离心式压缩机8

离心式压缩机8第1页/共64页1．对于多级离心压缩机，若要达到同样的压力比，压缩重气体时，所需的多变压缩功___,因而级数就___；反之，压缩轻气体时，所需的多变压缩功___，因而级数就要____。2．离心压缩机的工作特性可简要地表示为在一定转速和进口条件下的___与流量、___与流量的性能曲线。就压力比与流量的性能曲线而言，在一定转速下增大流量，压缩机的压力比将___，反之则___。3.压缩机性能曲线的左边受到____的限制，右边受到___的限制，在这两个工况之间的区域称为压缩机的____。内容回顾：第2页/共64页4.喘振机理、危害及预防措施？5.离心压缩机常用的调节方法？6.某压缩机原在图I所示的A点正常运转，后来由于某种原因，进气管被异物堵塞而出现喘振，试借助图I分析其原因。图I-3-3图I第3页/共64页3.3安全可靠性3.3.1叶轮强度3.3.2转子临界转速3.3.3轴向推力的平衡3.3.4抑振轴承3.3.5压缩机密封3.3.6机械故障诊断第4页/共64页3.3.1叶轮强度由于离心叶轮高速旋转所产生的离心力及与轴过盈配合所产生的压紧力等，会使叶轮内部产生很大的应力，为保证安全运转，需要进行叶轮强度计算。闭式叶轮由轮盘、轮盖和叶片构成，从强度观点看，轮盖可视为轮盘的一个特例。而沿周向分散的叶片，可假定为沿周向均匀分布的由特定材料制成的盘形夹层。故叶轮强度计算主要是轮盘应力计算。目前轮盘应力计算有二次法、递推一代入法和有限元法。应当指出，由于叶轮的重要作用和特殊地位，通常均选用优质的材料，考究的制造工艺和偏于安全的圆周速度uz，故叶轮的安全可靠性，一般是可以有所保证的。第5页/共64页3.3.2转子临界转速n<2nc1

为了确保机器运行的安全性，要求工作转速远离第1、2阶临界转速，其校核条件是对于刚性转子对于柔性转子

为了防止可能出现的轴承油膜振荡，工作转速应低于二倍的第一阶临界转速，即n≤0.75nc11.3nc1≤n≤0.7nc2第6页/共64页3.3.3.1转子承受的轴向推力（1）闭式叶轮轴向推力的计算（2）半开式叶轮轴向推力的计算3.3.3轴向推力的平衡第7页/共64页3.3.3.1闭式叶轮轴向推力情况第8页/共64页3.3.3.2半开式叶轮轴向推力情况第9页/共64页3.3.3.2轴向推力的平衡措施（1）叶轮对排

（2）叶轮背面加筋

（3）采用平衡盘（也称平衡活塞）第10页/共64页第11页/共64页第12页/共64页第13页/共64页3.3.4.1滑动轴承的基本工作原理3.3.4.2几种常用的抑振轴承3.3.4抑振轴承第14页/共64页3.3.4.1滑动轴承的基本工作原理第15页/共64页第16页/共64页第17页/共64页3.3.4.2几种常用的抑振轴承第18页/共64页第19页/共64页第20页/共64页第21页/共64页第22页/共64页第23页/共64页第24页/共64页3.3.5压缩机密封结构1压缩机中常见的密封形式2迷宫密封浮环油膜密封机械密封和干气密封第25页/共64页压缩机中常见的密封形式第26页/共64页迷宫密封1迷宫密封的结构形式2密封原理3迷宫密封设计及使用中应注意的问题第27页/共64页迷宫密封的机构形式第28页/共64页第29页/共64页分整体和镶片两种结构，这种迷宫密封的结构特点是密封齿的伸出高度不一样，而且高低齿相间排列，与之相配的轴表面，是特制的凹凸沟槽，这种高低齿与凹凸沟槽相配的结构，使平滑的密封间隙变成了曲折式，因此，增加了流动阻力，提高了密封效能。第30页/共64页常用于叶轮盖板和平衡盘处第31页/共64页第32页/共64页迷宫密封的原理当气流漏过齿缝时，因流通截面突然变小而产生加速降压的收敛膨胀过程（节流），其温度、压力降低但速度增加；当气流从齿缝漏入两齿间空腔时，由于截面突然扩大，使气流形成很强的漩涡，从而使速度几乎消失而转化成热能，气体温度基本恢复而压力不变。迷宫密封的特点是：必须有一定的漏气量。故不可能实现完全密封。第33页/共64页设计和使用中应注意的问题第34页/共64页第35页/共64页浮环油膜密封密封机理：套于轴上的圆环，其内壁与轴存在一定的间隙。轴旋转时，轴表面带动密封液进入偏心的间隙内。产生流动压效应，使环浮动抬升，环内壁脱离轴表面而变成非接触状态。在此状态下利用周向狭长间隙的节流作用而达到阻漏的目的第36页/共64页机械密封和干气密封干气密封：类似机械密封，节省油封装置，10MPa第37页/共64页第38页/共64页3.3.5.1机械故障诊断的必要性3.3.5.2故障诊断监测系统3.3.5.3故障监测技术3.3.5.4机械故障诊断方法3.3.6机械故障诊断第39页/共64页3.3.5.1机械故障诊断的必要性

所谓故障是指机器丧失工作效能的程度，但通常故障是能修复或排除。长期以来采用的是定期预防性维修制度，即到一定时间不出故障也要停机大修，解体检查，一些部件还不到使用寿命就得更换，造成维修费用很大和停产时间很长等损失。如采用机器故障诊断技术，则可改为预防性维修制度，根据故障诊断结果，确定适时的停机和局部维修，这样就大大延缓停机大修的时间，甚至不必定期停机大修，从而节省了维修费用，增加了持续生产的时间。第40页/共64页3.3.5.2故障诊断监测系统3.3.5.2故障诊断监测系统机器故障诊断的过程一般包括如下的主要环节(1)机器状态参数的检测，即信号采集；(2)信号处理，提取故障特征信息；(3)确定故障的发生部位、类型和程度；(4)对确定的故障作防治处理与监控。第41页/共64页3.3.5.3故障监测技术3.3.5.3故障监测技术a．振动信号的采集应用各类测振传感器检测机器振动的位移、速度和加速度，并转为电信号送入分析处理器。b．振动信号的处理它是将传感器感受到的各种激振力作用的复杂信号加工处理，提取与故障有关的特征信息，并从模拟量变化为数字量，然后送人数字运算电路或电子计算机进行信号分析处理，最后获得用于故障分析的数字或图形。(1)机器振动检测技术(2)热红外技术(3)声发射技术(4)噪声分析技术(5)润滑油的光谱、铁谱分析技术第42页/共64页3.3.5.4机械故障诊断方法3.3.5.4机械故障诊断方法

机器故障诊断中除了检测状态参数和信号处理之外，更重要的是根据提取的特征信息进行故障识别与诊断，以确定故障发生的部位、类别和程度，然而这是一项相当复杂与艰巨的工作。现今，故障诊断方法已有多种，如综合比较诊断法、特性变化诊断法、故障树诊断法、模糊诊断法、专家系统诊断法和神经网络诊断法等。其中，专家系统诊断法是一种智能化的计算机诊断系统，能使一般人员像专家一样识别与判断机械故障；而神经网络诊断法是一种由模仿人的大脑神经元网络结构而建立的一种非线性的动力学网络系统，可使专家更为准确地识别与判断机械故障。第43页/共64页3.4选型3.4.1选型的基本原则3.4.2选型分类3.4.3选型方法第44页/共64页3.4.1选型的基本原则1.提出产品应达到的技术指标(1).性能指标流量、压力比、效率、功率和变工况适用范围；经常运行的工作点作为设计点，使经济性最好(2).安全指标合理确定零部件的材料；转子动平衡允许的残留不平衡量；工作转速离开一、二阶临阶转速的数值；主要零部件的装配尺寸及其间隙；机器运行的震动值（振幅)第45页/共64页2.提出产品的经济指标(1)产品价格：质量与价格兼顾（2）供货时间(3)使用寿命：10~15年3.选用性能调节方式出口调节不经济，可变转速调节，经济性好、工况范围大4.提出必须配备的仪表附属系统（冷却润滑）、检测系统（测压力、流量、温度、转速、振动量等，确定检测部位、选择仪器仪表）、控制系统（开、停车、防喘振、连锁紧急停车、自动调节维持高效工况点）5.其他事项单台、小批量厂家可满足具体要求（转子转向、进排气位置、机器高度等）第46页/共64页3.4.2选型分类3.4.2.1按气体流量与压力选型3.4.2.2轴流式与离心式压缩机的性能比较3.4.2.3按工作介质选型3.4.2.4按机器结构特点选型3.4.2.5原动机选型第47页/共64页按流量和压力选型第48页/共64页轴流式压缩机的工作原理轴流式压缩机级：动叶和静叶构成。叶栅的概念第49页/共64页轴流式与离心式的性能比较(1)轴流压缩机适用于更大的流量(2)轴流式的级压力比低(3)轴流压缩机的效率高(4)轴流压缩机的变工况特性较差第50页/共64页(1)轴流压缩机适用于更大的流量DtDh通流面积：进气速度第51页/共64页(2)轴流式的级压力比低

在轴流级中气流方向基本平行于轴线，径向分速cr≈０，由于动叶前后的u1≈u2，由欧拉方程可知，故级中获得的能量比离心式的少。因而有效压缩功小，级压力比低。一个转子上的级数有限，故它不使用于高压力比的场合。第52页/共64页(3)轴流压缩机的效率高效率高：流经动静叶栅的流线弯曲小，流程短，流动损失小；机翼型叶片，分离损失小第53页/共64页由于相当薄的机翼型动、静两排叶片都对来流方向十分敏感，且两排叶片靠得很近随着流量的增减，内部正负冲角的增大，使级压力比变化剧烈，其ε一qv曲线很陡，η一qv曲线左右都下降得厉害。故轴流式的变工况适应性较差。但若各级静叶全部可调，能具有很好的变工况适应性.(4)轴流压缩机的变工况特性较差第54页/共64页轴流离心压缩机性能曲线对比第55页/共64页3.4.2.3按工作介质选型(1)按轻气体与重气体选型(2)按工作介质的性质及排气压力是

否很高选型(3)按气固、气液两相介质选型第56页/共64页压缩轻气体:应尽可能选用优质材料以提高叶轮的u2，并选用叶片出口角较大，叶片数较多的叶轮，以尽可能的提高单级的压力比，从而减少级数。压缩重气体:单级离心压缩机，但应注意u2的数值不能太大，否则还将受马赫数较大的影响而使效率下降，变工况范围缩小。(1)按轻气体与重气体选型第57页/共64页(2)按工作介质的性质及排气压力选型

如工作介质有毒、易燃、易爆、贵重和排气压力很高，则选用的机器应具有密封严密的轴端密封装置，对防介质泄漏可提出极小的允许漏量，甚至不允许有丝毫的泄漏。另外，应对温度的提高有一定的限制，这就需要选用带有中间冷却的压缩机。其压缩机如何分段，则需按对温度升高的限制程度和节省能耗综合考虑。第58页/共64页(3)按气固、气液两相介质气体中含有固体颗粒或液滴的两相介质按两相流理论进行设计通流部件特别是叶轮、叶片应选用耐磨损、耐锈蚀的材料或表面喷涂硬质合金等进行特殊的表面处理。第59页/共64页①.产品选型：商品机型由已知条件要求直接查找产品目录选型，简单（单级）选型②.厂商选型：设计机型（技术装备储备）由已知条件要求，方案计算、初

选型式与制造厂商议选型（大企

业常用）③.软件选型：优化机型已知条件要求，软件优化选型与性能预测，委托厂商设计制造

选型软件（美国、中科院、西交大）价格、成本、厂商协作等问题3.4.3选型方法第60页/共64页3.4.4选型事例

通用空气压缩机选型事例（理想气体）

①．已知数据输送空气（标准）流量

qVN

、进口压力

pin

、进口温度

tin

、出口压力

pout

出口温度

tout

；电机驱动

②．初选方案

压比ε（余量2～6％（3-62）式）→级数（单机ε＝1.4～1.5）→冷却型式（分段、中冷）本例ε＝9.4（无压力余量ε＝9.1），选6级2段1中冷器

单级ε单

＝1.59～1.37（平均1.45）

③．选取参数（根据设计标准、设计手册、参考资料等）

结构参数：（各段相同）转速

n

；（分段相同）叶轮直径

D2、叶轮圆周速度

u2叶片出口角β2A、叶片数

Z、叶片厚度δ2

性能系数：流量系数φ2r（0.284～0.18）、

轮阻损失系数βdf（0.022～0.037）

漏气损失系数βl（0.01～0.023）

效率参数：多变效率ηpol（0.78～0.75）、机械效率ηm（0.97）

气体参数：绝热指数

k、气体常数

R，（标准状态）压力

pN

、温度

TN比容比

kV2（kV2＝v0/v2＝ρ2/ρ0＝qV0/qV2

）第61页/共64页

④．性能计算质量流量qm（余量1～5％

[3-60]式，标准流量换算）叶轮出口通流系数τ2（3-3式）理论（级）能头Hth（3-10式）总能头Htot（3-32式）多变能头Hpol（导自3-34式）级压比ε（3-19式或3-31式）级出口压力p0′（p0ε）级出口温度T0′级进口流量q