第3章离心式压缩机_v6.1

1、广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器第3章 离心式压缩机广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器第第3 3章章 离心式压缩机离心式压缩机3.1 3.1 离心式压缩机的主要构件及基本原理离心式压缩机的主要构件及基本原理3.2 3.2 气体在级中的流动及基本方程（略）气体在级中的流动及基本方程（略）3.3 3.3 级中能量损失（略）级中能量损失（略）3.4 3.4 离心式压缩机的特性曲线离心式压缩机的特性曲线3.5 3.5 离心式压缩机的性能调节离心式压缩机的性能调节3.6 3.6 相似原理在离心式压缩机中的应用相似原理在离心式压缩机中的应用3.7 3.7

2、离心式压缩机的主要零部件离心式压缩机的主要零部件3.8 3.8 离心式压缩机密封装置离心式压缩机密封装置3.9 3.9 离心式压缩机润滑系统离心式压缩机润滑系统广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.1 离心式压缩机的主要构件及基本原理离心式压缩机的主要构件及基本原理 离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换，使气离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换，使气体主要沿离心方向流动从而提高气体压力的机器。体主要沿离心方向流动从而提高气体压力的机器。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.1.1 3.1.1 离心式压缩机的主要构件离心式压缩机的主要构件（1 1）

3、离心式压缩机的典型结构）离心式压缩机的典型结构 结构型式：结构型式： 中低压水平剖分型中低压水平剖分型 垂直剖分（高压圆筒）型垂直剖分（高压圆筒）型 多轴式多轴式 例：例： 沈阳鼓风机厂沈阳鼓风机厂MCL系列中低压水平剖分式多系列中低压水平剖分式多级离心压缩机、级离心压缩机、BCL系列高压筒形压缩机。系列高压筒形压缩机。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器水平剖分型：水平剖分型：气缸剖分为上下两部分，螺栓连接。上下气缸剖分为上下两部分，螺栓连接。上下机壳为组合件，由缸体和隔板组成。适于中低压压缩机机壳为组合件，由缸体和隔板组成。适于中低压压缩机（一般低于（一般低于5MPa

4、）。）。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器垂直剖分型：垂直剖分型：气缸为筒形。隔板上下剖分（螺栓连接成气缸为筒形。隔板上下剖分（螺栓连接成为整体，气缸两侧端盖用螺栓紧固。隔板转子组装后送为整体，气缸两侧端盖用螺栓紧固。隔板转子组装后送入筒形缸体。抗内压能力强，密封好，刚性好，温度、入筒形缸体。抗内压能力强，密封好，刚性好，温度、压力引起的变形均匀，适于压力高、易泄漏的气体。压力引起的变形均匀，适于压力高、易泄漏的气体。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器多轴式：多轴式：齿轮箱中一个大齿轮驱动

5、几个小齿轮，每个轴齿轮箱中一个大齿轮驱动几个小齿轮，每个轴的一端或两端安装有叶轮。叶轮轴向进气，径向排气，的一端或两端安装有叶轮。叶轮轴向进气，径向排气，以管道连接各级。从动轴转速不同，各级均在最佳状况以管道连接各级。从动轴转速不同，各级均在最佳状况下运行。适于中低压空气、蒸汽或惰性气体。下运行。适于中低压空气、蒸汽或惰性气体。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器结构组成：转子，定子，以及辅助系统。结构组成：转子，定子，以及辅助系统。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器广东石油化工学院广东石油

6、化工学院 化工过程机器化工过程机器 根据隔板在压缩机所处的位置，隔板可分为根据隔板在压缩机所处的位置，隔板可分为4种类种类型：进口隔板、中间隔板、段间隔板、排气隔板。型：进口隔板、中间隔板、段间隔板、排气隔板。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器压缩机装置系统图压缩机装置系统图广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器转子：叶轮与轴的组件。转子：叶轮与轴的组件。（1）叶轮）叶轮 离心式

7、压缩机中唯一的作功部件。它离心式压缩机中唯一的作功部件。它随轴高速旋转，气体在叶轮中受旋转离心力和扩压流随轴高速旋转，气体在叶轮中受旋转离心力和扩压流动作用，因此气体流出叶轮时的压力和速度都得到明动作用，因此气体流出叶轮时的压力和速度都得到明显提高。显提高。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（1）扩压器）扩压器 离心式压缩机中的转能部件。气体离心式压缩机中的转能部件。气体从叶轮流出时速度很高，为此在叶轮出口后设置流通从叶轮流出时速度很高，为此在叶轮出口后设置流通截面逐渐扩大的扩压器，以将这部分速度能有效地转截面逐渐扩大的扩压器，以将这部分速度能有效地转变为压力能。变为压

8、力能。（2）弯道）弯道设置于扩压器后的气流通道。其作用设置于扩压器后的气流通道。其作用是将扩压器后的气体由离心方向改为向心方向，以便是将扩压器后的气体由离心方向改为向心方向，以便引入下一级叶轮去继续进行压缩。引入下一级叶轮去继续进行压缩。定子：扩压器、弯道、回流器、吸气室和蜗壳定子：扩压器、弯道、回流器、吸气室和蜗壳等固定元件等固定元件 。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（3）回流器）回流器 使气流以一定方向均匀进入下一级使气流以一定方向均匀进入下一级叶轮入口。回流器中一般都装有导向叶片。叶轮入口。回流器中一般都装有导向叶片。（4）吸气室）吸气室 将气体从进气管（或中

9、间冷却器出将气体从进气管（或中间冷却器出口）均匀地引入叶轮进行压缩。口）均匀地引入叶轮进行压缩。（5）蜗壳）蜗壳 把从扩压器或直接从叶轮出来的气体把从扩压器或直接从叶轮出来的气体收集起来，并引出机外。在蜗壳收集气体的过程中，收集起来，并引出机外。在蜗壳收集气体的过程中，由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着一定的降速扩压作用。一定的降速扩压作用。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.1.2 3.1.2 离心式压缩机的基本工作原理离心式压缩机的基本工作原理l 气体由吸气室吸入，通过叶轮对气体作功后，使气体的压力、气体由

10、吸气室吸入，通过叶轮对气体作功后，使气体的压力、速度、温度都得到提高，然后再进入扩压器，将气体的速度、温度都得到提高，然后再进入扩压器，将气体的速度能速度能转变为压力能转变为压力能。l当通过一级叶轮对气体作功、扩压后不能满足输送要求时，就当通过一级叶轮对气体作功、扩压后不能满足输送要求时，就必须把气体再引入必须把气体再引入下一级继续进行压缩下一级继续进行压缩。为此，在扩压器后设。为此，在扩压器后设置了弯道、回流器，使气体由离心方向变为向心方向，均匀地置了弯道、回流器，使气体由离心方向变为向心方向，均匀地进入下一级叶轮进口。进入下一级叶轮进口。l各级经蜗壳及排出管被引出至各级经蜗壳及排出管被引出

11、至中间冷却器中间冷却器。冷却后的气体再经。冷却后的气体再经吸气室进入以后各级继续压缩，最后由排出管输出。吸气室进入以后各级继续压缩，最后由排出管输出。l气体在离心式压缩机中是沿着与压缩机轴线垂直的气体在离心式压缩机中是沿着与压缩机轴线垂直的半径方向流半径方向流动动的。的。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.1.3 3.1.3 离心式压缩机的主要优缺点离心式压缩机的主要优缺点广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 优点：优点：（1）单级流量大。目前合成氨装置中合成气体压缩机的排气量达）单级流量大。目前合成氨装置中合成气体压缩机的排气量达6000m3/

12、min以上。在产量大于以上。在产量大于600吨吨/日的合成氨厂中主要的工艺日的合成氨厂中主要的工艺用压缩机几乎都采用了离心式压缩机。用压缩机几乎都采用了离心式压缩机。 （2）重量轻、体积小。无论机组占地面积还是质量都比同一气）重量轻、体积小。无论机组占地面积还是质量都比同一气量的活塞式压缩机小得多。量的活塞式压缩机小得多。（3）运转可靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，）运转可靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，操作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。目前操作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。目前大型石油化工过程用离心式压缩机多为单机运行。大型石油化工

13、过程用离心式压缩机多为单机运行。（4）气体不与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可）气体不与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可以做到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。以做到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。（5）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以合理而充分的利用工艺过程本身的热能，节约能源。合理而充分的利用工艺过程本身的热能，节约能源。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 缺点：缺点：（1）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。（2）离心式压缩机的

14、效率一般低于活塞式压缩机。）离心式压缩机的效率一般低于活塞式压缩机。（3）离心式压缩机的稳定工况区较窄。）离心式压缩机的稳定工况区较窄。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.3 级中能量损失（略）级中能量损失（略）3.2 气体在级中的流动及基本方程（略）气体在级中的流动及基本方程（略）广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.4 3.4 离心式压缩机的特性曲线离心式压缩机的特性曲线3.4.1 3.4.1 级的特性曲线级的特性曲线 离心压缩机工作性能最主要的参数是离心压缩机工作性能最主要的参数是压力比、效压力比、效率和流量率和流量。为将其工作性能形象表

15、示出来，一般以曲。为将其工作性能形象表示出来，一般以曲线的形式表示，就得到了压缩机的性能曲线。线的形式表示，就得到了压缩机的性能曲线。 级的性能曲线级的性能曲线是指在气体状态（进口流量是指在气体状态（进口流量Qs ，进，进气压力气压力Ps ，进气温度，进气温度Ts ）一定，转速不变的条件下，）一定，转速不变的条件下，级的级的压力比压力比、多变效率、多变效率pol 以及以及功率功率Ntot 随该级随该级进气进气量量Qs 而变化的关系曲线。而变化的关系曲线。性能曲线由实验确定。性能曲线由实验确定。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器性能曲线的一般性能曲线的一般特点：特点：随流

16、量的减小，压缩机随流量的减小，压缩机提供的压力比将增大。提供的压力比将增大。在最小流量时，达到最在最小流量时，达到最大。流量和压力比的关大。流量和压力比的关系是一一对应的，流量系是一一对应的，流量与其他参数的关系也是与其他参数的关系也是一一对应的。一一对应的。流量有最大和最小两个流量有最大和最小两个极限流量；排出压力也极限流量；排出压力也有最大值和最小值。有最大值和最小值。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器性能曲线的一性能曲线的一般特点：般特点：效率曲线有最高效效率曲线有最高效率点，离开该点的率点，离开该点的工况效率下降很快。工况效率下降很快。广东石油化工学院广东石油化

17、工学院 化工过程机器化工过程机器（2） 压缩机的喘振压缩机的喘振压缩机喘振的机理压缩机喘振的机理旋转脱离旋转脱离流量减小流量减小 边界层分离边界层分离 旋转脱离旋转脱离压缩机喘振压缩机喘振流量进一步减小流量进一步减小 脱离团阻塞叶道脱离团阻塞叶道 出口压力显著下降出口压力显著下降 倒流倒流 整个压缩机系统发生周期性的低频大振幅的气流振荡现象，整个压缩机系统发生周期性的低频大振幅的气流振荡现象，就称为喘振。就称为喘振。现象：级进出口参数产生强烈脉动，叶片振动，机器现象：级进出口参数产生强烈脉动，叶片振动，机器噪音增大。噪音增大。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器喘振的内因

18、：流量过小，小于压缩机的最小流量，导致机内出喘振的内因：流量过小，小于压缩机的最小流量，导致机内出现严重的气体旋转脱离；现严重的气体旋转脱离；喘振的外因：管网有一定容积，且压力高于压缩机的排压，造喘振的外因：管网有一定容积，且压力高于压缩机的排压，造成气流倒流，产生大幅度的气流脉动。脉动的频率和振幅与管成气流倒流，产生大幅度的气流脉动。脉动的频率和振幅与管网容量有关。网容量有关。喘振的危害喘振的危害压缩机性能恶化，压力、效率降低；压缩机性能恶化，压力、效率降低；出现异常噪声、吼叫和爆音；出现异常噪声、吼叫和爆音；机组出现强烈振动，使得压缩机的轴承、密封损坏，转子和机组出现强烈振动，使得压缩机的

19、轴承、密封损坏，转子和固定部件发生碰撞，造成机器严重破坏。固定部件发生碰撞，造成机器严重破坏。喘振原因喘振原因广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器操作者和运行人员的要求：操作者和运行人员的要求：应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩机工况点处在性能曲线图上的位置；机工况点处在性能曲线图上的位置；熟悉各种监测系统和调节控制系统的操作，尽量使机熟悉各种监测系统和调节控制系统的操作，尽量使机器不致进入喘振状态。器不致进入喘振状态。防喘振的措施防喘振的措施广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器在首级或各级设

20、置导叶转动机构以调节导叶角度，使在首级或各级设置导叶转动机构以调节导叶角度，使流量减少时的进气冲角不致太大，从而避免发生喘振。流量减少时的进气冲角不致太大，从而避免发生喘振。在压缩机出口设置旁通管道，让压缩机通过足够的流在压缩机出口设置旁通管道，让压缩机通过足够的流量，以防进入喘振状态。量，以防进入喘振状态。在压缩机进口设置温度、流量监视仪表，出口设置压在压缩机进口设置温度、流量监视仪表，出口设置压力监视仪表，一旦出现异常或喘振及时报警；设有与力监视仪表，一旦出现异常或喘振及时报警；设有与防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。系统要求：系统要求：广东石油化工学

21、院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器u当转速可调时，降低运行转速，可使流量减少而不当转速可调时，降低运行转速，可使流量减少而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低。致进入喘振状态，但出口压力随之降低。u开大入口阀，提高压缩机入口流量，让压缩机的工开大入口阀，提高压缩机入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。作点离开喘振区。u降低后部系统的压力。压力降低，工作点下移，喘降低后部系统的压力。压力降低，工作点下移，喘振区范围变窄，工作范围变宽。振区范围变窄，工作范围变宽。u后部系统压力无法降低而生产需求流量又很小的情后部系统压力无法降低而生产需求流量又很小的情况下，可开大压缩机防喘振阀（放空系统

22、或将出口部况下，可开大压缩机防喘振阀（放空系统或将出口部分回流到入口）来提高入口流量，让压缩机的工作点分回流到入口）来提高入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。离开喘振区。操作要求：操作要求：广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器产生原因：产生原因：流量增大，气流的冲角达到较大的负冲角，在叶片工作流量增大，气流的冲角达到较大的负冲角，在叶片工作面上发生边界层分离，叶片做功全部转变为能量损失，面上发生边界层分离，叶片做功全部转变为能量损失，压力不再升高，仅用于维持在该流量下流动；压力不再升高，仅用于维持在该流量下流动；在流道最小截面处出现了声速，边界层分离区急剧扩大，在流道最

23、小截面处出现了声速，边界层分离区急剧扩大，压缩机达到了阻塞工况，此时压力得不到提高，流量不压缩机达到了阻塞工况，此时压力得不到提高，流量不再增大。再增大。（3） 压缩机的堵塞工况（最大流量工况）压缩机的堵塞工况（最大流量工况）广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器在性能曲线上，处于喘振工况和阻塞工况之间的区域，在性能曲线上，处于喘振工况和阻塞工况之间的区域，称为稳定工作范围。称为稳定工作范围。衡量压缩机性能好坏，除要求有较高的压力比和衡量压缩机性能好坏，除要求有较高的压力比和较高的效率外，还有较宽的稳定工作范围。较高的效率外，还有较宽的稳定工作范围。（4） 压缩机的稳定工况

24、区压缩机的稳定工况区广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.4.2 3.4.2 压缩机的性能曲线压缩机的性能曲线（1） 级数对压缩机性能的影响级数对压缩机性能的影响广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器级与多级压缩机的性能曲线形状基本一致。级与多级压缩机的性能曲线形状基本一致。由于受逐级气流密度的变化与影响，级数愈由于受逐级气流密度的变化与影响，级数愈多，密度变化越大，压缩机的性能曲线愈陡，多，密度变化越大，压缩机的性能曲线愈陡，喘振流量愈大，堵塞流量愈小，稳定工况区也喘振流量愈大，堵塞流量愈小，稳定工况区也就越窄。就越窄。多级离心式压缩机稳定工况区的

25、宽窄，主要多级离心式压缩机稳定工况区的宽窄，主要取决于最后几级的特性。取决于最后几级的特性。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（2 ） 转速转速对压缩机性对压缩机性能的影响能的影响转速增大时，压缩机的压力转速增大时，压缩机的压力比将显著增加。比将显著增加。转速增大时，气流马赫数增转速增大时，气流马赫数增大，这时流量若偏离设计工大，这时流量若偏离设计工况，就会使损失大大增加，况，就会使损失大大增加，性能曲线变陡，使稳定工况性能曲线变陡，使稳定工况范围变窄。范围变窄。压缩机只能在喘振界限右边压缩机只能在喘振界限右边正常工作。正常工作。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工

26、过程机器化工过程机器 一定转速下，增大流量，一定转速下，增大流量，压缩机的压力比将下降；压缩机的压力比将下降；反之则上升。反之则上升。 一定转速下，如流量为一定转速下，如流量为设计流量时，压缩机效设计流量时，压缩机效率达最高值。当流量大率达最高值。当流量大于或小于设计流量时，于或小于设计流量时，压缩机效率都下降。压缩机效率都下降。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 压缩机的性能曲线左端受到压缩机的性能曲线左端受到喘振工况的限制，右端受到喘振工况的限制，右端受到堵塞工况的限制，在这两者堵塞工况的限制，在这两者之间的区域为压缩机稳定工之间的区域为压缩机稳定工况区。稳定工况区

27、的宽窄，况区。稳定工况区的宽窄，是衡量压缩机性能的重要指是衡量压缩机性能的重要指标之一。标之一。 压缩机级数越多，则气体密压缩机级数越多，则气体密度越大，性能曲线越陡，稳度越大，性能曲线越陡，稳定工况区越窄。定工况区越窄。 转速越高，压力比越大，但转速越高，压力比越大，但性能曲线越陡、稳定工况区性能曲线越陡、稳定工况区越窄。随着转速的增高，压越窄。随着转速的增高，压缩机的性能曲线向大流量、缩机的性能曲线向大流量、高压力方向转移。高压力方向转移。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（3） 气体和气体和进气温度对压缩机性能的影响进气温度对压缩机性能的影响如进气温度如进气温度T

28、s 不变，在相同容积流量不变，在相同容积流量Qs下下(此时此时Hpol也基本对应相等也基本对应相等)，压缩重的气体，压缩重的气体(R小的气体小的气体)所得到所得到的压力比较大；反之，压缩轻的气体，所得的较小。的压力比较大；反之，压缩轻的气体，所得的较小。假设压缩的是同一种气体介质，进气温度较高的气假设压缩的是同一种气体介质，进气温度较高的气体，其体，其Qs曲线在下方，进气温度较低的性能曲线在曲线在下方，进气温度较低的性能曲线在上方。上方。spolRTH广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.5 3.5 离心式压缩机的离心式压缩机的性能调节性能调节广东石油化工学院广东石油化

29、工学院 化工过程机器化工过程机器管网性能曲线管网性能曲线 : 指通过管网的气体流量与保证这个流量通过管网指通过管网的气体流量与保证这个流量通过管网所需要的压力之间的关系曲线，即所需要的压力之间的关系曲线，即p=f（Q）曲线。每）曲线。每一种管网都有自己的特性曲线，其决定于管网本身的一种管网都有自己的特性曲线，其决定于管网本身的结构和用户要求。有三种形式：结构和用户要求。有三种形式：管网阻力与流量无关；管网阻力与流量无关；二次曲线；二次曲线；上面两种形式的混合。上面两种形式的混合。3.5.1 3.5.1 管网性能曲线管网性能曲线广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器管网阻力与

30、流量无关；管网阻力与流量无关；2sAQp rspAQp2rpp 背压）管网端压（压缩机出口可用可用 表示的二次曲线；表示的二次曲线；上面两种形式的混合：上面两种形式的混合：QsQsAQs2QsAQs2广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.5.2 3.5.2 离心式压缩机的工作点离心式压缩机的工作点压缩机和管网的性能协调，压缩机和管网的性能协调，处于稳定操作的工作点具处于稳定操作的工作点具有两个条件；有两个条件；压缩机的排气量等于管压缩机的排气量等于管网的进气量；网的进气量；压缩机提供的背压等于压缩机提供的背压等于管网所需的端压。管网所需的端压。所以这个稳定工作点一定所以

31、这个稳定工作点一定是压缩机性能曲线与管网是压缩机性能曲线与管网性能曲线之交点。性能曲线之交点。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器调节的目的：使压缩机适应变工况下操作，保持生产系统的稳定。调节的方法：等压调节（保持排气压力不变，只改变气体流量的调节）和等流量调节（保持气体流量不变，只改变排气压力的调节） 。调节原理：设法改变压缩机的性能曲线和改变管网性能曲线，其实质是改变压缩机的工况点。3.5.3 3.5.3 离心式压缩机工况的调节离心式压缩机工况的调节广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（1） 压缩机出口节流调节压缩机出口节流调节 方法：方法：调节

32、压缩机出口管道中节流阀门的开度。调节压缩机出口管道中节流阀门的开度。特点：特点：改变管网阻力特性曲线；改变管网阻力特性曲线； 减小阀门开度，减小流量，反之亦然；减小阀门开度，减小流量，反之亦然； 阀门关小，管网阻力损失增大，系统效率降低；阀门关小，管网阻力损失增大，系统效率降低； 方法简单，操作方便。仅在风机和小型压缩机上采用。方法简单，操作方便。仅在风机和小型压缩机上采用。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（2） 压缩机进口节流调节压缩机进口节流调节方法：调节进口管道中阀门开度。方法：调节进口管道中阀门开度。特点：比出口节流调节节省功率；特点：比出口节流调节节省功率；

33、 改变压缩机性能曲线改变压缩机性能曲线的位置，达到调节输送气体的的位置，达到调节输送气体的流量和压力的目的；流量和压力的目的； 压缩机性能曲线向小流量方向移动，使其在更小流压缩机性能曲线向小流量方向移动，使其在更小流量下稳定运行。量下稳定运行。 带来一定压力损失使排气压力降低。带来一定压力损失使排气压力降低。 简便常用的方法。简便常用的方法。进气压力广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（3） 改变压缩机转速的调节改变压缩机转速的调节方法：利用原动机改变转速。方法：利用原动机改变转速。特点：特点：改变压缩机性能曲线位置；改变压缩机性能曲线位置；流量和压力的变化较大，扩大了稳

34、定工况范围；流量和压力的变化较大，扩大了稳定工况范围；经济简便的方法，不增加附加能量损失，不需改变压缩机经济简便的方法，不增加附加能量损失，不需改变压缩机的结构，但驱动机必须是可调速的。的结构，但驱动机必须是可调速的。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（4） 采用可转动的进口导叶调采用可转动的进口导叶调节（又称进气预旋调节）节（又称进气预旋调节） 方法：在叶轮之前设置进口导方法：在叶轮之前设置进口导叶，并用专门机构，使各个叶叶，并用专门机构，使各个叶片绕自身的轴转动，从而改变片绕自身的轴转动，从而改变导向叶片的角度，使叶轮进口导向叶片的角度，使叶轮进口气流产生预旋。气流

35、产生预旋。分为正预旋和负预旋。分为正预旋和负预旋。特点：特点：改变压缩机性能曲线；改变压缩机性能曲线；经济性好于进出口节流调节；经济性好于进出口节流调节；机构复杂，实际应用不多，一机构复杂，实际应用不多，一般只在风机上使用。般只在风机上使用。正预旋角正预旋角越大，曲越大，曲线越陡线越陡广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（5 5） 采用可转动的扩压器叶片调节采用可转动的扩压器叶片调节方法：改变扩压器叶片的进口角，来适应流角。方法：改变扩压器叶片的进口角，来适应流角。特点：特点：改变压缩机性能曲线；改变压缩机性能曲线

36、；扩大了稳定工作范围扩大了稳定工作范围喘振流量减小，对于喘振流量减小，对于等压下调节流量有利；等压下调节流量有利；压力、效率变化小，很压力、效率变化小，很少单独使用；少单独使用；调节机构复杂。调节机构复杂。应用不多。应用不多。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（6） 三种调节方法的经济性比较及联合采用两种调节三种调节方法的经济性比较及联合采用两种调节 （1）进口节流、进气预旋和改变转速比较，改变转速最为经济。）进口节流、进气预旋和改变转速比较，改变转速最为经济。（2）两种方法联合使用）两种方法联合使用例如：改变转速和改变扩压器叶片角度，稳定工作范围扩大。例如：改变转速和

37、改变扩压器叶片角度，稳定工作范围扩大。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器改变转速的调节方法，经济性最好，调节范围广，适用于蒸汽轮机、燃气轮改变转速的调节方法，经济性最好，调节范围广，适用于蒸汽轮机、燃气轮机驱动的压缩机。机驱动的压缩机。压缩机进口节流调节方法，方法简单，经济性较好，且具有一定的调节范围，压缩机进口节流调节方法，方法简单，经济性较好，且具有一定的调节范围，在转速固定的压缩机、鼓风机等采用。在转速固定的压缩机、鼓风机等采用。转动进口导叶调节方法，调节范围较广，经济性也好，但结构较复杂。转动进口导叶调节方法，调节范围较广，经济性也好，但结构较复杂。转动扩压器叶

38、片调节方法，使压缩机性能曲线平移，对减小喘振流量，扩大转动扩压器叶片调节方法，使压缩机性能曲线平移，对减小喘振流量，扩大稳定工作范围很有效，经济性也好，但结构复杂，目前该法很少单独采用，稳定工作范围很有效，经济性也好，但结构复杂，目前该法很少单独采用，有时同转速调节法联合使用。有时同转速调节法联合使用。出口节流调节方法最简单，但经济性最差，目前只在通风机和小功率的压缩出口节流调节方法最简单，但经济性最差，目前只在通风机和小功率的压缩机、鼓风机上使用。机、鼓风机上使用。同时采用两种调节方法，可取长补短，最有效地扩大压缩机的稳定工作范围。同时采用两种调节方法，可取长补短，最有效地扩大压缩机的稳定工

39、作范围。（7 7）对上述调节方法做一综合比较：对上述调节方法做一综合比较：广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.5.4 压缩机的串联与并联压缩机的串联与并联串联：增大气流的排出压力；串联：增大气流的排出压力；并联：增大气流的输送流量。不适于管网阻力较大的系统。并联：增大气流的输送流量。不适于管网阻力较大的系统。要求：需保证压缩机的特性与管网特性相互匹配，防止使用要求：需保证压缩机的特性与管网特性相互匹配，防止使用不当出现问题。不当出现问题。串联和并联操作适串联和并联操作适用于流量或压力需用于流量或压力需长时间增加的操作，长时间增加的操作，在风机或离心泵中在风机或离心泵中

40、使用普遍，在压缩使用普遍，在压缩机不常应用。机不常应用。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器当压缩机串联工作时：当压缩机串联工作时： 两台压缩机的质量流量两台压缩机的质量流量G应相等，对应的进口体积流量应应相等，对应的进口体积流量应满足的关系。两台压缩机串联后，总的性能曲线要比单机陡。满足的关系。两台压缩机串联后，总的性能曲线要比单机陡。为了保证合适的稳定工作范围，一般要求第二台压缩机的稳定为了保证合适的稳定工作范围，一般要求第二台压缩机的稳定工况区最好比第一台宽。工况区最好比第一台宽。 由于压缩机的串联增加了整个系统的复杂性，因此很少采用。由于压缩机的串联增加了整个系统

41、的复杂性，因此很少采用。一般在设计时，应使一台压缩机就能满足压力要求。一般在设计时，应使一台压缩机就能满足压力要求。压缩机的并联常用于以下情况：压缩机的并联常用于以下情况：(1) 必须增加输气量，而又不需要对现有的压缩机作重新改造；必须增加输气量，而又不需要对现有的压缩机作重新改造；(2) 气体用量很大，用一台压缩机可能尺寸过大或制造上有困气体用量很大，用一台压缩机可能尺寸过大或制造上有困难，这时应考虑两台小的压缩机并联供气；难，这时应考虑两台小的压缩机并联供气；(3) 用户的用气量经常变动，这时用两台机器并联，一台作为用户的用气量经常变动，这时用两台机器并联，一台作为主要工作机，另一台作辅机

42、。主要工作机，另一台作辅机。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.6.1 3.6.1 相似理论的应用价值相似理论的应用价值 按照性能良好的模型级或机器，快速设计出性能良好的新机按照性能良好的模型级或机器，快速设计出性能良好的新机器；器；将模型化试验的结果，换算成设计条件或使用条件下的机器将模型化试验的结果，换算成设计条件或使用条件下的机器性能；性能；相似的机器可用通用性能曲线表示其性能；相似的机器可用通用性能曲线表示其性能；使产品系列化、通用化、标准化，利于产品设计制造，也利使产品系列化、通用化、标准化，利于产品设计制造，也利于产品的选型使用。于产品的选型使用。利用相似

43、理论中的一些规律，与试验结合，有效解决一些复利用相似理论中的一些规律，与试验结合，有效解决一些复杂过程的研究和设计问题：大致有以下四方面用途：杂过程的研究和设计问题：大致有以下四方面用途：相似理论的主要任务在于揭示满足相似所需的足够条件，包括找出决定流相似理论的主要任务在于揭示满足相似所需的足够条件，包括找出决定流动相似的相似准数。在离心式压缩机中的应用有重要意义。动相似的相似准数。在离心式压缩机中的应用有重要意义。3.6 相似原理在离心式压缩机中的应用相似原理在离心式压缩机中的应用广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器对于离心压缩机的相似原理，主要是研究气体在机内接对于离

44、心压缩机的相似原理，主要是研究气体在机内接受叶轮外功，进行能量交换过程中的流动相似问题。受叶轮外功，进行能量交换过程中的流动相似问题。为简化讨论，仅研究理想气体在一元稳定流动中的流动为简化讨论，仅研究理想气体在一元稳定流动中的流动相似。相似。3.6.2 3.6.2 离心压缩机流动相似应具备的条件离心压缩机流动相似应具备的条件流动相似：流体流经几何相似的通道或机器时，其流动相似：流体流经几何相似的通道或机器时，其任意对应点上同名物理量比值相等，就可认为机器任意对应点上同名物理量比值相等，就可认为机器的流动性能相似。的流动性能相似。相似条件：几何相似、运动相似、动力相似、热力相似。相似条件：几何相

45、似、运动相似、动力相似、热力相似。为了保证两机流动相似必须具备的相似条件：为了保证两机流动相似必须具备的相似条件：广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器对于离心压缩机要保持两机流动相似必须具备的条件：对于离心压缩机要保持两机流动相似必须具备的条件：（1 1）几何相似：两机通流部件对应的线性尺寸之比为）几何相似：两机通流部件对应的线性尺寸之比为常数，对应角度相等。即：常数，对应角度相等。即：几何相似是物理现象相似的先决条件。几何相似是物理现象相似的先决条件。22112211222211AAAALzzDDbbDDDD广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器广东

46、石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（2 2）运动相似：流动过程中两机对应点的同名速度）运动相似：流动过程中两机对应点的同名速度大小成比例，且为一常数，速度方向角相同大小成比例，且为一常数，速度方向角相同 。 实际上一般只要求叶轮进口速度三角形对应相似实际上一般只要求叶轮进口速度三角形对应相似就满足运动相似的要求。就满足运动相似的要求。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（3）动力相似：指两机对应点上作用的同名力大小成）动力相似：指两机对应点上作用的同名力大小成比例，且为一常数，力的方向对应相同。比例，且为一常数，力的方向对应相同。 判别动力相似的判据是

47、动力相似准数：表示粘性判别动力相似的判据是动力相似准数：表示粘性影响的决定性准数是影响的决定性准数是雷诺数雷诺数；表示可压缩性影响的决；表示可压缩性影响的决定性准数是定性准数是马赫数马赫数。 离心式压缩机的雷诺数往往大于临界值离心式压缩机的雷诺数往往大于临界值（5106107），摩阻系数近似常数，可不考虑。），摩阻系数近似常数，可不考虑。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 在气体压缩过程中，气体参数的变化受气体可压在气体压缩过程中，气体参数的变化受气体可压缩性的影响，随马赫数的增大，其影响愈加显著。所缩性的影响，随马赫数的增大，其影响愈加显著。所以，要保持两机流动相似，

48、各对应点的马赫数应相等。以，要保持两机流动相似，各对应点的马赫数应相等。为了简化以不随工况改变的机器特征马赫数代替第一为了简化以不随工况改变的机器特征马赫数代替第一级进口马赫数，即动力相似的条件是两机的级进口马赫数，即动力相似的条件是两机的特征马赫特征马赫数相等数相等。ussuMTRkukRTuM广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（4）热力相似：指气体在两机内的流动过程中，气）热力相似：指气体在两机内的流动过程中，气体的热力过程相似，即两机的气体等熵指数应相等。体的热力过程相似，即两机的气体等熵指数应相等。等熵指数相等是两机相似的必需条件。等熵指数相等是两机相似的必需条

49、件。若若k 相等，还可证明两机多变指数相等，还可证明两机多变指数m 相等，多变效相等，多变效率率pol相等。相等。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器所以，要保持两台离心压缩机流动完全相似，必须具所以，要保持两台离心压缩机流动完全相似，必须具备以下相似条件：备以下相似条件：几何相似；几何相似；叶轮进口速度三角形相似（运动相似）；叶轮进口速度三角形相似（运动相似）；特征马赫数相等（动力相似）；特征马赫数相等（动力相似）；气体等熵绝热指数相等（热力相似）。气体等熵绝热指数相等（热力相似）。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器 3.6.3 3.6.3 离心

50、式压缩机的性能换算离心式压缩机的性能换算（1）符合相似条件的性能换算（完全相似）符合相似条件的性能换算（完全相似）两台机器符合相似条件时，只要知道一台机器的性能参两台机器符合相似条件时，只要知道一台机器的性能参数，就可应用相似换算得到另一台机器的性能参数数，就可应用相似换算得到另一台机器的性能参数 。解决的问题：解决的问题：将模型机试验条件下的性能参数，换算成实物机设计将模型机试验条件下的性能参数，换算成实物机设计条件时的性能参数；条件时的性能参数；新设计制造的机器在产品试验条件下的性能参数，换新设计制造的机器在产品试验条件下的性能参数，换算成产品设计时的性能参数。算成产品设计时的性能参数。广

51、东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器polpol压力比关系压力比关系多变效率关系多变效率关系能量头关系能量头关系功率关系功率关系ssssLtottottottotppTRRTHGGHNN转速关系转速关系ssLRTTRnn流量关系流量关系ssLssTRRTQQ2sspolpolTRRTHH广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器(2)(2)模化设计模化设计模化设计：把一台已有性能良好的压缩机作为样机模化设计：把一台已有性能良好的压缩机作为样机（模型机），设计一台完全相似的新机器（实物机）（模型机），设计一台完全相似的新机器（实物机）的过程。的过程。设计过程：

52、设计过程：选择合适的模化样机和模化点；选择合适的模化样机和模化点；确定几何尺寸的缩放比；确定几何尺寸的缩放比；确定新机器的转速；确定新机器的转速；确定功率；确定功率；根据模型机的性能曲线，利用上述符合相似条件的根据模型机的性能曲线，利用上述符合相似条件的性能参数换算有关公式，得到新机器的性能曲线。性能参数换算有关公式，得到新机器的性能曲线。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器3.7 离心式压缩机中的主要零部件离心式压缩机中的主要零部件3.7.1 叶轮叶轮叶轮是主要的做功元件，它将外界（原动机）的能量叶轮是主要的做功元件，它将外界（原动机）的能量传递给气体，使气体增压。传递

53、给气体，使气体增压。（1）叶轮组成及种类：）叶轮组成及种类：按叶轮结构型式按叶轮结构型式闭式叶轮：闭式叶轮：性能好、效率高；由于轮盖的影响，叶性能好、效率高；由于轮盖的影响，叶轮圆周速度受到限制。轮圆周速度受到限制。半开式叶轮：半开式叶轮：效率较低，强度较高。效率较低，强度较高。双面进气叶轮：双面进气叶轮：适用于大流量，且轴向力平衡好。适用于大流量，且轴向力平衡好。 广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器闭式叶轮闭式叶轮半开式叶轮半开式叶轮双面进气叶轮双面进气叶轮广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器按叶轮叶片型式按叶轮叶片型式后弯型叶轮：后弯型叶轮：A

54、2 90，级效率高，稳定工作范围宽。，级效率高，稳定工作范围宽。径向型叶轮：径向型叶轮： A2 90 ，性能介于后弯型和前弯型之间。，性能介于后弯型和前弯型之间。前弯型叶轮：前弯型叶轮： A290，级效率较低，稳定工作范围窄。，级效率较低，稳定工作范围窄。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（2）叶片安装角）叶片安装角 叶片入口安装角叶片入口安装角A1的确定是从避免气体进入叶道时产生冲击的确定是从避免气体进入叶道时产生冲击损失考虑的，即在设计工况下，基本上应等于入口气流相对速损失考虑的，即在设计工况下，基本上应等于入口气流相对速度方向角度方向角1。 A1不能过小不能过小(

55、 15)，否则叶道将过长，会增流动损失。一，否则叶道将过长，会增流动损失。一般取般取3034。 在多级压缩机中，为了便于设计及加工，常对同一段叶轮取在多级压缩机中，为了便于设计及加工，常对同一段叶轮取同一个同一个A1值。值。叶片出口安装角叶片出口安装角A2一般一般 1640，最常用的是，最常用的是2030。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器2222ctg1uHArT（3）流量系数）流量系数2r222ucrr流量系数流量系数 是一个随压缩机气量变化而变化的气动参数，是一个随压缩机气量变化而变化的气动参数，要选择的是设计工况下的流量系数。要选择的是设计工况下的流量系数。 的

56、取值合理与否对级的的取值合理与否对级的能头及效率影响很大。从欧拉方程式能头及效率影响很大。从欧拉方程式2r当当 取较小时，取较小时，HT较大。为了保证级的能头不至于太小，应较大。为了保证级的能头不至于太小，应该选取较小的该选取较小的 值。值。但因为叶道中的气流受轴向涡流和曲线形通道造成的离心惯性但因为叶道中的气流受轴向涡流和曲线形通道造成的离心惯性力影响，气流分布是不均匀的，为了不使低速处的气流速度小力影响，气流分布是不均匀的，为了不使低速处的气流速度小到零，甚至为负值到零，甚至为负值(倒流倒流)，就必须保证叶道中具有足够大的平均，就必须保证叶道中具有足够大的平均速度，因此太小也不利。叶道中气

57、流的不均匀程度随速度，因此太小也不利。叶道中气流的不均匀程度随A2增大而增大而增大，因此流量系数的适宜值也就随增大，因此流量系数的适宜值也就随A2的增大而增大。的增大而增大。2r2r广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器不同型式叶轮的流量系数推荐值不同型式叶轮的流量系数推荐值广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（4）叶轮相对宽度）叶轮相对宽度 b2/D2叶轮宽度叶轮宽度b2与进气量、叶轮直径以及所选择的流量系数均有关与进气量、叶轮直径以及所选择的流量系数均有关系。在叶轮直径一定的情况下，大流量要求系。在叶轮直径一定的情况下，大流量要求b2大，小流量则大

58、，小流量则b2小。小。如如b2D2过大，叶道中气速分布严重不均匀，容易出现边界层过大，叶道中气速分布严重不均匀，容易出现边界层分离，导致叶轮及扩压器效率下降。分离，导致叶轮及扩压器效率下降。若若b2D2过小，则叶道水力半径减小，过小，则叶道水力半径减小，Re数减小而使摩擦系数数减小而使摩擦系数增大。增大。若若b2D2过小，轮阻损失及泄漏损失增大，级效率下降。过小，轮阻损失及泄漏损失增大，级效率下降。试验表明试验表明0.025b2D20.065较合适。对径向叶片型叶轮宜取较合适。对径向叶片型叶轮宜取较小值，对后弯叶片型叶轮取偏大值。较小值，对后弯叶片型叶轮取偏大值。 广东石油化工学院广东石油化工

59、学院 化工过程机器化工过程机器（5）叶轮直径比）叶轮直径比 D1/D2叶轮入口直径与出口直径之比叶轮入口直径与出口直径之比D1D2过大或过小都会过大或过小都会降低气流在叶轮中的流动效率。降低气流在叶轮中的流动效率。若若D1D2过大，则会增加叶道的扩张角，容易造成边过大，则会增加叶道的扩张角，容易造成边界层分离，同时还会使界层分离，同时还会使( )减小，不能充分利减小，不能充分利用叶轮给气体的旋转惯性力来提高气体静压，降低了级用叶轮给气体的旋转惯性力来提高气体静压，降低了级效率。效率。若若D1D2过小，则使叶道过长，摩擦阻力损失增加，过小，则使叶道过长，摩擦阻力损失增加，也影响效率。也影响效率。

60、根据试验结果，一般认为根据试验结果，一般认为D1D2=0.450.65较合适。较合适。 uu广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（6）叶轮叶片型线）叶轮叶片型线叶片一般有圆弧型、直线型、机翼型及扭曲型叶片一般有圆弧型、直线型、机翼型及扭曲型等。等。一般多采用圆弧型，因为它加工方便，且性能一般多采用圆弧型，因为它加工方便，且性能较好。较好。广东石油化工学院广东石油化工学院 化工过程机器化工过程机器（7）叶片数）叶片数 z叶轮中的叶片起着对气体作功、并引导气体作有效流动的作用。叶轮中的叶片起着对气体作功、并引导气体作有效流动的作用。叶片太少，有效导流作用弱，轴向涡流的强度增加