用及工 程实用的离心、 轴流式鼓风机和压缩机 性能测试系统， 同时解决工 程实施过程中 的 一些技术难题。 离心、 轴流式鼓风机和压缩机性能测 试系统研制完成后， 通过 了陕西鼓风机 ( 集团) 有限公司多家部门的联合验收， 并己经在陕鼓测试中心投入 西北 工业 大学 硕 士 : 论 文 使用。 包钢( 集团) 公司热电厂 5 #, 6 #高炉风机都是从国外引进的，而且年代久 远。 包钢( 集团 ) 公司热电 厂拟对其进行技术改造， 以改善风机的 性能状况、 提高 控制系统的自 动化程度。 为满足包钢( 集团 ) 公司热电 厂 5 #, 6 #高炉风机技术改造中的鼓风机性能 曲线现场测定的需要， 本文在离心、 轴流式鼓风机和压缩机性能a 试系统的 基础 上，开发出 风机性能曲 线现场实测系统， 并建立了 风机喘振边界预测的 新方法， 拓展了离心、轴流式鼓风机和压缩机性能测试系统的应用范围。 本文的主要内容如下: 第一章 引 论。简要介绍风机性能测试的目 的、 意义、现状和存在的问 题。 第二章 离 心、轴流式鼓风机和压缩机性能 状态的描述和测试、评估方法。 简要介绍离心、 轴流式鼓风机和压 缩机性能状态的主要描述量和测量方法以 及目 前风机性能状态主要的评估方法。 第三章 测试系统总体设计。着重介绍离心、 轴流式鼓风机和压 缩机性能测 试的 试验装置、 试验方法、 测试结果的处理方法， 并介绍喘振边界预测的 方法。 确立出完整、 通用的鼓风机和压缩机性能测试方法， 并将其中各个环节融入测试 系统的设计。 第四章 测试软件系统设计和实现。重点介绍鼓风机和压缩机性能测试软件 系统的设计， 包括功能设计， 结构体系设计， 高度精度和可靠性设计， 软、 硬件 的通讯实现以及主要硬件介绍。 第五章 应用实例和效果。简要介绍鼓风机和压缩机性能测试系统在具体工 程实际中的应用和应用效果。 第六章 风机性能曲 线现场实测系统。 简要介绍风机性能曲 线现 场实测系 统 的设计和应用。 第七章 结论和展望。 为了简明起见， 在正文中， 除了 主要标题外， 一般将离心、 轴流式鼓风机和 压缩机简称为压缩机。， 两北t业人学硕 卜 论文 第2 章 鼓风机和压缩机性能状态的描述和测量、评估方法 2 . 1鼓风机和压缩机性能状态的描述 鼓风机和压缩机的性能状态可由它们的一些基本的参量来描述表征， 这些基 本参量往往从某些角度反映出鼓风机和压缩机性能特征， 因而这些基本参量是鼓 风机和压缩机性能测试、监测、 评估的 基础 3 4 5 0 2 . 1 . 1流量 流量是压缩机的主要性能参数值之一， 它表征了机组在单位时间内生产压缩 气 体的 能 力。 流 量 可以 采 用 质 量单 位， 称为 质 量流 量， 以 符 号q ， 表示 ; 也 可以 采用体积单位， 称为体积流量，以 符号4 、 表示， 两者关系为 q v =p q m ( 2 . 1 ) 式中，p 一气体密度，k g / m 3 o 一般来说， 压缩机的流量值指压缩机排出 的流量。 如果存在泄漏 ( 可能从轴 端密封漏出或漏入) 或者冷凝析出， 则压缩机进出口 法兰处的流量就不等。 以 质 量流量为例，两者关系为 q . , = 宁 . ; + y- a q n,., + 艺 a q . .,a ( 2 .2 ) 式中 :叽 ， 一 进 气口 质 量 流量 ，地 加 iin ; 叽 ， 一出 气口 质 量 流 量，k g / m in ; a q , : 一泄 漏 损失 质 量 流量 ，k g /m in ; a q , ,.j 一冷 凝 损失 质 量 流 量，k g /m in e 在工业压缩机实测中，由于泄漏或冷凝析出的质量流量很小， 加之准确测量 的难度很大，一般情况下都对这部分流量损失不予考虑。 西北工业大学b 9 :卜 论文 2 . 1 . 2功率 功率是表征压缩机性能的 重要指标之一。 对于压 缩机的功率， 主要从如下几 个方面描述 3 4 5 0 1 ) 气体功率尸 9 , j p i 呱 6x1 0 ( 2 .3 ) 式中 : 9 ,， 一 进口 容 积 流 量，耐/ m in ; p ， 一 进口 气 体密 度， k g / m ; ; w 一l匕 压 缩 功 ， k w , 。二 了 帅。 2 ) 散 热损 失 功 率凡 指由 机壳外表面积与出口 测温点 到机壳出口 法兰一段管路外表面积之和， 传 到周围大气的热损失功率，表示为 p 一 - s . (t , 。 一 ，j 1 0 0 0 ( 2 .4 ) 式 中 :t, 。 一 机壳 外 表 面上 的 平 均 温 度，k ; t。 一大 气温 度， 通 常当 只 0 . 0 2 p 。 时 ， 取 值: 。 二 1 4 w i m - k o 3 )泄 漏 损失 功 率只 指轴端迷宫密封所引起的损失功率，表示为 p , 一 y- a9., a h , / (6 x 1 0 ) ( 2 . 5 ) 式中:a q . : 一 轴端泄漏质量流量，k g / m i n ; 气 一 压 缩 机出 口 烙h : 和轴 端密 封 前 漏 入 气 体的 焙 之差 ，k i/ m o d k 4 ) 内 功率p 气 体 总 功， 散 热 损失 功 率月与 泄 漏损 失 功 率p , 之 和， 即 : p p ,。 二一 十 p + p , n ( 2 . 6 ) 西北工业人学硕 i_ 论文 5 )机 械 损失 功 率p , 轴承、密封以及传动装置摩擦所引起的损失功率，计算公式为 界一 y- 9 _ u c ,x;j a t 1 (6 x 1 0 勺( 2 .7 ) 式中:r ,、 一冷却油质量流量，k g l m t n ; 称， 一 冷 却油 等 压比 热，j / 沁k ) ; a t , ， 一 冷却油温差，ke 6 ) 轴功率p , 压缩机联轴器或传动齿轮联轴器处输入的功率，等于内 功率p , 与机械损失 功 率p , 之 和 ，即 p , = p , 十 p t ( 2 . 8 ) 2 . 1 . 3效率 压缩机效率是压缩机经济性能的 重要指标， 几个方面衡量 3 l 4 5 l 1 ) 内效率n . 内 效率 r1. ) r 气 体 功 率p与 内 功率p . 的比 值 ， 对于压缩机的效率， 主要从以下 ( 2 . 9 ) 2 ) 有效效率0 ,. 有效效率0 。 为 气体功率p与轴功率p , 的比 值，即 77 一 万 ( 2 . 1 0 ) 2 . 1 . 4压力 出口 压力、压升和压比 也是压缩机重要的性能指标 3 4 5 a 西北工业人学硕 i_ 论文 5 )机 械 损失 功 率p , 轴承、密封以及传动装置摩擦所引起的损失功率，计算公式为 界一 y- 9 _ u c ,x;j a t 1 (6 x 1 0 勺( 2 .7 ) 式中:r ,、 一冷却油质量流量，k g l m t n ; 称， 一 冷 却油 等 压比 热，j / 沁k ) ; a t , ， 一 冷却油温差，ke 6 ) 轴功率p , 压缩机联轴器或传动齿轮联轴器处输入的功率，等于内 功率p , 与机械损失 功 率p , 之 和 ，即 p , = p , 十 p t ( 2 . 8 ) 2 . 1 . 3效率 压缩机效率是压缩机经济性能的 重要指标， 几个方面衡量 3 l 4 5 l 1 ) 内效率n . 内 效率 r1. ) r 气 体 功 率p与 内 功率p . 的比 值 ， 对于压缩机的效率， 主要从以下 ( 2 . 9 ) 2 ) 有效效率0 ,. 有效效率0 。 为 气体功率p与轴功率p , 的比 值，即 77 一 万 ( 2 . 1 0 ) 2 . 1 . 4压力 出口 压力、压升和压比 也是压缩机重要的性能指标 3 4 5 a 西北工业人学硕 i_ 论文 5 )机 械 损失 功 率p , 轴承、密封以及传动装置摩擦所引起的损失功率，计算公式为 界一 y- 9 _ u c ,x;j a t 1 (6 x 1 0 勺( 2 .7 ) 式中:r ,、 一冷却油质量流量，k g l m t n ; 称， 一 冷 却油 等 压比 热，j / 沁k ) ; a t , ， 一 冷却油温差，ke 6 ) 轴功率p , 压缩机联轴器或传动齿轮联轴器处输入的功率，等于内 功率p , 与机械损失 功 率p , 之 和 ，即 p , = p , 十 p t ( 2 . 8 ) 2 . 1 . 3效率 压缩机效率是压缩机经济性能的 重要指标， 几个方面衡量 3 l 4 5 l 1 ) 内效率n . 内 效率 r1. ) r 气 体 功 率p与 内 功率p . 的比 值 ， 对于压缩机的效率， 主要从以下 ( 2 . 9 ) 2 ) 有效效率0 ,. 有效效率0 。 为 气体功率p与轴功率p , 的比 值，即 77 一 万 ( 2 . 1 0 ) 2 . 1 . 4压力 出口 压力、压升和压比 也是压缩机重要的性能指标 3 4 5 a 西北工业大学硕十论文 出口 压力p ， 指出 口 绝 对 全 压， 进口 压 力p ， 指 进口 绝 对 全 压。 压 升如为出口 压 力p 2 与 进口 压 力p ， 之差 ， 表 示 为 a p=p2 一 a( 2 . 1 1 ) 压比。 为出口 压力p 2 与进口 压力p ， 的比 值， 表示为 二 = 尸 : / 尸 ，( 2 . 1 2 ) 2 . 1 . 5温度 温度是表征气体状态和压缩机性能状态的基本参数，无论是压缩机性能 试 验， 还是为了确保压缩机安全运行， 都必须监测相应的 温度参数， 如进、 出口 温 度及大气温度、油温、 冷却水温、 轴承温度等 1 5 1 . 2 . 1 . 6振动 压缩机工作性能 和各部件性能 状态的很多信息可以 从振动信号中反映出 来， 因而振动信号尤其是轴振动和轴位移是 压缩机性能状态的重要表征参数。 振动信号主要以三种基本参数来表征: 1 ) 振幅 用以指示出机器振动的烈度和能量水平。 2 ) 振动频率 用以 深入探索构成机器激振力的来源， 判断激振力对机器特性 的影响程度。 3 ) 振动相位角 用以确定所观察的 机器零部 件之间相对运动范围， 即 激励与 响应之间在时间或空间上的相差， 通过相位测量， 可以了解机器振动时的阻尼特 性、共振区域及其相应模式。 压缩机运转状态的好坏大多数情况下是可以根据振幅大小来判别的; 而振动 信号的频率及相位角则在压缩机故障诊断中有着广泛的应用。 2 . 1 . 7噪声 压缩机的噪声是重要的性能特征参数。 对于不同类型的压缩机， 它都有一个 对应的正常噪声范围。 而且 . ， 压缩机性能状态 信息以及故障信息，也 能在噪声信 西北工业大学硕十论文 出口 压力p ， 指出 口 绝 对 全 压， 进口 压 力p ， 指 进口 绝 对 全 压。 压 升如为出口 压 力p 2 与 进口 压 力p ， 之差 ， 表 示 为 a p=p2 一 a( 2 . 1 1 ) 压比。 为出口 压力p 2 与进口 压力p ， 的比 值， 表示为 二 = 尸 : / 尸 ，( 2 . 1 2 ) 2 . 1 . 5温度 温度是表征气体状态和压缩机性能状态的基本参数，无论是压缩机性能 试 验， 还是为了确保压缩机安全运行， 都必须监测相应的 温度参数， 如进、 出口 温 度及大气温度、油温、 冷却水温、 轴承温度等 1 5 1 . 2 . 1 . 6振动 压缩机工作性能 和各部件性能 状态的很多信息可以 从振动信号中反映出 来， 因而振动信号尤其是轴振动和轴位移是 压缩机性能状态的重要表征参数。 振动信号主要以三种基本参数来表征: 1 ) 振幅 用以指示出机器振动的烈度和能量水平。 2 ) 振动频率 用以 深入探索构成机器激振力的来源， 判断激振力对机器特性 的影响程度。 3 ) 振动相位角 用以确定所观察的 机器零部 件之间相对运动范围， 即 激励与 响应之间在时间或空间上的相差， 通过相位测量， 可以了解机器振动时的阻尼特 性、共振区域及其相应模式。 压缩机运转状态的好坏大多数情况下是可以根据振幅大小来判别的; 而振动 信号的频率及相位角则在压缩机故障诊断中有着广泛的应用。 2 . 1 . 7噪声 压缩机的噪声是重要的性能特征参数。 对于不同类型的压缩机， 它都有一个 对应的正常噪声范围。 而且 . ， 压缩机性能状态 信息以及故障信息，也 能在噪声信 西北工业大学硕十论文 出口 压力p ， 指出 口 绝 对 全 压， 进口 压 力p ， 指 进口 绝 对 全 压。 压 升如为出口 压 力p 2 与 进口 压 力p ， 之差 ， 表 示 为 a p=p2 一 a( 2 . 1 1 ) 压比。 为出口 压力p 2 与进口 压力p ， 的比 值， 表示为 二 = 尸 : / 尸 ，( 2 . 1 2 ) 2 . 1 . 5温度 温度是表征气体状态和压缩机性能状态的基本参数，无论是压缩机性能 试 验， 还是为了确保压缩机安全运行， 都必须监测相应的 温度参数， 如进、 出口 温 度及大气温度、油温、 冷却水温、 轴承温度等 1 5 1 . 2 . 1 . 6振动 压缩机工作性能 和各部件性能 状态的很多信息可以 从振动信号中反映出 来， 因而振动信号尤其是轴振动和轴位移是 压缩机性能状态的重要表征参数。 振动信号主要以三种基本参数来表征: 1 ) 振幅 用以指示出机器振动的烈度和能量水平。 2 ) 振动频率 用以 深入探索构成机器激振力的来源， 判断激振力对机器特性 的影响程度。 3 ) 振动相位角 用以确定所观察的 机器零部 件之间相对运动范围， 即 激励与 响应之间在时间或空间上的相差， 通过相位测量， 可以了解机器振动时的阻尼特 性、共振区域及其相应模式。 压缩机运转状态的好坏大多数情况下是可以根据振幅大小来判别的; 而振动 信号的频率及相位角则在压缩机故障诊断中有着广泛的应用。 2 . 1 . 7噪声 压缩机的噪声是重要的性能特征参数。 对于不同类型的压缩机， 它都有一个 对应的正常噪声范围。 而且 . ， 压缩机性能状态 信息以及故障信息，也 能在噪声信 西北工业大学硕 卜 论文 号中得到体现【 1 0 噪声的基本概念 声压是指声波引起的介质压力的波动量， 它是声波传播时的瞬时压强与大气 压 ( 平衡压力)之差值。声压的单位为帕( p a ) o 声强是指在某点垂直于声音传播方向的单位面积上，单位时间通过的声能 里 0 声功率指声源在单位时间内辐射的总能量。 噪声的评定 在噪声测量中， 为了能够较方便的对声音作出人们所感受的主观评定， 提出 了 “ 声级”或 “ 噪声级”，也叫 “ 计权声级”的概念。它是按特定的计权网络计 权而得到的总声压级，计权方法是模拟人耳对声音频率的响应特性而确定的。 常 用的主要有 a , b , c 三种计权网 络， 图1 表示出了国 际标准化组织对于这三种 计权网络频响特性的规定。 书 岁尹拼 l口才二口 i y 州 .尸 一 / 7 ， ，. 卫和g互 飞 8/叼 lr -一 - p .a l 丫巨 孩取 (赫 ) 图 1计权网络频响特性 a 计 权声级是 模拟人耳对 5 5 d b以 下低强度噪声的频率特性: b 计权声 级是 模 拟 5 5 d b 到8 5 d b 的中等强度噪声的频率特性; c 计权声级是模拟高强 度噪声的 频率特性。其中最常用的是 a计权网络。 计权网络是一种特殊滤波器，当含有各 西北工业人学硕 卜 论文 种频率成分通过时，它对不同 频率成分的衰减是不一样的。 a , b , c 计 权网络的 主要差别是在于对低频成分的衰减程度不同，a衰减最多，b其次，c最少。多 数噪声经a 计权网 络滤波后，与 人耳的感觉有较好的 相关性。 经计权网络后测得的声压级称为声级，并按不同计权网络分别称为 a声级 ( l a ) ， b 声级 ( l b ) 和c 声级( l c ) ， 其单位也分别称为 d b ( a ) , d b ( b ) , d b ( c ) a 经计权网络测得的声强级， 声功率级也需特别注明， 如 a 声强级， a 声功率级等。 目前，压缩机的噪声等级采用 a声级来评定。 3 .压缩机的非稳定工况 1 1 呱 几6 图 2典型的压缩机特性图 在压缩机特性图上 ( 图 2 ) ， 有一条不稳定工作边界。不稳定工作边界也被 称为 喘振边界或者失速极限边界线。 压缩机是不允许 在不稳定工作边界的 左方工 作的， 它会导致压缩机性能急剧恶化并 造成压缩机叶片振动断裂等严重故障。 压 缩机 非稳定工况可以 分