泵壓-07-離心壓縮機2(3)

石油化工流體機械

（華東）化工裝備與控制工程系--儲運專業(yè)、建環(huán)專業(yè)離心壓縮機

2.1離心壓縮機的主要構件及基本工作原理2.2氣體在級中流動的概念及基本方程2.3級中能量損失2.4

級的性能曲線

2.5

多級離心壓縮機的性能曲線2.6相似原理在離心壓縮機中的應用2.7離心壓縮機和管路聯(lián)合工作及工況調節(jié)2.8離心壓縮機的主要零部件2.3級中能量損失

離心壓縮機功率一般都很大，即使效率提高百分之一，所節(jié)省的能量也很可觀，所以離心壓縮機的效率是個重要經(jīng)濟指標。(舉例)效率直接和級中的流動損失、泄露損失和輪阻損失有關。分析這些損失產生原因，并設法在設計、制造上盡可能減小，就可以提高壓縮機的效率，同時也改善壓縮機的性能。2.3級中能量損失內漏氣損失：參照離心泵部分內容

輪阻損失：參照離心泵部分內容流動損失(摩阻損失、沖擊損失…)重點講述：流動損失（分離損失、二次渦流損失、尾跡損失、波阻損失）一、流動損失

與離心泵相比，由于氣體的物性（可壓縮性等）及其復雜的熱力學性質，使得離心壓縮機級中流道內氣體流動極為復雜，有關流動損失產生的機理及分析計算也變得極為困難，定量計算目前還很不完善。

出于定性分析需要，一般將流動損失大致分為：摩阻損失、沖擊損失、分離損失、二次渦流損失、尾跡損失以及波阻損失等等。一、流動損失

流體粘性是產生流動損失的根本原因。流動模式將如圖所示：在貼近流道壁的地方，氣體受壁面的附著作用，速度接近于零；主流區(qū)流速大，在湍流流動時速度分布比較均勻，該區(qū)域稱為；在主流區(qū)與壁面之間存在一速度梯度較大的薄層，這就是邊界層（或稱附面層），δ是邊界層的厚度。1.分離損失在擴壓流道中會產生邊界層增厚，進而邊界層與流道壁面脫離，甚至在接近壁面的邊層氣流中產生反向流動出現(xiàn)反向流動旋渦，引起很大損失，稱邊界層分離。圖2-9流體沿壁面流動時的流場示意圖1.分離損失

如圖2-10所示，在壓縮機的擴張流道中，沿著流動方向，主氣流的速度不斷下降，靜壓不斷升高。其中邊界層中的流體由于得不到主氣流足夠的拖動作用，速度衰減更快，邊界層的厚度也就逐漸增加。當擴壓流動達到某一種擴壓程度時，該處緊挨壁面的流體將首先停滯下來，再往前流動，就會因為抵抗不住迎面的壓差阻力而發(fā)生局部倒流，這就是所謂的邊界層分離。1.分離損失圖2-10曲面邊界層分離形成示意圖1.分離損失粘性流體在擴壓面流動才可能出現(xiàn)分離損失。

分離損失與流道形狀、壁面粗造度、氣流雷諾數(shù)有關，尤以流道形狀影響最大。

離心壓縮機中有很多減速擴壓流道，就可能出現(xiàn)邊界層分離，產生漩渦，導致分離損失產生；邊界層增厚，主流通道流面積變小，達不到擴壓目的。1.分離損失粘性流體在壓力降落面內流動（加速、減壓流動）不會出現(xiàn)邊界層分離。1.分離損失葉輪葉道內，是一個有能量加入的擴壓流道。葉輪的旋轉使得邊界層中氣流還受到離心力作用，從而減緩了邊界層的分離。1.分離損失葉道中邊界層分離多產生在非工作面，尤其是葉輪出口附近。

葉片擴壓器流道中，因無能量加入，因而容易出現(xiàn)氣流的邊界層分離。2.二次渦流在離心壓縮機的級中，二此渦流的產生是由流道同一截面中存在壓差而引起的，主要發(fā)生在葉輪葉道、彎道及吸氣室等有急劇轉彎之處；同樣，在葉片擴壓器中也有二次渦流產生。二次渦流問題很復雜，仍處于研究階段，在此只作定性分析。⑴葉輪葉道中二次流葉輪葉道呈曲線形，并存在軸向渦流，因此在同一截面上氣流的速度和壓力的分布是不均勻的。2.二次渦流

對于后彎葉片來說，葉片工作面一側速度小，壓力高；而非工作面的一邊相反，壓力最低，速度最大。邊界層中氣體在上述壓力差的作用下將產生由工作面向非工作面的流動，流動的方向與主氣流方向大致相垂直，這就是所謂的二次流。圖2-14葉道中的二次渦流圖2-15閉式葉輪頂部的二次渦流2.二次渦流二次流的存在：干擾了主流流動，造成能量損失；同時還會使葉輪葉片的非工作面更容易分離。葉片工作面邊界層有較大動能的主流氣體來補充；而非工作面邊界層由于接受了沿壁面流來的能量較低的氣體，邊界層變厚，速度減小，甚至小于工作面的速度，因此非工作面變得容易出現(xiàn)氣體分離。圖2-14葉道中的二次渦流圖2-15閉式葉輪頂部的二次渦流不同沖角下葉道中邊界層分離示意圖⑶彎道中的二次流⑵葉片擴壓器中的二次流在葉片擴壓器中同樣存在二次流。但擴壓器中壓力較高區(qū)是在葉片的凹面，低壓區(qū)是在葉片的凸面，所以擴壓器中的二次流是從葉片的凹面流向凸面，這一點與葉輪中的二次流相反。在彎曲管道中，由于氣體在轉彎處產生離心慣性力，使外壁處壓力增大，大于流道中的平均壓力，速度減?。粡澋纼缺谔帀毫p小，小于流道中的平均壓力，速度則增大。彎管中除了有二次渦流以外還有邊界層分離。

彎管外壁處：氣流先是減速擴壓，然后增速減壓，所以在彎管偏前部分有邊界層分離旋渦區(qū)，這個旋渦區(qū)經(jīng)過彎管后逐漸消失；

彎管內壁處：氣流先加速減壓，后減速擴壓，在彎管后面部分產生邊界層分離旋渦區(qū)，而且這個旋渦區(qū)將延續(xù)，甚至繼續(xù)擴展，影響到后面的流動，對壓縮機不利。彎管中二次渦流及邊界層分離的影響因素：流道截面沿長度方向的變化（即擴壓度）的均勻性、曲率半徑3.尾跡損失由于葉片尾部總有一定厚度，所以當氣體從葉輪（或葉片擴壓器）的葉道中流出時，通流面積突然擴大，會使葉片兩面流來的氣流邊界層突然發(fā)生分離，在葉片尾部外緣形成氣流旋渦區(qū)，稱為尾跡區(qū)。對應的能量損失即為尾跡損失。尾跡損失的大小與葉道出口速度、葉片尾部厚度，以及葉道內邊界層情況有關。(改革措施)

采用機翼型葉片比較理想，但設計制造復雜；葉片尾部削薄—一般在葉片的非工作面削薄，以利于提高葉輪能頭。二、波阻損失1、馬赫數(shù)M也就是：相對密度變化與相對速度變化之比數(shù)值上等于M的平方。馬赫數(shù)M：某一點氣流速度與當?shù)匾蛩氐谋戎礛表征氣體的可壓縮性2、激波和波阻損失

超音速氣流壓縮時產生激波。超音速氣流繞流物體時，強擾動的波峰面上會有很大的壓力及密度突變，即出現(xiàn)突躍的壓縮波，即激波。氣流通過激波時，參數(shù)突變，不可逆，有大的損失。同時加大了邊界層分離，引起更大的損失。總稱為波阻損失。3、馬赫數(shù)對離心壓縮機性能的影響臨界馬赫數(shù)最大馬赫數(shù)氣流通過平面葉柵時，葉道中某點首先達到音速，此時進口氣速的馬赫數(shù)稱為該葉柵的臨界馬赫數(shù)。葉柵最窄截面的平均氣速達到音速，此時進口氣速的馬赫數(shù)稱為該葉柵的最大馬赫數(shù)。3、馬赫數(shù)對離心壓縮機性能的影響