储运泵与压缩机第二章离心压缩机

1、泵和压缩机泵和压缩机1第二章第二章 离心压缩机离心压缩机泵和压缩机泵和压缩机2第二章第二章 离心压缩机离心压缩机 离心压缩机和轴流式压缩机等习惯称为风机，分压缩离心压缩机和轴流式压缩机等习惯称为风机，分压缩机、鼓风机和通风机。机、鼓风机和通风机。按排出压力分类按排出压力分类 0.015 0.015MPa MPa 通风机通风机 0.015 0.015MPaMPa（0.30.3MPa-0.35MPaMPa-0.35MPa）鼓风机）鼓风机 （0.30.3MPaMPa0.35MPa0.35MPa） 压缩机压缩机离心压缩机离心压缩机: :速度式透平机械。速度式透平机械。 早期：低中压、大气量。早期：低中

2、压、大气量。 现在：可用于高压（现在：可用于高压（20020010105 5PaPa）较小的流量。）较小的流量。概述概述泵和压缩机泵和压缩机3第二章第二章 离心压缩机离心压缩机泵和压缩机泵和压缩机4第二章第二章 离心压缩机离心压缩机催化装置催化装置主风机主风机泵和压缩机泵和压缩机5第二章第二章 离心压缩机离心压缩机泵和压缩机泵和压缩机6第二章第二章 离心压缩机离心压缩机泵和压缩机泵和压缩机7第二章第二章 离心压缩机离心压缩机泵和压缩机泵和压缩机8第二章第二章 离心压缩机离心压缩机泵和压缩机泵和压缩机9呼尔浩特炼油厂呼尔浩特炼油厂 MCl524空气压缩机空气压缩机泵和压缩机泵和压缩机10昆明解放

3、军化肥厂昆明解放军化肥厂 氮气压缩机氮气压缩机2MCL455+2MCL406 泵和压缩机泵和压缩机11天津乙烯厂氧气压缩机天津乙烯厂氧气压缩机泵和压缩机泵和压缩机12北京燕山石化北京燕山石化 2MCL600富气压缩机富气压缩机泵和压缩机泵和压缩机13齐鲁石化公司烯烃厂制冷压缩机齐鲁石化公司烯烃厂制冷压缩机泵和压缩机泵和压缩机14l 提高了提高了转速转速，大都在，大都在10000rpm10000rpm以上，同时解决了以上，同时解决了 高速度轴承及其动平衡问题。高速度轴承及其动平衡问题。l 浮环密封结构，解决了高压下的轴端浮环密封结构，解决了高压下的轴端密封密封l 筒型及双层壳解决了筒型及双层壳解

4、决了强度强度问题和机体密封。问题和机体密封。l 电火花电火花加工加工使小流量下窄流到叶轮的加工得到解决使小流量下窄流到叶轮的加工得到解决。 第二章第二章 离心压缩机离心压缩机泵和压缩机泵和压缩机15第一节第一节 离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理泵和压缩机泵和压缩机16第一节第一节 离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理泵和压缩机泵和压缩机17一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件泵和压缩机泵和压缩机18一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件叶轮叶轮扩压器扩压器弯道弯道回流器回流器密封装置密封装置出口蜗壳出口蜗

5、壳吸气室吸气室泵和压缩机泵和压缩机19主要过流部件：主要过流部件：其他部件：轴承、平衡盘、密封等。其他部件：轴承、平衡盘、密封等。 叶叶 轮：轮：唯一做工部件，增加气体能量唯一做工部件，增加气体能量； 扩压器：扩压器：主要转能装置（泵中蜗壳或导叶）速度能转换为主要转能装置（泵中蜗壳或导叶）速度能转换为 压力能压力能 弯弯 道道：在扩压器后使离心流动变为向心流动，引入下一级在扩压器后使离心流动变为向心流动，引入下一级 回流器：回流器：使气流以一定方向均匀流入下一级叶轮入口，使气流以一定方向均匀流入下一级叶轮入口， 一般都装有导向叶片。一般都装有导向叶片。 吸气室：吸气室：将进气管中气体均匀导入叶

6、轮。将进气管中气体均匀导入叶轮。 蜗蜗 壳：壳：收集气体，引出；降速扩压作用。收集气体，引出；降速扩压作用。一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件泵和压缩机泵和压缩机20一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件级：一个叶轮及其动静部件级：一个叶轮及其动静部件缸：一套缸体及一根轴，缸：一套缸体及一根轴，若若干级装在一个机壳中构成一个干级装在一个机壳中构成一个缸。缸。段：一对入口和出口段：一对入口和出口, ,冷却或冷却或工艺要求，工艺要求，若干级后将气体引若干级后将气体引出进行冷却，此若干级称一段，出进行冷却，此若干级称一段，一汽缸中可以有几段。一汽缸中可以有几段。泵和压缩机泵和

7、压缩机21一、离心压缩机的主要构件一、离心压缩机的主要构件静子部件：机壳、吸入室、排气蜗壳、密封等静子部件：机壳、吸入室、排气蜗壳、密封等转子部件：叶轮、轴承、推力盘等转子部件：叶轮、轴承、推力盘等级的典型结构级的典型结构:中间级、首级、末级中间级、首级、末级主要部件：叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗主要部件：叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗壳等壳等中间级：叶轮、扩压器、弯道、回流器等中间级：叶轮、扩压器、弯道、回流器等首级：增加吸气室首级：增加吸气室末级：无弯道、无回流器、增加蜗壳末级：无弯道、无回流器、增加蜗壳泵和压缩机泵和压缩机22级级：吸气室、吸气室、叶轮叶轮CC、PP、T

8、T，扩压器扩压器 CC、PP，弯道弯道回流器（向心流）回流器（向心流）二、基本工作原理二、基本工作原理离心压缩机工作离心压缩机工作原理与离心泵相原理与离心泵相同，区别在于气同，区别在于气体介质的可压缩体介质的可压缩泵和压缩机泵和压缩机23二、基本工作原理二、基本工作原理截截 面位置面位置速度速度C压力压力P温度温度TS-S吸气室进口法兰吸气室进口法兰o-o叶轮进口叶轮进口变化小变化小泵和压缩机泵和压缩机24二、基本工作原理二、基本工作原理泵和压缩机泵和压缩机25二、基本工作原理二、基本工作原理泵和压缩机泵和压缩机26三、离心压缩机的主要优缺点三、离心压缩机的主要优缺点优点：优点： 排量大：油田

9、输气、合成气压缩机。排量大：油田输气、合成气压缩机。 结构紧凑：尺寸小、占地小。结构紧凑：尺寸小、占地小。 运转可靠：平稳、可损件少、维修方便、单机运行。运转可靠：平稳、可损件少、维修方便、单机运行。 气体无油：有利化学反应。气体无油：有利化学反应。 转速较高：气轮机燃气轮机驱动，充分利用热能。转速较高：气轮机燃气轮机驱动，充分利用热能。 缺点：缺点： 不适于气量大小、压力比不能过高。不适于气量大小、压力比不能过高。 效率低于往复压缩机。效率低于往复压缩机。 稳定工况压较窄。稳定工况压较窄。 泵和压缩机泵和压缩机27三、离心压缩机的主要优缺点三、离心压缩机的主要优缺点泵和压缩机泵和压缩机28离

10、心压缩机与往复活塞压缩机相比，有何特点？离心压缩机与往复活塞压缩机相比，有何特点？泵和压缩机泵和压缩机29第一节第一节 离心压缩机的主要构件及基本工作原理离心压缩机的主要构件及基本工作原理本节完本节完泵和压缩机泵和压缩机30第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程泵和压缩机泵和压缩机31第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程泵和压缩机泵和压缩机32第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程泵和压缩机泵和压缩机33第二节第二节 气体在级中流动的概念及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程 气体在

11、级中流动类似于泵叶轮中流动，气体在级中流动类似于泵叶轮中流动， 有圆周速度有圆周速度u u、相对速度、相对速度w w、绝对速度、绝对速度c c。 气体与液体不同气体与液体不同 常温常压下密度差别很大：常温常压下密度差别很大： 水水1000kg/m3，空气，空气1.293 kg/m3。 通过叶轮获得同样能头通过叶轮获得同样能头H，但压差，但压差P=gh差别很大。差别很大。 气体可以压缩：气体可以压缩：P 的同时的同时V、T 高速状态下（由于高速状态下（由于小，提高压力必使小，提高压力必使H大，大，u2必须必须 大）流动较复杂大）流动较复杂泵和压缩机泵和压缩机34第二节第二节 气体在级中流动的概念

12、及基本方程气体在级中流动的概念及基本方程 欧拉方程、伯努力方程欧拉方程、伯努力方程分析流动分析流动 热力学基本方程热力学基本方程分析状态参数变化及对流动的影响分析状态参数变化及对流动的影响 压缩机中气体流动实为三元非定常流动，有粘性、压缩压缩机中气体流动实为三元非定常流动，有粘性、压缩性，情况复杂。性，情况复杂。 工程上常可简化为一元定常流动进行分析处理工程上常可简化为一元定常流动进行分析处理即进即进气状态、排气状态、气状态、排气状态、n n不变时，认为流体中同一载面上各点气不变时，认为流体中同一载面上各点气流参数均一；在保持稳定工作条件下气流参数不随时间变化。流参数均一；在保持稳定工作条件下

13、气流参数不随时间变化。泵和压缩机泵和压缩机35一、欧拉方程式一、欧拉方程式一、欧拉方程（一、欧拉方程（第一章所讲完全第一章所讲完全适用适用 ） C C2u2u难以计算。用理论能头系数表示其影响。难以计算。用理论能头系数表示其影响。222212222212122ccwwuuHTJ/kg uuTcucuH112222222222uucucuHuuT2u 数。数。理论能头系数或周速系理论能头系数或周速系 ,2u22ucu 泵和压缩机泵和压缩机36一、欧拉方程式一、欧拉方程式有限多叶片的影响，轴向涡流的影响。有限多叶片的影响，轴向涡流的影响。 同离心泵一样，由于惯性影响，在有限叶片数压缩机同离心泵一样

14、，由于惯性影响，在有限叶片数压缩机叶轮流动中存在轴向涡流。叶轮流动中存在轴向涡流。C C2u2u难以计算。仍用难以计算。仍用（滑移系（滑移系数）表示轴向旋涡对理论能头的影响。数）表示轴向旋涡对理论能头的影响。泵和压缩机泵和压缩机37一、欧拉方程式一、欧拉方程式泵和压缩机泵和压缩机38一、欧拉方程式一、欧拉方程式在离心压缩机中经常用斯陀道拉（在离心压缩机中经常用斯陀道拉（StodolaStodola）公式求解滑移系数。）公式求解滑移系数。假定：假定： 轴向涡流速率与叶轮转速相等，方向相反轴向涡流速率与叶轮转速相等，方向相反 轴向涡流的直径近似叶轮叶道宽度轴向涡流的直径近似叶轮叶道宽度ArAuuT

15、TuczccHH222222ctg1sin1适用于后弯叶片离心压缩机叶轮能头计算，对于直叶适用于后弯叶片离心压缩机叶轮能头计算，对于直叶片和前弯叶片不适用。片和前弯叶片不适用。 AAruTzucuH22222221 sinctg进口无预旋：进口无预旋： 902A 泵和压缩机泵和压缩机39一、欧拉方程式一、欧拉方程式AAruTzucuH22222221 sinctg22r2r2ruc 流量系数， : 的求解：2r 根据连续性方程：根据连续性方程： 流过任意截面的质量流量一定。流过任意截面的质量流量一定。ssiiQQ ikQQQQssisissi Q Qs s、Q Qi i和和s s、i i分别为

16、进口和任意截面的分别为进口和任意截面的体积流量和比容。体积流量和比容。kgm 3 1比容比比容比2222222 kbDQFQcsr叶轮出口处径向分速度叶轮出口处径向分速度22222222ukbDQucsrr 流量系数流量系数泵和压缩机泵和压缩机40一、欧拉方程式一、欧拉方程式ADbz22211 sin 与与z z、D D、b b、2A2A有关有关 :2222221DzDA sin叶片褶边叶片褶边：叶片无褶边：叶片无褶边：(2-7)(2-7)(1-6)(1-6)叶轮出口处叶片阻塞系数叶轮出口处叶片阻塞系数泵和压缩机泵和压缩机41一、欧拉方程式一、欧拉方程式）。）。（求理论能头求理论能头。、第一级

17、叶片出口第一级叶片出口：例例J/kg rpm 8600n . 16z 61-DA350 2r2ATH24804512 2T22221cotsinrAAHuz【解】2270.2m/s1 0.248 cot45sin451645892.85 J/kg（）260 0.6 m 8600r min60272.02 m/sDnu 泵和压缩机泵和压缩机42二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率ldfTtotLLLL 叶轮作功：叶轮作功： 气体获得能头：气体获得能头：ldfTtotHHHH1000TTmHN 叶片作功消耗：叶片作功消耗： 轮阻损失消耗：轮阻损失消耗：d

18、fN 内漏损失消耗：内漏损失消耗：lNHL 叶轮总耗功：叶轮总耗功：ldfTtotNNNN叶轮作功用于两方面：叶轮作功用于两方面：泵和压缩机泵和压缩机43二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率dfTtotldfTtotNHmNNNN1000叶轮总耗功：叶轮总耗功：为叶道实际气体流量为叶道实际气体流量其中其中ltotmmm )()(dfTlTdfTlTNmHmmHmNmHmmmHm10001100010001000TdfdfllmHNmm1000 令)(dflTHm 11000)(dflTHm 11000一般取130020.dfl 高压小流量取大值，低压大流量取小值。泵和压缩机泵和压缩机44每

19、公斤气体总耗功每公斤气体总耗功叶轮对气体作功消耗叶轮对气体作功消耗轮阻损失功率轮阻损失功率漏气损失功率漏气损失功率叶轮总耗功叶轮总耗功二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率的总耗功。，以及每公斤有效气体的功率叶轮对气体作功所消耗轮阻损失功率、漏气损失功率、该级叶轮的总功率消耗求：。量通过叶轮的有效气体流，轮阻损失系数，取内漏气损失系数，第一级叶轮的理论能头已知：例TdfltotTNNNNH 6.95kg/sm 03. 0 012. 0 J/kg4589261-DA350 22dfl【解】kW .)(3533211000dflTtotHmN kW 3.831000TllHmN kW 9.571

20、000TdfdfHmN kW .953181000TTHmNJ/kW .)(5478191TdfltotHH 泵和压缩机泵和压缩机45二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率J/kg TTHHkW 1000TTHmNdfdfT J/kgHHkW 1000TdfdfHmN TdfltotHH)( 1)(dflTtotHmN 11000llT J/kgHHlT kW1000lm HN叶轮对单位质量有效气体的总耗功叶轮对单位质量有效气体的总耗功Htot ，轮阻损失耗功，轮阻损失耗功Hdf ，内漏气损失的功耗内漏气损失的功耗Hl泵和压缩机泵和压缩机46二、级的总耗功和功率二、级的总耗功和功率 气体经过

21、叶轮获得能头后，其状态参数发生了巨大变化。气体经过叶轮获得能头后，其状态参数发生了巨大变化。这些参数的变化仍然能够（必须）满足能量守恒定律。这些参数的变化仍然能够（必须）满足能量守恒定律。 但由于其与液体介质的热力学特性的迥然不同，不能用但由于其与液体介质的热力学特性的迥然不同，不能用流体力学上简单的伯努利方程来表示。需要需要利用热量形流体力学上简单的伯努利方程来表示。需要需要利用热量形式和机械能形式所表示的能量方程式，即热焓方程和伯努利式和机械能形式所表示的能量方程式，即热焓方程和伯努利方程。方程。热功当量问题！泵和压缩机泵和压缩机47三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）

22、方程三、热焓（焓值）方程 bbbaaaT p b T p 、流出：流出：、流进：流进： aaabb气体稳定流动时，取气体稳定流动时，取a-aa-a截面截面b-bb-b截面间气体作为所研究的截面间气体作为所研究的“开口热开口热力学系统力学系统”热力学能量方程-热力学第一定律)(2)(22abababababZZgcciiqH各参数含义！各参数含义！泵和压缩机泵和压缩机48三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程理想气体：理想气体：1kkRCpRCCCCkvpvp TCip )(222ababababcciiqH(2-14) )()(abababababzzgcciiqH222(2-13)2122

23、222ababababpababccT(Tk-kRccTTCqH) )(2-14a)通常认为通常认为q qabab=0,=0,则有：则有：2122abababccT(Tk-kRH)(2-15)泵和压缩机泵和压缩机49三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程2122222ababababpabccTTk-kRccTTCH(2-15)此式为离心压缩机中的重要公式，可以用于计算任意各截面处此式为离心压缩机中的重要公式，可以用于计算任意各截面处的温度的温度T T和速度和速度c c的变化规律。的变化规律。离心压缩机计算中，求解气流参数变化规律的基本方程式。abtotHH060417060417泵和压缩机

24、泵和压缩机50三、热焓（焓值）方程三、热焓（焓值）方程 a a、b b取进出口截面时，则为一个级热焓方程：取进出口截面时，则为一个级热焓方程：，总能未变。，总能未变。、速度速度iTpcT Td d、T Ts s包括了轮阻损失及内漏损失所引起的气体温度变化。包括了轮阻损失及内漏损失所引起的气体温度变化。 对于扩压器，没有对气体作功：对于扩压器，没有对气体作功：H Htottot=H=Habab=0=02122222sdsdsdsdptotCCTTkkRCCTTCH)()( hccdpHablosabppabba222 2122abababccTTk-kRH22022423232434232434

25、CCCCTTCCCTTCpp)()(泵和压缩机泵和压缩机51四、伯努利方程式四、伯努利方程式四、伯努利方程四、伯努利方程 对于封闭热力学系统，由热力学第一定律有：对于封闭热力学系统，由热力学第一定律有：bappababdpiiQ (2-18)(2-18)其中：ablosabablosababhqqqQbabapplosabppababdphqdpQii hccdpHablosabppabba222 (2-20)(2-20)伯努利方程伯努利方程以机械能形式表示的能量平衡方程。以机械能形式表示的能量平衡方程。 )(222ababababcciiqH )(222ababababcciiqH（2-14

26、2-14）泵和压缩机泵和压缩机52压缩能头或压缩功四、伯努利方程式四、伯努利方程式 当当a a、b b分别为级的进、出口时，则有：分别为级的进、出口时，则有：轮阻损失、内漏损失、流动损失 hccdpHablosabppabba222 (2-20)(2-20)lossdpptothccdpHds222 (2-21)(2-21)ldfhydsdpptothhhccdpHds222 (2-22)(2-22)泵和压缩机泵和压缩机53lossdpptothccdpHds222 四、伯努利方程式四、伯努利方程式hydsdppThccdpHds222 (2-23)(2-23)ldfTtotHHHHldfhy

27、dsdpptothhhccdpHds222 (2-22)(2-22)(2-8)(2-8) 当当a a、b b分别为扩压器进、出口时，由于没有外功加入，故有：分别为扩压器进、出口时，由于没有外功加入，故有：速度降低，没有全部转化为压力能，部分能量因克服阻力速度降低，没有全部转化为压力能，部分能量因克服阻力而损失。而损失。 泵和压缩机泵和压缩机54四、伯努利方程式四、伯努利方程式AAruTzucuH22222221 sinctg2122sdsdtotccTTk-kRH(2-15)(2-15)热力学方程式热力学方程式伯努利方程式伯努利方程式hydsdppThccdpHds222 (2-23)(2-2

28、3)(2-4)(2-4)欧拉方程式欧拉方程式 欧拉方程欧拉方程 进出口速度进出口速度 热焓方程热焓方程 有温度变化有温度变化 伯努利方程伯努利方程 压力速度及损失压力速度及损失泵和压缩机泵和压缩机55四、伯努利方程式四、伯努利方程式dsppvdp大小与气体压缩过程有关，有等温、绝热、多变三个过程。 1: C : C : CxkmxpvpvRTxkpvxmpv 等温过程 绝热过程 多变过程sdkksdssadTTRkkppvpkkH1111sdmmsdsspolTTRmmppvpmmH1111（2-252-25）（2-262-26）等温过程绝热过程多变过程泵和压缩机泵和压缩机56五、级效率五、级

29、效率五、级效率 hccdpHablosabppabba222 由伯努利方程(2-20)(2-20) hdpccHablosppababba 222可用能头：用来使气体压力升高并克服损失的能头。 压缩能头泵和压缩机泵和压缩机57五、级效率五、级效率 hdpccHablosppababba 2222122222ababablosababppabccHhccHdpba (2-27)效率：可用能头中真正用于压缩气体能头所占比例，即压缩功与可用能头之比。级效率222sdtotppccHdpds (2-28)泵和压缩机泵和压缩机581. 多变效率多变效率 pol222sdtotppccHdpds 对应于三

30、种热力学压缩过程，有三种效率。pol 多变效率多变效率 222sdtotpolpolccHH （2-292-29）2)(12)(2222sdsdsdsdptotCCTTRkkCCTTCHsdmmsdsspolTTRmmppvpmmH1111（2-262-26）（2-162-16）泵和压缩机泵和压缩机591. 多变效率多变效率 pol1111dspoldsmmR TTmmkkR TTkk为多变指数系数为多变指数系数令令 1mm pol 11kkmm则则由前面分析过程知，气体在离心压缩机的级中流动时，不仅由前面分析过程知，气体在离心压缩机的级中流动时，不仅与外界无热交换，而且将所有损失能头以热量的

31、形式传给了与外界无热交换，而且将所有损失能头以热量的形式传给了气体，因此离心压缩机中气体压缩过程的多变压缩指数气体，因此离心压缩机中气体压缩过程的多变压缩指数m m大于大于绝热压缩过程指数绝热压缩过程指数k k。 lnln sdsdmmsdsdTTppmmTT pp11多变过程方程多变过程方程泵和压缩机泵和压缩机601. 多变效率多变效率 polpol111mmkku 多变效率小于1。u 一般离心压缩机的多变效率为0.70.84。km由于泵和压缩机泵和压缩机612. 绝热效率绝热效率 ad 3. 等温效率等温效率 isad 绝热效率绝热效率 sdsdsdsdsdtotababTTTTTTkkR

32、TTkkRccHH22112）（）（2-302-30）is 等温效率等温效率 sdsdssdsdssdtotisisppTTTkkTTkkRppRTccHHlnln11222 （2-312-31）泵和压缩机泵和压缩机622. 绝热效率绝热效率 ad 3. 等温效率等温效率 is 常采用等温效率评价机械冷却的好坏，若实际多常采用等温效率评价机械冷却的好坏，若实际多变过程越接近于等温过程，则等温效率越高。变过程越接近于等温过程，则等温效率越高。 多变压缩效率总大于绝热压缩效率，差值越小，多变压缩效率总大于绝热压缩效率，差值越小，能量损失越小，常用于评价级中的能量损失。能量损失越小，常用于评价级中的

33、能量损失。哪一种过程最好？哪一种过程最好？泵和压缩机泵和压缩机63hyd 流动效率流动效率 poldflTpoltotTpolhydHHHH 1（2-322-32）流动效率是级的流动效率是级的多变压缩功多变压缩功与叶轮对气体作功所获得与叶轮对气体作功所获得理论能理论能头头H HT T之比。之比。ThydhydpolTdflpoltotpolHhHHH11 4. 流动效率流动效率 hyd泵和压缩机泵和压缩机644. 流动效率流动效率 hyd根据流动效率定义： 22222uuHHpolupolThydpol 多变能头系数 泵和压缩机泵和压缩机65五、级效率五、级效率）。）。（）、）、（、所需的所需

34、的试计算压缩一公斤空气试计算压缩一公斤空气。，口参数口参数某空气压缩机，空气进某空气压缩机，空气进例题例题59141103155103101203233.Pa.Pa.mHkHHpptpoladisdssJ/kg J/kg J/kg lnKKJ/kg .3883011381161135847293202736428711mmsdspolkksdsadsdsissppRTmmHppRTkkHppRTHTR空气的气体常数空气的气体常数【解】泵和压缩机泵和压缩机66五、级效率五、级效率J/kg J/kg J/kg 388303811635847poladisHHH；通过计算可知：在进气温度和压力比相同

35、的条件下，等温压缩通过计算可知：在进气温度和压力比相同的条件下，等温压缩功最小，排气温度最低。多变压缩功最大，排气温度最高。功最小，排气温度最低。多变压缩功最大，排气温度最高。实际应用中，多级压缩机一般作成多段、增加级间冷却以降低实际应用中，多级压缩机一般作成多段、增加级间冷却以降低气体温度，使压缩过程向等过程靠近，从而达到节省压缩功的气体温度，使压缩过程向等过程靠近，从而达到节省压缩功的目的。目的。HL 泵和压缩机泵和压缩机67六、级中气体状态参数的变化六、级中气体状态参数的变化2222stststppiipcc Tc TicTTc泵和压缩机泵和压缩机68六、级中气体状态参数的变化六、级中气

36、体状态参数的变化111, , imisiisssiismmmiisivssispvp vp vpvTTpTvTkpTvT泵和压缩机泵和压缩机69级的总耗功都分为那些部分，如何计算？级的总耗功都分为那些部分，如何计算？等温压、绝热压缩和多变压缩的区别，离心压缩等温压、绝热压缩和多变压缩的区别，离心压缩 机的工作过程属于哪个过程？机的工作过程属于哪个过程？泵和压缩机泵和压缩机70第二节第二节 作业作业作业：作业：1、2、3、4泵和压缩机泵和压缩机71第三节第三节 级中能量损失级中能量损失泵和压缩机泵和压缩机72第三节第三节 级中能量损失级中能量损失泵和压缩机泵和压缩机73第三节第三节 级中能量损失

37、级中能量损失 离心压缩机功率一般都很大，节能很可观，所以离心压缩机的效离心压缩机功率一般都很大，节能很可观，所以离心压缩机的效率是个重要经济指标。率是个重要经济指标。 效率直接和级中的流动损失、泄露损失和轮阻损失有关。分析这效率直接和级中的流动损失、泄露损失和轮阻损失有关。分析这些损失产生原因，并设法在设计、制造上尽可能减小，就可以减小，些损失产生原因，并设法在设计、制造上尽可能减小，就可以减小，就可以提高压缩机的效率，同时也改善压缩机的性能。就可以提高压缩机的效率，同时也改善压缩机的性能。 与离心泵相比，由于气体的物性（可压缩性等）及其复杂的热力与离心泵相比，由于气体的物性（可压缩性等）及其

38、复杂的热力学性质，使得离心压缩机级中流道内气体流动极为复杂，有关流动损学性质，使得离心压缩机级中流道内气体流动极为复杂，有关流动损失产生的机理及分析计算也变得极为困难，定量计算目前还很不完善。失产生的机理及分析计算也变得极为困难，定量计算目前还很不完善。 出于定性分析需要，一般将流动损失大致分为：出于定性分析需要，一般将流动损失大致分为：摩阻损失摩阻损失、冲击冲击损失损失、分离损失分离损失、二次流损失二次流损失、尾迹损失尾迹损失以及以及波阻损失波阻损失等等。等等。泵和压缩机泵和压缩机741. 摩阻损失：流体粘性是产生流动损失的根本原因。当流体粘性是产生流动损失的根本原因。当气流流经压缩机级的通

39、流部分时，由于气气流流经压缩机级的通流部分时，由于气体粘性的存在，流动模式将如图所示：体粘性的存在，流动模式将如图所示： 在贴近流道壁的地方，气体受壁面的附着在贴近流道壁的地方，气体受壁面的附着 作用，速度接近于零；作用，速度接近于零； 流道中间部分流速大，在湍流流动时速度流道中间部分流速大，在湍流流动时速度 分布比较均匀，该区域称为主流区；分布比较均匀，该区域称为主流区； 在主流区与壁面之间存在一速度梯度较大的薄层，这就是在主流区与壁面之间存在一速度梯度较大的薄层，这就是 边界层（或称附面层），边界层（或称附面层），是边界层的厚度。是边界层的厚度。泵和压缩机泵和压缩机75摩擦损失：摩擦损失：

40、边界层内各层流体之间存在相边界层内各层流体之间存在相对运动，速度较小的流层将对临近速度较对运动，速度较小的流层将对临近速度较高的流层产生高的流层产生“阻滞阻滞”作用；而速度较高作用；而速度较高的流层则有动能传给速度较小的流层，对的流层则有动能传给速度较小的流层，对它起它起“拖动拖动”作用，拖动力与阻滞力大小作用，拖动力与阻滞力大小相等，方向相反，分别作用在两个紧挨的相等，方向相反，分别作用在两个紧挨的层面上，这样的力就是内摩擦力，或称粘层面上，这样的力就是内摩擦力，或称粘滞力。滞力。摩擦损失也包括流体层与壁面之间的摩擦损失也包括流体层与壁面之间的附着摩擦损失附着摩擦损失。为了维持流体的运动，就

41、必须外加能量来克服内摩擦力所所造为了维持流体的运动，就必须外加能量来克服内摩擦力所所造成的能量损失（机械能变成无用的热能），这就是成的能量损失（机械能变成无用的热能），这就是摩擦损失摩擦损失。泵和压缩机泵和压缩机76在主气流区中因为速度梯度很小，内摩擦力在主气流区中因为速度梯度很小，内摩擦力也就很小，所以流体的沿程摩擦损失主要存也就很小，所以流体的沿程摩擦损失主要存在于边界层中，边界层愈厚，摩擦损失也就在于边界层中，边界层愈厚，摩擦损失也就愈大。愈大。摩擦损失的计算式可用类似于管道摩擦损失摩擦损失的计算式可用类似于管道摩擦损失计算式。从流道截面计算式。从流道截面1-11-1到截面到截面2-22

42、-2，单位质，单位质量气体的摩擦损失为量气体的摩擦损失为：dxcDhhf2221 计算计算h hf f的关键在于确定摩擦阻力系数的关键在于确定摩擦阻力系数，而，而是蕾诺数、壁是蕾诺数、壁面粗糙度等的函数。在压缩机中要得到通用性的摩擦阻力系面粗糙度等的函数。在压缩机中要得到通用性的摩擦阻力系数很困难，一般借助于经验公式或试验数据。数很困难，一般借助于经验公式或试验数据。泵和压缩机泵和压缩机771. 分离损失分离损失图图2-10 2-10 曲面边界层分离形成示意图曲面边界层分离形成示意图在扩压流道中会产生边界层增厚，进而边界层与流在扩压流道中会产生边界层增厚，进而边界层与流道壁面脱离，甚至在接近壁

43、面的边层气流中产生反道壁面脱离，甚至在接近壁面的边层气流中产生反向流动出现反向流动旋涡，引起很大损失，称向流动出现反向流动旋涡，引起很大损失，称边界边界层分离。层分离。 泵和压缩机泵和压缩机781. 分离损失分离损失 在压缩机的扩张流道中，沿着流动方向，主气流的速度不断下降，在压缩机的扩张流道中，沿着流动方向，主气流的速度不断下降，静压不断升高。其中边界层中的流体由于得不到主气流足够的拖动作静压不断升高。其中边界层中的流体由于得不到主气流足够的拖动作用，速度衰减更快，边界层的厚度也就逐渐增加。用，速度衰减更快，边界层的厚度也就逐渐增加。 当扩压流动达到某一种扩压程度时，就会发生主气流的动能不当

44、扩压流动达到某一种扩压程度时，就会发生主气流的动能不足以带动整个边界层前进，致使该处紧挨壁面的流体将首先停滞下来，足以带动整个边界层前进，致使该处紧挨壁面的流体将首先停滞下来，再往前流动，就会因为抵抗不住迎面的压差阻力而发生局部倒流，这再往前流动，就会因为抵抗不住迎面的压差阻力而发生局部倒流，这就是所谓的就是所谓的边界层分离边界层分离。 当边界层发生分离时必定会在壁面附近产生旋涡区，而且旋涡区当边界层发生分离时必定会在壁面附近产生旋涡区，而且旋涡区将沿着流动方向逐渐加厚，使主气流远离壁面。这种边界层分离所造将沿着流动方向逐渐加厚，使主气流远离壁面。这种边界层分离所造成的能量损失就是边界层分离损

45、失，或简称气体分离损失。成的能量损失就是边界层分离损失，或简称气体分离损失。泵和压缩机泵和压缩机791. 分离损失分离损失 粘性流体在粘性流体在压力降落面内压力降落面内流动（加速、减压流动）不会流动（加速、减压流动）不会 出现边界层分离，出现边界层分离， 粘性粘性流体在扩压面流动才可能出现分离损失流体在扩压面流动才可能出现分离损失。 分离损失与流道形状、壁面粗造度、气流雷诺数有关，尤分离损失与流道形状、壁面粗造度、气流雷诺数有关，尤以流道形状影响最大。以流道形状影响最大。离心压缩机中有很多减速扩压流道，就可能出现边界层分离，产生离心压缩机中有很多减速扩压流道，就可能出现边界层分离，产生漩涡，导

46、致分离损失产生；边界层增厚，主流通道流面积变小，达漩涡，导致分离损失产生；边界层增厚，主流通道流面积变小，达不到扩压目的不到扩压目的。泵和压缩机泵和压缩机801. 分离损失分离损失p 叶轮叶道内，是一个叶轮叶道内，是一个有能量加入有能量加入的扩压流道。叶轮的旋转使得的扩压流道。叶轮的旋转使得 边界层中气流还受到离心力作用，从而边界层中气流还受到离心力作用，从而减缓减缓了边界层的分离。了边界层的分离。 叶道中边界层分离多产生在叶道中边界层分离多产生在非工作面非工作面，尤其是叶轮出口附近。，尤其是叶轮出口附近。p 叶片扩压器流道中，因无能量加入，因而容易出现气流的边叶片扩压器流道中，因无能量加入，

47、因而容易出现气流的边 界层分离界层分离。泵和压缩机泵和压缩机811. 分离损失分离损失泵和压缩机泵和压缩机821. 分离损失分离损失不同冲角下叶道中边界层分离示意图泵和压缩机泵和压缩机832. 二次涡流及尾迹损失二次涡流及尾迹损失在离心压缩机的级中，二此涡流的产生是由在离心压缩机的级中，二此涡流的产生是由流道同一截面中流道同一截面中存在压差存在压差而引起的，主要发生在叶轮叶道、弯道及吸气室等而引起的，主要发生在叶轮叶道、弯道及吸气室等有急剧转弯之处有急剧转弯之处；同样，在；同样，在叶片扩压器叶片扩压器中也有二次涡流产生。中也有二次涡流产生。二次涡流问题很复杂，仍处于研究阶段，在此只作定性分析。

48、二次涡流问题很复杂，仍处于研究阶段，在此只作定性分析。 叶轮叶道中二次流叶轮叶道中二次流叶轮叶道呈曲线形，并存在叶轮叶道呈曲线形，并存在轴向涡流轴向涡流，因此在同一截面上气，因此在同一截面上气流的流的速度和压力的分布是不均匀速度和压力的分布是不均匀的。的。泵和压缩机泵和压缩机842. 二次涡流及尾迹损失二次涡流及尾迹损失对于后弯叶片来说，叶片工作面一侧速对于后弯叶片来说，叶片工作面一侧速度小，压力高；而非工作面的一边相反，度小，压力高；而非工作面的一边相反，压力最低，速度最大。压力最低，速度最大。边界层中气体在上述边界层中气体在上述压力差压力差的作用下将的作用下将产生产生由工作面向非工作面的流

49、动由工作面向非工作面的流动，流动，流动的方向与主气流方向大致相的方向与主气流方向大致相垂直垂直，这就，这就是所谓的是所谓的二次流二次流。图图2-14 2-14 叶道中的二次涡流叶道中的二次涡流图图2-15 2-15 闭式叶轮顶部的二次涡流闭式叶轮顶部的二次涡流泵和压缩机泵和压缩机852. 二次涡流及尾迹损失二次涡流及尾迹损失二次流二次流的存在：的存在：干扰了主流流动，造成能量损失；同时还会使叶轮叶片的非干扰了主流流动，造成能量损失；同时还会使叶轮叶片的非工作面更容易分离。工作面更容易分离。因为二次流的流动使叶片工作面边界层中的气流被吸走，因为二次流的流动使叶片工作面边界层中的气流被吸走，边边界

50、层变薄界层变薄，并有较大动能的主流气体来补充；而非工作面边并有较大动能的主流气体来补充；而非工作面边界层由于接受了沿壁面流来的能量较低的气体，界层由于接受了沿壁面流来的能量较低的气体，边界层变厚边界层变厚，速度减小，甚至小于工作面的速度，因此非工作面变得容易速度减小，甚至小于工作面的速度，因此非工作面变得容易出现气体分离出现气体分离。泵和压缩机泵和压缩机862. 二次涡流及尾迹损失二次涡流及尾迹损失 弯道中的二次流弯道中的二次流 叶片扩压器中的二次流叶片扩压器中的二次流在叶片扩压器中同样存在二次流。但扩压器中压力较高区是在在叶片扩压器中同样存在二次流。但扩压器中压力较高区是在叶片的凹面，低压区

51、是在叶片的凸面，所以扩压器中的二次流叶片的凹面，低压区是在叶片的凸面，所以扩压器中的二次流是从叶片的凹面流向凸面，这一点是从叶片的凹面流向凸面，这一点与叶轮中的二次流相反与叶轮中的二次流相反。在在弯曲管道中，由于气体在转弯弯曲管道中，由于气体在转弯处产生处产生离心惯性力离心惯性力，使外壁处压使外壁处压力增大，大于流道中的平均压力，力增大，大于流道中的平均压力，速度减小；弯道内壁处压力减小，速度减小；弯道内壁处压力减小，小于流道中的平均压力，速度则小于流道中的平均压力，速度则增大。增大。泵和压缩机泵和压缩机872. 二次涡流及尾迹损失二次涡流及尾迹损失弯管中除了有二次涡流以外还有边界层分离。弯管

52、中除了有二次涡流以外还有边界层分离。弯管中二次涡流及边界层分离的影响因素：流道截面沿长度弯管中二次涡流及边界层分离的影响因素：流道截面沿长度方向的变化（即扩压度）的均匀性、曲率半径方向的变化（即扩压度）的均匀性、曲率半径泵和压缩机泵和压缩机882. 二次涡流及尾迹损失二次涡流及尾迹损失l 泵和压缩机泵和压缩机89二、马赫数及其对能量损失的影响二、马赫数及其对能量损失的影响2dRdddcMapak TMcc 泵和压缩机泵和压缩机902. 激波和波阻损失激波和波阻损失泵和压缩机泵和压缩机913. 马赫数对离心压缩机级中能量损失的影响马赫数对离心压缩机级中能量损失的影响泵和压缩机泵和压缩机923.

53、马赫数对离心压缩机级中能量损失的影响马赫数对离心压缩机级中能量损失的影响泵和压缩机泵和压缩机93何为摩擦阻力损失、分离损失、二次流损失、尾何为摩擦阻力损失、分离损失、二次流损失、尾 迹损失？迹损失？泵和压缩机泵和压缩机94第四节第四节 级的性能曲线级的性能曲线泵和压缩机泵和压缩机95第四节第四节 级的性能曲线级的性能曲线泵和压缩机泵和压缩机96第四节第四节 级的性能曲线级的性能曲线， 11kkmmpolspolRTH1 polpolspolpoltotHQNN100 ssQQ,泵和压缩机泵和压缩机97一、一、 Qs曲线曲线泵和压缩机泵和压缩机98二、二、 Qs曲线曲线图图1-20 流动损失曲流

54、动损失曲线线 泵和压缩机泵和压缩机99三、喘振工况三、喘振工况三、喘振工况三、喘振工况泵和压缩机泵和压缩机100三、喘振工况三、喘振工况泵和压缩机泵和压缩机101三、喘振工况三、喘振工况压缩机“喘振”泵“喘振”泵和压缩机泵和压缩机102四、堵塞工况四、堵塞工况四、堵塞工况四、堵塞工况泵和压缩机泵和压缩机103五、稳定工况区五、稳定工况区五、稳定工况区五、稳定工况区之间称为稳定工况区。之间称为稳定工况区。与与maxminQQminmaxQQKQ或或dQQQQKminmax 稳定工况区的宽窄也是衡量压缩机性能好坏的标志之一，主要与叶片出口角有关。泵和压缩机泵和压缩机104泵和压缩机泵和压缩机105

55、第五节第五节 多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线泵和压缩机泵和压缩机106第五节第五节 多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线泵和压缩机泵和压缩机107第五节第五节 多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线多级：通过一级叶轮所获能头有限，为了满足工艺多级：通过一级叶轮所获能头有限，为了满足工艺要求的压力比，多采用多级离心压缩机要求的压力比，多采用多级离心压缩机。 不能太大：2u 材料强度；材料强度； 叶轮进出口气量叶轮进出口气量M M （马赫数）；（马赫数）； n n一定时一定时 D D2 2 也不可太大也不可太大 阻力阻力22DbD2sdTsdppHppP ，

56、22uHuT实际应用中，常采用多级离心压缩机。实际应用中，常采用多级离心压缩机。泵和压缩机泵和压缩机108第五节第五节 多级离心压缩机的性能曲线多级离心压缩机的性能曲线 多级性能曲线：形状与级性能曲线相似，一定多级性能曲线：形状与级性能曲线相似，一定n, n,一定进一定进气状态，对一定气体气状态，对一定气体R R实验得来。实验得来。 离心压缩机一般都是由若干级串联而成，一个气缸最多可离心压缩机一般都是由若干级串联而成，一个气缸最多可达达8 81010级。多级压缩机的性能曲线与单级压缩机没有本质区别，级。多级压缩机的性能曲线与单级压缩机没有本质区别，所不同的只是多级压缩机的性能曲线显得更陡，稳定

57、工况范围所不同的只是多级压缩机的性能曲线显得更陡，稳定工况范围更窄。这是因为多级压缩机的性能曲线是由各单级的性能曲线更窄。这是因为多级压缩机的性能曲线是由各单级的性能曲线“叠加叠加”而成的。而成的。泵和压缩机泵和压缩机109一、级数对压缩机性能的影响一、级数对压缩机性能的影响 sssssssRTQpmpRTmmQ, 第第I I级进气量级进气量 第第IIII级进气量级进气量 ssssssRTpQmpRTmmQ2, 两级串联质量流量不变：两级串联质量流量不变： mmm ssssssQTTppQ由于两级吸气状态不同，各级进气体积流量不同。泵和压缩机泵和压缩机110由于两级吸气状态不同，各级进气体积流

58、量不同。由于两级吸气状态不同，各级进气体积流量不同。 aasQ )( 、级：级： aasasQQ、级：级： )()( aaaasasQQ整机：整机： )()( 一、级数对压缩机性能的影响一、级数对压缩机性能的影响泵和压缩机泵和压缩机111工作范围的确定 最小流量点向右，即喘振流量点变大最小流量点向右，即喘振流量点变大sssdsQQ sdsQpQ 所以当第所以当第级流量下降到某一级流量下降到某一定值时，尽管该级尚未达到该定值时，尽管该级尚未达到该级的喘振流量级的喘振流量Q Qminmin，但此时第，但此时第级的流量级的流量Q Qss 可能已经达到可能已经达到其喘振流量其喘振流量Q Qminmin

59、。故：两级串联压缩机喘振流量（故：两级串联压缩机喘振流量（Q Q+）minmin （Q Q）minmin，性能曲线喘振点右移。性能曲线喘振点右移。一、级数对压缩机性能的影响一、级数对压缩机性能的影响泵和压缩机泵和压缩机112工作范围的确定 最大（堵塞）流量变小，堵塞点左移最大（堵塞）流量变小，堵塞点左移sssdsQQ sdsQpQ 况。况。第二级首先达到堵塞工第二级首先达到堵塞工，可能可能，使得，使得做功大都成为能量损失做功大都成为能量损失很低，叶轮对气体很低，叶轮对气体， , sspolssssQQTQ 堵塞工况点左移堵塞工况点左移，故故 maxmaxssQQ 一、级数对压缩机性能的影响一、

60、级数对压缩机性能的影响泵和压缩机泵和压缩机113一、级数对压缩机性能的影响一、级数对压缩机性能的影响三级串联性能曲线变化三级串联性能曲线变化变窄。变窄。曲线变陡，稳定工况区曲线变陡，稳定工况区而而变化越大，变化越大，级数越多，级数越多，显然：显然：sssQQQ maxmin综上所述，两级串联风机，其压综上所述，两级串联风机，其压比增加，但喘振流量增大、最大比增加，但喘振流量增大、最大流量变小，因此性能曲线变陡。流量变小，因此性能曲线变陡。可见，高压比的多级离心压缩机更容易发生喘振和堵塞工况，可见，高压比的多级离心压缩机更容易发生喘振和堵塞工况，这是离心式压缩机本身存在的缺点。这是离心式压缩机本