离心式压缩机PPT课件.ppt

1、离心式压缩机,1,目录,离心式压缩机组概述 基本方程式 主要零部件与辅助系统 多级压缩 级内的各种流量损失 性能与调节 常见故障维修,2,概述,3,离心泵 往复泵 输送流体泵 旋转泵 计量泵 流体输送设备 旋涡泵 通风机 输送气体风机 鼓风机 压缩机,概述输送设备分类,4,压缩机的分类,按其工作原理可分为： （1）往复式（活塞式）压缩机 （2）离心回转式（旋转式）压缩机 （3）（涡轮式、水环式、透平）压缩机 （4）轴流式压缩机 （5） 喷射式压缩机 （6）螺杆压缩机。 按压缩机的气缸位置（气缸中心线）可分为： （1）卧式压缩机，气缸均为横卧的（气缸中心线成水平方向）。 （2）立式压缩机气缸均为

2、竖立布置的（直立压缩机）。 （3）角式压缩机，气缸布置成L型、V型、W型和星型等不同角度的。,5,压缩机的分类,按气缸的排列方法可分为： （1）串联式压缩机：几个气缸依次排列于同一根轴上的多段压缩机，又称单列压缩机。 （2）并列式压缩机：几个气缸平行排列于数根轴上的多级压缩机，又称双列压缩机或多列压缩机。 （3）复式压缩机：由串联和并联式共同组成多段压缩机。 （4）对称平衡式压缩机：气缸横卧排列在曲轴轴颈互成180度的曲轴两侧，布置成H型，其惯性力基本能平衡。（大型压缩机都朝这方向发展）。,6,7,容积式压缩机,8,压缩机的分类（续）,按压缩机的排气终压力可分为： （1）低压压缩机：排气终了压

3、力在310表压。 （2）中压压缩机：排气终了压力在10100表压。 （3）高压压缩机：排气终了压力在1001000表压。 （4）超高压压缩机：排气终了压力在1000表压以上。,9,离心式压缩机的特点,离心式压缩机与活塞式压缩机相比较，具有下列特点： 在相同功率时，其外形尺寸小、重量轻、占地面积小。 无往复运动部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单。 磨损部件少，连续运行周期长，维修费用低，使用寿命长。 易于实现多级压缩和节流，达到同一台制冷机多种蒸发温度的操作运行。 能够经济地进行无级调节。 对大型压缩机，若用经济性高的工业汽轮机直接带动，实现变转速调节，节能效果更好。 转速较高，用电动机驱

4、动的一般需要设置增速器。 当入口压力太低时，压缩机组会发生喘振而不能正常工作。,10,离心式压缩机的分类,按气体运动方向分类 1、离心式：气体在压缩机内大致沿径向流动 2、轴流式：气体在压缩机内大致沿轴向流动 3、轴流离心组合式：有时机组在轴流的高压段配上离心式。 按排气压力分 1、通风机： PD0.0142MPa 表压 2、鼓风机：0.0142MPa PD0.245MPa 表压 3、压缩机：PD0.245MPa 表压 按剖分形式分 1、水平剖分：机组外壳按水平形式剖分 2、筒形：机组外壳为垂直形式剖分,11,离心式压缩机剖面图,12,离心压缩机,离心压缩机叶轮,13,压缩气体用于合成及聚合

5、在化学工业中，气体压缩至高压，常有利于合成和聚合。例如氮和氢合成氨、氢与二氧化碳合成甲醇，二氧化碳与氨合成尿素等。又如在化学工业中，聚乙烯工业发展很快，所用聚合压力范围很广，有些甚至达到3200公斤/平方厘米。 压缩气体用于油的加氢精制 石油工业中，用人工办法把氢加热加压后与油反应，能使碳氢化合物的重组份裂化成碳氢化合物的轻组份，如重油的轻化、润滑油加氢精制等。 压缩气体用于气体输送 用与管道输送气体的压缩机，加压后便于气体输送。要视管道的长短以及输送气体的成分决定起压力。,石化行业中压缩机的应用场合,14,离心式压缩机概述,工作原理 典型结构与工作过程 级的结构与叶轮 离心式压缩机特点 适用

6、范围,离心压缩机结构,15,工作原理,一般说来，提高气体压力的主要目标就是增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气体分子与分子间的距离。达到这个目标可采用的方法有： 1、用挤压元件来挤压气体的容积式压缩方法(如活塞式)； 2、用气体动力学的方法，即利用机器的作功元件(高速回转的叶轮)对气体作功，使气体在离心力场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩压流道中流动时这部分动能又转变成静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理或增压原理。,16,利用气体动力学原理，介质进入叶轮叶道后，高速旋转的叶片带动介质旋转，使介质产生离心力，在离心力作用下介质飞出叶道并产生动能和压能，

7、从而实现机械能转化。随后，介质进入扩压管，介质流动速度降低，使部分动能转化为压能，达到压力升高的目的。 能量转化过程：机械能气体动能、压能全部压能 叶轮 道内介质 扩压器 叶轮输出的是机械能，转速越高、直径越大输送能量越大。,离心式压缩机工作原理,17,气体或液体，从叶轮上获得能量，但转化为压能时受离心力影响。介质质量、叶轮半径和转速直接影响离心力。 离心力： 当叶轮半径和转速一定时： 液体： 质量大，体积、温度不变化，机械能大部分转为液压能。 气体： 质量小，比容、温度都变化，使气体离心力减小；同时，部分能量转化为热能，降低了气体所生成的压力能。,离心泵与离心式压缩机的区别,18,离心式压缩

8、机组结构,19,离心式压缩机组组成,20,A：进气口B：可调进气导片阀IGVC：一级离心叶轮和扩压室D：一级排气管口E：一级中冷却器F：二级离心叶轮和扩压室G：二级排气管口H：二级中冷器I：三级离心叶轮和扩压室J：三级排气管口K：增速主动齿轮,离心式压缩机组成,21,离心式压缩机组成与工作过程,22,离心式压缩机典型结构,1吸入室 2轴 3叶轮 4固定部件 5机壳 6轴端密封 7轴承； 8排气蜗室,1,1,23,离心式压缩机,24,离心式压缩机组成,25,离心式压缩机的结构气缸,是压缩机的壳体又称为机壳。由壳体和进排气室组成，内装有隔板、密封体、轴承等零部件。 对它的主要要求是：有足够的强度以

9、承受气体的压力，法兰结合面应严密，主要由铸钢组成。,26,隔板是形成固定元件的气体通道，根据隔板在压缩机所处的位置，隔板可分为4种类型：进口隔板、中间隔板、段间隔板、排气隔板。进气隔板和气缸形成进气室，将气体导流到第一级叶轮入口，对于采用可调和欲旋的压缩机，在进气隔板上还可装上可调叶片，以改变气流的方向。中间的隔板用处有2个，一是形成扩压室，使气体流出后具有的动能减少，转变成压强的增高：二是形成弯到流向中心，流到下级叶轮入口。段间隔板的作用是指在段间对排的2MCL、2BCL型压缩机中分隔两段排气口。排气隔板除了与末级叶轮前隔板形成末级扩压式之外，还要形成排气室.,离心式压缩机的结构 隔板,27

10、,离心式压缩机的结构,28,按流道各组件顺序： （1）吸气室：气体入口管道，引导气流进入叶轮中心。,离心式压缩机基本结构,29,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。,1）叶轮的种类：按叶轮结构型式 闭式叶轮：性能好、效率高；由于轮盖的影响，叶轮圆周速度受到限制。 半开式叶轮：效率较低，强度较高。 双面进气叶轮：适用于大流量，且轴向力平衡好。,离心叶轮的典型结构,（2）叶轮,30,（2）叶轮,叶轮的典型结构,31,半开式叶轮,32,2）、按叶片弯曲形式 后弯叶片：弯曲方向与叶轮旋转方向相反，级效率高，2A90 径向叶片：2A90，工作稳定范围宽，常用 前弯叶片：

11、弯曲方向与叶轮旋转方向相同， 2A90，效率低，稳定工作范围较窄，多用于一部分通风机。,离心叶轮的典型结构,33,叶片形式,34,起扩压和导流作用。 扩压原理： 气流从叶轮中出来，速度高， 动能大。进入扩压器后，由于 流通面积逐渐增大，使速度降 低，依据能量守恒与转换定律 ，部分动能减少而转换为压能， 实现增压的目的。 扩压器种类： 无叶片式；叶片式；直壁式。,3 扩压器,35,无叶扩压器：结构简单，级变工况较好，效率高，稳定工作范围宽。 叶片扩压器：结构复杂，变工况性能差，效率较低，稳定工作范围窄。,扩压器,36,（4）弯道：引导气流转向，由离心方向转为向心方向流动。 （5）回流器：靠流道内

12、叶片导流，使气体无冲击的进入下一 级叶轮中心。 通常：扩压器+弯道+回流器称为定子或导轮。,37,“级”是离心式压缩机的基本单元，从级的类型来看，一般可分为中间级: 由叶轮、扩压器、弯道、回流器组成； 首级: 由吸气管和中间级组成； 末级: 由叶轮、扩压器、排气蜗壳组成,1叶轮 2扩压器 3弯道 4回流器,级的典型结构,38,一级组成：叶轮+导轮 一台压缩机有多级串联而成，一般59级，多则十几级。 一段组成：有一个进口和出口，中间有几级叶轮组成为一段。 一台压缩机可能有二段，也可有三段。 一缸：由一个完整圆筒形外壳组成的机体为一个缸。 一列：几个缸排在一条轴线上的为一列。,39,（6）蜗壳（排

13、出口）： 泵与压缩机的终端出口都作成蜗壳状。 特性：蜗壳沿旋转方向截面面积逐步增大，使气流速度在各 截面上均等，这样，流动阻力损失最小。,40,（7）主轴,压缩机的关键部件，他是主要起到装配叶轮、平衡盘、推力盘的作用，是转子部分的中心部位。,41,（8）密封件：轴端密封：防止气体外泄漏。 低压端用迷宫密封； 高压端用浮环机械密封。 （压力油膜与浮环密封） 级间密封：防止各级间气窜（内泄漏）。 采用非接触式迷宫密封。,42,43,迷宫式密封,44,由于叶轮的轮盘和轮盖上有气体产生压差，因此压缩机转子受到朝各叶轮入口端的轴向推力的作用，这种推力一般是由平衡盘抵消的。 平衡盘受到的轴向力： p=(p

14、2pj)(Dp2Dp1)4 平衡盘的轴向力的方向与转子轴向力的方向正好相反，当设计两值相等时，转子轴向力级到完全平衡，但为了避免转子来回窜动，一般保留一部分轴向力作用在止推轴承上，使得转子得到轴向定位，防止出现转子的轴振动。,（9）平衡盘：平衡各级叶轮上产生的轴向力。,45,平衡盘结构,46,（10）轴承：支撑轴的主轴承采用动压滑动轴承，瓦面上形 成油楔和油膜，保证轴高速旋转。 常用：多油楔轴承；可倾斜瓦式轴承。 轴向止推轴承：防止主轴发生轴向窜动。常用垫块式止推轴承。,47,滑动轴承适用范围,(1)极高的转速 (2)高支撑定位精度 (3)巨大振动和冲击载荷 (4)要求支撑为剖面形式 (5)小

15、的径向尺寸,48,椭圆轴承,椭圆轴承体由锻钢制成，从水平中分上下两半，用销钉定位，轴承内表面浇铸一层轴承合金，轴承侧间隙大于顶间隙形成椭圆孔。,49,可倾瓦轴承,可倾瓦轴承有五个轴承瓦块，瓦块铸有轴承合金。等距安装在轴承体的槽内，用定位螺钉定位，瓦块可绕其前后摆，保证运转时处于最佳位置。轴承体与椭圆轴承结构相同，并可互换。,50,止推轴承,51,米契尔轴承止推轴承,压缩机止推轴承一般采用米契尔轴承，用于承受压缩机没有完全抵消的残余轴向推力，以及承受齿轮联轴器产生的轴向推力。 米契尔轴承是双面止推的，轴承体水平剖分为上下两半，每面有8个止推块置于旋转的推力盘两侧。在每一组止推元件的背面，有用以调

16、整止推轴承间隙的调整垫片，止推块表面浇有轴承台金，其可以绕支承点倾斜，使各止推块均匀地承受轴向推力。,52,米契尔轴承止推轴承,53,作用：与原动机相连，传递动力。 种类：齿型联轴器；摩擦片式联轴器；鼓膜型联轴器。 离心式压缩机一般采用齿式联轴器，它属半挠性联轴节。 l、传递扭矩大，适合较大功率压缩机 2、齿间油膜传动能承受一定的冲击振动 3、齿间隙使能够适应较大的不对中量，振动小 4、高转速的齿式联轴器需强制油润滑降温。,11 联轴器,54,（12）壳体：半开式；筒式（缸）。 （13）其他：润滑系统与冷却系统：靠压力强制循环油或水。 自动检测控制系统：对压缩机各参数进行测量、记录、指示、报警

17、、自动停车 等。,55,56,离心式压缩机,增速器,闭式叶轮,57,58,59,60,离心压缩机的辅助系统,1、润滑系统 对压缩机的轴承、齿轮箱及齿轮联轴器进行润滑。并带走这些高速运转部件在工作中所产生的热量。润滑油离开工作部位后，经过滤(除去油中的脏物)，冷却降温等处理再回到工作部位形成闭路式循环系统，在油系统中包括油箱油过滤器油冷却器和油泵。,61,压缩机中任何作相互运动的零件接触表面，无论是汽缸与活塞环、轴颈与轴承、气阀阀片与阀座、转子槽与滑片表面、相互啮合的两螺杆切面等等，均会因磨损而逐渐损坏，这都是由于零件间相对运动时产生摩擦和其它作用的结果。为了将磨损造成的压缩机损坏减到最低的程度

18、，就必须对压缩机进行有效的润滑润滑,压缩机润滑,62,离心压缩机的辅助系统,润滑油系统由油箱、主副油泵、过滤器、油冷器、油压调节装置、油加热装置及安全装置组成。油泵将安装在基座底部油箱中的油抽出，经油冷器，油滤器给压缩机及齿轮箱的推力、径向轴承等提供润滑。 油泵有两台，可互为备用。设备停车后，油循环应保证工作15分钟。发生意外，油泵不能正常启动时，高位油罐可提供轴承的润滑冷却作用；油冷器和油滤器能在结垢和压差过大时通过切换阀切换处理，而不影响机组运行。利用油流视镜，检查从止推和颈向轴承流出的油流是否正常。润滑油路如图5：,63,离心压缩机的辅助系统,64,润滑油系统示意图,65,压缩机润滑的基

19、本作用与要求,(1)必须最大限度内使机件在液体摩擦条件下工作和避免金属表面的直接接触。为此，要求润滑油有足够的粘度度和形成高强度润滑油膜的能力，而又不引起过大的功率损失。 (2)必须可靠地保护机件表面不被腐蚀性物质所腐蚀，并不生成对机件材质有害作用的物质，为此要求润滑油具有高的稳定性和优良的抗腐蚀能力。,66,(3)必须有效地从机件间隙的排除金属磨屑和润滑袖氧化产物，避免产生磨料磨损，为此要求在机件间隙中的润滑油能经常得到更换。 从保证压缩机功能需要出发，压缩机的润滑还兼有密封压缩室和吸收气体压缩热的作用。,67,综上所述，对压缩机的润滑要求如下： 良好的润滑性能 优异的散热性能 杰出的油气分

20、离性能 优良的密封性能 极长的使用寿命 极好的清净性能 突出的保护性能 优异的抗氧化性能 优良的抗水性能 极低的积碳倾向,压缩机的润滑要求,68,在气体的压缩过程中，有相当大的一部分机械能转化为热能被气体吸收，致使气体温度升高。 气体温度过高会带来下列问题： 增加压缩机的耗功。 气体温度过高对压缩机的安全不利，如果介质为易燃易爆气体高温时容易出事故。 高温引起机器的热膨胀过大，部件材质要求质量高。,2 气体冷却系统,69,冷却的方式,一般分内冷式和外冷式两种。 内冷式：在气体压缩过程中对气体进行冷却，即冷却器布置在压缩机的内部，它作为气体流道的一部分，在级的扩压器和回流器的流道内冷却气体 外冷

21、式(中间冷却)：气体经过一级或几级压缩后，进入机外的冷却器，气体被冷却降温后，又重新回到机器内进行压缩。一级一冷的压缩机 称为等温压缩机，等温效率高达76。换热器的结构一般为列管式换热器。 现在开始应用波纹管式换热器，使其换热效率大大提高,70,3 保护系统,1轴振动 在压缩机两轴端装有侧振探头，一般每侧两支。安装夹角为70”1100。振动信号引至于装在仪表盘的监视器上，进行显示、报警及振动超标而自动联锁停机。 2轴位移 压缩机转子的轴端装非接触式的测量轴位移的探头，振动信号引至仪表盘，进行显示、报警和振动超标自动联锁停机。,71,3 轴温,压缩机各轴承分别装有可动螺纹铂垫组，检测信号引至仪表

22、盘进行显示、报警和自动联锁停机。 压缩机轴承温度80。报警压缩机轴承温度90。联锁停机,72,4 防喘振控制,单参数控制：防喘振阀的开闭只决定于进气量Qin。这个参数的大小。 双参数控制：防喘振阀的开闭决定于进气量和压力两个参数。 三参数控制：防喘振阀的开闭决定于进口流量，进口压力，出口压力。 对于恒速机组或工艺状况稳定可采用单参数调节，变转速机组或采用进口节流调节，采用双参数调节，控制精度要求高时采用三参数控制。,73,优点： （1）排气量大，气体流经离心压缩机是连续的，其流通截面积较大，且叶轮转速很高，故气流速度很大，因而流量很大。 （2）结构紧凑、尺寸小。它比同气量的活塞式小得多； （3

23、）运转平稳可靠，连续运转时间长，维护费用省，操作人员少； （4）不污染被压缩的气体，这对化工生产是很重要的； （5）转速较高，适宜用蒸汽轮机或燃气轮机直接拖动。 缺点： （1）单级压力比不高，不适用于较小的流量； （2）稳定工况区较窄，尽管气量调节较方便，但经济性较差,离心式压缩机的特点,74,离心式压缩机特点及应用范围,75,压缩机的工作范围,在高压区。流量相对较小时，压缩机容易出现喘振现象； 在低压大流量区，压缩机又会引起滞止现象；在压力及流量都小的区域会产生旋转脱离；在高压大流量区域又受到压比和压缩机强度的限制。,76,适用范围,1.化工及石油化工工艺用 2.动力工程用 3.制冷工程和气

24、体分离用 4.气体输送用,77,压缩机的性能参数,流量（入口流量） 出口压力或压比 功率 效率 转速 能量头,78,流量（入口流量）,单位时间通过压缩机流道的气体量，通常用体积流量和重量流量表示。 为了比较不同压缩机的性能，石油化工中常以标准流量来表示，标准流量是指标准状态下(01atm)气体的流量 标准流量和吸气状态下气体的体积流量换算：,79,能量头,高速旋转的转子经叶轮将机械能传给流经叶轮流道的气体，使气体能量增加。 1Kg气体从叶轮中所获得的能量可以用能量头表示：,80,基本方程式,81,离心式压缩机的工作原理,离心式制冷压缩机属于速度型压缩机，是靠高速旋转的叶轮对气体做功，以提高气体

25、的压力，叶轮进口处形成低压，气体由吸气管不断吸入，蜗壳处形成高压，最后引出压缩机外，完成吸气压缩排气过程。,A）单级压缩机,82,基本方程式,连续方程 欧拉方程 能量方程 伯努利方程 压缩过程于压缩功,83,连续方程,（1）连续方程的基本表达式,气体作定常一元流动，流经机器任意截面的质量流量相等，其连续方程表示为：,方程说明：随着气体在压缩过程中压力不断提高，其密度不断增大，容积流量沿机器不断减小。,式中：qm为质量流量 kg/s,qv为容积流量m3/s,为气流密度,f 为截面面积,c2r为垂直该截面的法向流速。,84,（2）连续方程在叶轮出口的表达式,连续方程在叶轮出口处的表达式，反映流量与

26、叶轮几何尺寸及气流速度的相互关系。,式中：D2为叶轮外径, b2为叶轮出口处的轴向宽度, 为叶轮出口的相对宽度。考虑到叶轮结构的合理性和级效率,通常要求 。 为叶轮叶轮出口处的流量系数,它对流量、理论能量头和级效率均有较大的影响，根据经验的选取范围，不同类型叶轮取值不同。 2为 叶轮出口的通流系数（或阻塞系数）。,85,说明：叶论出口连续方程式常用来校核各级叶轮选取 的合理性。,表示铆接叶轮中连接盘、盖的叶片折边；无折边的铣制、焊接叶轮，=0。,86,欧拉方程,欧拉方程是用来计算原动机通过轴和叶轮将机械能转换给流体的能量，称为叶轮机械的基本方程。由流体力学的动量矩定理导出，其表达式：,也可表示

27、为：,式中Lth 为叶轮输出的欧拉功 ，Hth为每千克流体所接受的能量称为理论能量头，单位是kJ/kg。,87,欧拉方程的物理意义：,欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循能量转换与守恒定律； 只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出一千克流体与叶轮之间机械能转换的大小、而不管叶轮内部的流动情况； 该方程适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的压缩机，也适用于叶轮式的泵； 推而广之只需将等式右边各项的进出口符号调换一下，亦适用于叶轮式的原动机如汽轮机、燃气轮机等。 原动机的欧拉方程为,88,叶片数有限的理论能头：,轴向旋涡 液体由于存在惯性力，产生轴向涡流，方向与叶轮转动方向相反。

28、 结果 使得相对速度和绝对速度产生滑移。,无预旋：一般情况下气体是从径向流入叶道入口，简称径向进入叶轮或气流无预旋进入叶轮。此时,有限多叶片相对速度的分布 工作面一侧相对速度小，非工作面一侧相对速度大。,89,为此，斯陀道拉提出了计算周向分速的半理论半经验公式：,滑移速度与叶轮结构、叶道中流动情况及流体性质有关。,滑移系数,90,得到有限多叶片的理论能头的计算公式：,此方程为离心压缩机计算能量与功率的基本方程式。 说明： 主要与叶轮圆周速度有关、流量系数、叶片出口角和叶片数有关。,式中： 称为理论能量头系数或周速系数。,91,能量方程,能量方程用来计算气流温度（或焓）的增加和速度的变化。,根据

29、热力学的能量转换与守恒定律，当气体在级中作稳定流动时，取级中任意两截面a、b间的系统作为考察对象，则对单位质量气体有：,92,能量方程的物理意义： 能量方程是既含有机械能又含有热能的能量转化与守恒方程，它表示由叶轮所作的机械功，转换为级内气体温度（或焓）的升高和动能的增加； 该方程对有粘无粘气体都是适用的，因为对有粘气体所引起的能量损失也以热量形式传递给气体，从而使气体温度（或焓）升高； 离心压缩机不从外界吸收热量，而由机壳向外散出的热量与气体与气体的热焓升高相比较是很小的，故可认为气体在机器内作绝热流动，其q=0； 该方程适用任一级，也适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的进出口截面而

30、定。,93,例如对于叶轮而言，能量方程表示为,对于扩压器而言，能量方程表示为,94,对任意截面而言，能量方程表示为,由此可以得到温差的计算公式：,95,伯努利方程,应用该方程将流体获得的能量区分为有用能量和能量损失，并引入压力参数，表示出压力的增加，将机械功与级内流体压力升高的静压能联系起来，其表达式为：,式中 为级进出口静压能头的增量, 为级内的流动损失。,上式根据热力学第一定律和能量方程推导求得。,96,假设气体在某流道中由界面a向界面b作稳定流动，并在这股气流上建立动坐标系，由于气流与外界无质量交换，可看作封闭的热力系统，则得到：,实际上，气体是相对静止坐标系流动，有气体进、出界面的开口

31、热力系统。因此，单位质量气体从界面a流向界面b实际得到的热量应包括两部分：一是从系统外传入的热量，二是由于气体的流动所有的能量损失转化的热量，即：,97,如果考虑内漏气损失和轮阻损失,上式表示为,式中 为叶轮消耗的总功, 为级内每千克气体获得的总能量头, 为级中总能量损失。,98,设流出叶轮的有效气体的质量为qm，流出叶轮后从轮盖密封处漏回叶轮入口的质量流量为qm l，实际从叶轮中流出的总质量为：,由叶轮对总质量qmtot气体所消耗的功率为：,如果此时轮阻损失消耗的功率Ndf，则叶轮消耗的总功率为：,由于叶轮是级内唯一做功元件，故级的总功率就是叶轮的总功率，或称级的内功率。,99,叶轮对每千克

32、有效气体的总耗功（总能量）为,100,伯努利方程的物理意义: 通用伯努利方程也是能量转化与守恒的一种表达式,它表示叶轮所做机械功转换为级中流体的有用能量(静压能和动能增加)的同时,由于流体具有粘性,还需付出一部分能量克服流动损失或级中所有的损失； 它建立了机械能与气体压力p、流速c 和能量损失之间的相互关系； 该方程适用一级，亦适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的时出口截面而定 ； 对于不可压流体，其密度为常数，则可直接解出，因而对输送水或其他液体的泵来说应用伯努利方程计算压力的升高是十分方便的。而对于可压缩流体，还需知道p=f（）的函数关系及热力学基础知识才可解决。,101,对于叶轮

33、而言：,或,对于某一固定部件，如扩压器,102,压缩过程与压缩功,根据热力过程不同，确定每千克气体所获得的压缩功，即有效能量头。,对于多变过程，则多变压缩功为,式中 称为多变压缩有效能量头，简称为多变能量头。,能量头系数：能量头与 之比，那么多变能量头系数表示为,或,多变能头系数的大小，表示叶轮圆周速度用来提高气体压力比的能量利用程度。,103,级内的各种能量损失,级中能量损失包括三种：流动损失、漏气损失、轮阻损失,级内的流动损失,（1）摩阻损失,产生原因：流体的粘性是根本原因。从叶轮进口到出口有流体与壁面接触，就有边界层存在，就将产生摩阻损失。 大小：,为摩阻系数 ，是Re与壁面粗糙度的函数

34、。 通常离心压缩机中气流的Re大于临界雷诺数，在一定的相对粗糙度下，是常数，则hf与qv2成正比。,减小措施：,104,（2）分离损失,产生原因：通道截面突然变化，速度降低，近壁边界层增厚，引起分离损失。 大小：大于沿程摩阻损失。,受流道形状、壁面粗糙度、气流雷诺数、气体湍流程度影响。 减少措施：控制通道的当量扩张角 ； 控制进出口的相对速度比,105,（3）冲击损失,产生原因：流量偏离设计工况点，使得叶轮和叶片扩压器的进气冲角i0，在叶片进口附近产生较大的扩张角，导致气流对叶片的冲击，造成分离损失。,减少措施：控制在设计工况点附近运行；在叶轮前安装可转动导向叶片。,大小：采用冲击速度来表示，

35、正冲角损失是负冲角损失的1015倍。,106,（4）二次流损失,产生原因：叶道同一截面上气流速度与压力分布不均匀，存在压差，产生流动，干扰主气流的流动，产生能量损失 。 在叶轮和弯道处急剧转弯部位出现。,减少措施：增加叶片数，避免急剧转弯。,大小：叶道的弯曲，气流速度方向的变化急剧与否。,107,（5）尾迹损失,产生原因：叶片尾部有一定厚度，气体从叶道中流出时，通流面积突然扩大，气流速度下降，边界层发生突然分离，在叶片尾部外缘形成气流旋涡区，尾迹区。尾迹区气流速度与主气流速度、压力相差较大，相互混合，产生的能量损失。,减少措施：采用翼型叶片代替等厚叶片；将等厚叶片出口非工作面削薄。,大小：与叶

36、道出口速度，叶片厚度及叶道边界层有关。,108,漏气损失,（1）产生漏气损失的原因,存在间隙；存在压力差。 出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定件之间的间隙、轴端的间隙，产生漏气，存在能量损失。,密封型式：机械密封，干气密封，浮环油膜密封，梳齿密封,109,（2）密封件的结构形式及漏气量的计算,结构形式：在固定部件与轮盖、隔板与轴套、轴的端部设置密封件，采用梳齿式（迷宫式）密封。,工作原理：利用节流原理。减小通流截面积，经多次节流减压，使在压差作用下的漏气量尽量减小。即通过产生的压力降来平衡密封装置前后的压力差。 密封特点：非接触式密封，有一定的泄漏量。,110,

37、设计中应注意： 减小齿逢间隙； 增加密封齿数； 加大齿片间的空腔和流道的曲折程度。,111,漏气量计算：漏气量大小取决于装置前后压力差、密封结构型式、齿数和齿缝间隙截面积。分两种情况计算：,由连续方程和伯努利方程可知通过齿顶间隙的漏气量，,1）轴封处向机外泄漏的外泄漏，其大小取决于装置前后压力差。,如果密封装置前后压力差小，气体流过齿缝的速度低于音速，这时利用不可压缩流体计算漏气量。,112,如果压力差比较大（即达到某一临界值），最后一个齿缝间隙的气速达到临界音速，使装置发生堵塞工况，漏气不再随装置前后压力差的增大而增加，则最后一个齿缝间隙中的气体比容最大，最先达到音速。流速达到临界音速时，漏

38、气量计算,式中为流量修正系数，一般 ，为齿顶间隙处的通流面积，Z为密封齿数，下标a、b为密封前、后的几何位置。 ，k为等熵指数，如空气的等熵指数 k=1.4,B=0.684。,临界压力比的确定：,113,2） 轮盖密封的漏气量及漏气损失系数,轮盖密封处的漏气能量损失使叶轮多消耗机械功，它应包括在叶轮所输出的总功之内，应单独计算。 因单级叶轮所能达到的增压不大，一般达不到临界压力比。,应用式（3-23）并根据实验与分析简化，可得轮盖密封处的漏气量为,若通过叶轮出口流出的流量为，则可求得轮盖处的漏气损失系数为,式中一般取，Z=46齿，齿顶间隙 ， 。该漏气损失系数在计算总能量头时，将会被用到。,1

39、14,轮阻损失,产生原因 叶轮旋转，轮盖、轮盘的外缘和轮缘与周围的气体发生摩擦，产生的损失 大小：与轮盘的粗糙度，相对侧隙及雷诺数有关。 利用等厚度圆盘在水中作低速旋转实验，分析计算得轮阻损失功率为：,对于离心叶轮，得到：,得到轮阻损失系数,115,将连续方程、欧拉方程、能量方程、伯努利方程、热力过程方程和压缩功的表达式相关联，就可知流量和流体速度在机器中的变化，而通常无论是级的进出口，还是整个压缩机的进出口，其流速几乎相同，故这部分进出口的动能增量可略而不计。同时还可获知由原动机通过轴和叶轮传递给流体的机械能，而其中一部分有用能量即静压能头的增加，使流体的压力得以提高，而另一部分是损失的能量

40、，它是必须付出的代价。还可获知上述静压能头增量和能量损失两者造成流体温度(或焓)的增加，于是流体在机器内的速度、压力、温度等诸参数的变化规律也就都知道了。,总 结,116,级内的各种流量损失,117,级内的各种流体损失,级内的流体损失 漏气损失 轮阻损失,118,式中l为沿程长度，dhm 为水平直径， cm 为气流平均速度, 为磨阻系数，通常级中的ReRecr，故在一定的相对粗糙度下，为常数。由该式可知 ,从而 。,级内的流体损失,流体的粘性是产生能量损失的根本原因。通常把级的通道部件看成依次连续的管道。利用流体热力学管道的实验数据，可计算出沿程磨阻损失为：,119,进而可得轮阻损失系数为,1

41、20,漏气损失,（1） 产生漏气损失原因 （2） 密封件的结构形式及漏气量的计算 （3） 轮盖密封的漏气量及漏气损失系数,121,（1） 产生漏气损失的原因,从右图中可以看出，由于叶轮出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定部件之间的间隙中会产生漏气，而所漏气体又随主流流动，造成膨胀与压缩的循环，每次循环都会有能量损失。该能量损失不可逆的转化为热能为主流气体所吸收。,122,（2） 密封件的结构形式,123,（3） 轮盖密封的漏气量及漏气损失系数,轮盖密封处的漏气能量损失使叶轮多消耗机械功。通常隔板与轴套之间的密封漏气损失不单独计算，只高考虑在固定部件的流动损失之中。

42、 轮盖密封处的漏气量为：,若通过叶轮出口流出的流量为 则可求得轮盖处的漏气损失系数为：,124,轮阻损失,叶轮旋转时，轮盘、轮盖的外侧和轮缘要与它周围的气体发生摩擦，从而产生轮阻损失。其轮阻损失为,对于离心叶轮而言，上式可简化为,125,主要零部件与辅助系统,126,离心压缩机上的轴承分径向轴承和止推轴承两种。 径向轴承的作用是承受转子重量和其他附加径向力，保持转子转动中心和气缸中心一致，并且在一定转速下正常旋转。,离心式压缩机轴承,图8 五油锲倾斜块式径向轴承,1瓦块 2.上轴承套3.螺栓4.圆柱销5.下轴承套,6定位螺钉 7.进油节流圈,127,止推轴承的作用是承受转子的轴向力，限制转子的

43、轴向转动，保持转子在气缸中的轴向位置。其可分为米契尔轴承和金斯伯雷轴承。,离心式压缩机推力轴承,金斯伯雷止推轴承,1.底环2.上水准块,3.下水准块4.止推瓦块,128,推力轴承,水平剖分式小齿轮轴承组件是可倾瓦块式滑动轴承和双向锥面推力轴承的完美结合。这些精确设计的组件可以确保压缩机在整个工作范围内（从低负荷到满负荷的过程）运行平稳。,129,轴向推力的平衡,转子承受的轴向力,(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,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(亦称平衡活塞),130,131,（1） 闭式叶轮轴向推力的计算,向右的轴向力由F0

44、和F1组成，其中,向左的轴向力为F2，故叶轮总的向左的轴向推力为,132,(2) 半开式叶轮轴向推力的计算,整个叶轮轴向推力为,假定在D1到D2之间Pr1的分布为,133,叶轮的各种排列方式如下图所示，图(a)是叶轮顺排，转子上各叶轮轴向力相加；图(b)和带有中间冷却器酌图(c)是叶轮对排，可使转子上的轴向力相互抵消，总轴向力大大降低。,(1) 叶轮对排,a b c,轴向推力的平衡措施,134,在轮盘背面加几条径向筋片，如图所示，相当于增加一个半开式叶轮。使间隙中的流体旋转角速度增加一倍，从而使离心力增加压力减小图中eij线为无筋时的压力分布，而eih为有筋时的压力分布。可见靠内径处的压力显著

45、下降，故使叶轮轴向力减少，这种措施对流体密度大的高压压缩机减小叶轮轴向力有效。,（2） 叶轮背面加筋,135,如图所示，在末级叶轮之后的轴上安装一个平衡盘。并使平衡盘的另一侧与吸气管相通，靠近平衡盘端面安装梳齿密封，可使转子上的轴向力大部分被平衡掉。,（3） 采用平衡盘 （亦称平衡活塞）,136,抑振轴承,滑动轴承的基本工作原理 几种常用的抑振轴承,137,滑动轴承的基本工作原理,138,这种轴承在低速重载时，轴颈处于较大的偏心下工作，因而是稳定的，可是在高速轻载下处于非常小的偏心下工作，因而很不稳定，油膜振荡一旦发生很难抑制。所以对于高速轻载转子，圆柱轴承很少采用。,(1)普通的圆柱轴承,1

46、39,（2）椭圆轴承,这种轴承由上下两段圆弧所构成，如图所示，由于加工方便，使用较广泛。其特点是上、下两段圆弧都距轴承中心有较大的偏心，并产生两个油楔。其上瓦油楔的油膜压力就会对前述的轴颈失稳起到抑制作用，由于几何的对称性，这种轴承允许轴颈正反转。,140,这种轴承由几块圆弧形瓦块组成，可以是对称的，也可是不对称的，它与椭圆轴承的性能类似，每段都有较大的偏心，且油楔数更多，因轴颈受多方油 楔的作用，故抑振性能优于椭圆轴承。,（3） 多油叶轴承,141,可倾轴瓦检修,轴瓦拆卸拆掉轴承盖中分面螺栓及定位销，用顶丝轻轻顶起轴承盖。拆开轴承体上的螺栓及定位销，拆去径向轴承上轴瓦。用专用工具将轴提起（不

47、超过0.15 mm），将下轴瓦绕轴颈翻转至顶部，拆除下轴瓦。记录好每个瓦块在轴承壳中的位置及方向，松开并拆下瓦块背部定位螺钉，依次取出各瓦块。巴氏合金瓦块应无裂纹、掉块、烧灼、研压、磨损及拉毛等缺陷，不允许存在沿轴向的划痕和沟槽，沿周向的划痕和沟槽深度不应超过0.1 mm。着色检查瓦块，巴氏合金应贴合良好，表面应无偏磨，接触印痕沿轴向均匀。轴瓦背部承受力面应光滑，与瓦壳的接触印痕沿轴向均匀并保持线接触，瓦背应无烧灼压痕或重载痕迹。瓦背定位销在销钉孔中的直径间隙不小于2 mm,顶部间隙不小于1.5 mm。瓦背接触线须通过瓦背几何中心，线两侧形状对称。,142,轴瓦壳检修,检修轴瓦壳时要注意轴瓦壳

48、中分面密合，定位销配合紧密，上紧中分面螺栓后瓦壳中分面不错口。轴瓦壳两侧油封无磨损，间隙不超差，油封上、下中分结合面密合，且不顶轴瓦壳。用红丹粉检查下轴承座内的接触情况，至少应有80%的接触。轴瓦壳左右两侧与轴承座中分面齐平，两侧间隙在前后左右均匀且不超过0.05 mm。轴瓦壳防转销不能高于轴承座中分面，拧紧中分面螺栓后，轴瓦壳中分面、轴承座中分面应密合无间隙。,143,轴承间隙测量,所采用铅丝直径应比所测量间隙大30%50%，用塞尺检查轴承壳体及轴承座中分面应无间隙。测量两上瓦瓦块中部处的铅丝厚度S，则实际测量间隙C=1.1S。,144,止推轴瓦检修,轴瓦检查着色检查轴瓦块应无裂纹、磨损及烧

49、灼等缺陷，表面不允许存在沿径向的沟槽或划痕，周向槽深不应超过0.1 mm。红丹粉着色检查止推轴瓦块与推盘接触面不得小于80%。止推盘厚度沿轴向偏差不得超过0.005 mm，表面不允许存在沿径向的沟槽或划痕，周向槽深不应超过0.05 mm。检查止推轴瓦前后油封，应无磨损、划痕，中分面应无错口和间隙。油封与轴的间隙不超过0.050.1 mm，止推轴承壳在轴承座内轴向间隙不超过0.010.03 mm。止推轴承间隙应采用非工作侧调整垫片进行调整，使用垫片数不超过1片。测量止推轴承间隙时应扣上轴承座上盖。,145,推力轴瓦刮研,将瓦块按顺序拆卸下来，拆卸的瓦块顺序不能混淆。瓦块按轴旋转方向（进油方向）刮

50、研宽度为1012 mm、深度约0.50 mm的宽边。将刮研后的轴瓦安装在原处进行着色检查。要将上、下轴瓦作为一个整体观察着色情况，对需要处理的瓦块进行刮研，重新着色检查直至符合要求。,146,如图所示这种轴承的抑振性能与多油叶轴承相似，但由于油楔的不对称性，故只允许轴颈单向转动。,（4）多油楔轴承,147,(5) 可倾瓦轴承,这种轴承由多块可以绕支点偏转的活动瓦块组成。这是目前认为抑振性能最好的轴承。它不仅油楔数多，且当外部发生变化使轴颈中心瞬时离开平衡位置时，由于瓦块可以绕支点偏转能够自动调整到平衡位置，使其不存在维持振荡的因素，因而稳定性很好.,148,止推轴承的工作原理与径向轴承类似，也

51、是由转子上转动的推力盘与轴承上几块扇形面形成的收敛油楔动压力来平衡转子的轴向推力载荷。如图所示。,(6)垫块式止推轴承,149,检修技术要求,（1）可倾瓦块A.瓦块巴氏合金层应无裂纹、掉块、脱胎、烧灼、碾压、磨损及拉毛等类缺陷。巴氏合金表面不允许存在沿轴向的划痕和沟槽，沿周向的划痕和沟槽的深度应不超过0.1mm。瓦块经着色或浸煤油检查，巴氏合金应贴合良好，表面无偏磨，接触印痕沿轴向均匀。B.瓦块背部承力面光滑，与瓦壳的接触印痕沿轴向均匀并保持线接触，绕枢轴摇摆的瓦块，受力面接触均匀，与枢轴销配合不松晃，瓦背无烧灼压痕和重载痕迹。C.瓦块进油边缘过渡圆滑，适宜于油流进入油楔。D.同组瓦块厚度应均

52、匀，相互厚度差用假轴或轴颈测量，不大于0.01mm。E.瓦块背部销孔及相应的销钉应无磨损或偏磨，定位销在销钉孔中的直径间隙不小于2.0mm，组装后，销钉与销孔的顶部间隙不小于1.5mm。瓦块在瓦壳内摇摆灵活，不顶瓦块。F.带热敏元件的瓦块，其热敏元件与瓦块固定可靠不松动，引线绝缘保护层良好。组装后，热敏元件及引线不防碍瓦块在瓦壳内灵活摆动，也不影响整个轴承组装。G.瓦背接触线通过瓦块背面几何中心，接触线两侧形状对称，绕接触线摇摆时，瓦壳表面任一部位不应低于两侧油封（转子装入的情况下）。H.当轴压在下半支承瓦上时，左右两块瓦应受载均匀。,150,轴瓦壳,A.瓦壳中分面密合，定位销配合紧密，上紧中

53、分面螺栓后，瓦壳中分面不错口。 B.轴瓦壳两侧油封无磨损，间隙不超差。油封上下中分接合面密合，且不顶瓦壳，浮动式油封浮动灵活，端面不错口。 C.用红丹检查瓦壳在下半轴承座内接触情况，应接触良好。左右两侧与轴承座中分面齐平，两侧间隙前后左右均匀，且不大于0.05mm。瓦壳防转销不高出轴承座中分面。拧紧中分面螺栓后，瓦壳中分面、轴承座中分面密合无间隙。 D.轴瓦壳背部紧力或间隙符合制造厂设计要求。E.瓦壳进油和回油孔与相应的轴承座油孔对正，测振探头孔、温度测量孔等均能对正。瓦壳进油孔限流螺钉不松动、固定可靠，孔径符合设计要求。进、回油孔不堵塞。,151,润滑油系统,润滑油系统由油箱、主副油泵、过滤

54、器、油冷器、油压调节装置、油加热装置及安全装置组成。油泵将安装在基座底部油箱中的油抽出，经油冷器，油滤器给3-K1及齿轮箱的推力、径向轴承等提供润滑。油泵有两台，可互为备用。设备停车后，油循环应保证工作15分钟。发生意外，油泵不能正常启动时，高位油罐可提供轴承的润滑冷却作用；油冷器和油滤器能在结垢和压差过大时通过切换阀切换处理，而不影响机组运行。利用油流视镜，检查从止推和颈向轴承流出的油流是否正常。,152,153,水路系统,检测系统,性能检测： 安全检测：,冷却器的设计，冷却水的使用。,保证系统带走所有的热量，以使压缩机正常工作。,目的为机器安全运行、调节控制和故障诊断提供基本信息。,压缩机

55、的控制,用于压缩机的启动、停车、原动机的变转速、压缩机工况点保持稳定或变工况调节，使压缩机尽量处于最佳工作状态。,增（减）速设备,154,密封结构,压缩机中常用的密封形式 迷宫密封 浮环油膜密封 干气密封,155,流体机械既有静密封又有动密封。动密封是防止机器在运转期间和停转期间流体向外或向内泄露的构件。动密封主要是旋转轴的密封。旋转轴密封又有面接触密封和非接触密封两种主要类型。,压缩机中常用的密封形式,156,迷宫密封,（1） 迷宫密封的结构形式 （2） 密封原理 （3） 轮盖密封的漏气量及漏气损失系数 （4） 迷宫密封设计及使用中应注意的问题,157,（1） 迷宫密封的结构形式,迷宫密封也

56、称为梳齿型密封，是一种非接触型密封。主要用于离心压缩机级内轮盖密封、级问密封和平衡盘密封上。在压力较低，且允许流体少量流出时，也可作为轴密封(轴与壳体问的密封)使用。迷宫密封的结构用的较多的是以下几种： 平滑形 曲折形 台阶形 径向排利的迷宫密封 还有一种新型的迷宫密封叫蜂窝形迷宫密封,158,平滑行迷宫密封,159,曲折形迷宫密封,160,台阶形迷宫密封,161,径向排列的迷宫密封,162,蜂窝形迷宫密封,163,（2） 密封原理,迷宫密封是利用节流原理使气体每经过一个齿片，压力就下降一次，经过一定数量的齿片后就形成较大的压降，实质上迷宫密封就是给气体的流动以压差阻力，从而减小气体的通过量。

57、,164,对迷宫密封的要求,(1)、除轮盖密封齿数较少外，一般密封结构不少于6片，一般不多于于35片。再多对降低漏气量作用也不明显。 (2)、为了提高节流降压效果，梳齿的径向间隙s应尽量小，一般04mm左右最小间隙。相邻齿片应足够大，一般齿距与间隙比值Qs=26 (3)、齿片顶端朝来流一边做成尖角形，以加强气流的旋涡。,165,对迷宫密封的要求（续）,(4)、齿片材料一般使用青铜、铜锑合金及铝合金等较软的材料以免划伤轴或轴套。 (5)、对于有毒或易燃易爆气体，应设计成抽气(充气)的密封形式,166,（3） 漏气量及漏气损失系数,167,(4)设计及使用中应注意的问题,梳齿密封除了轮盖密封齿数较少外，一般密封结构中z不少于6片，也不多于35片； 为提高节流降压效果，梳齿的径向间隙s应尽可能的小，一般为O.4mm左右。相邻齿片问的距离和间隙的比应足够大，一般齿距与间隙的比值为6（如图）； 梳齿顶端朝向来流一边作成尖角形，以加强气流旋涡，提高密封效果； 梳齿材料一般采用青铜、铜锑锡合金及铝合金等较软