過程流體機(jī)械課件,過程裝備要控制工程,離心壓縮機(jī)2

過程流體機(jī)械——離心壓縮機(jī)第三章離心壓縮機(jī)

主要內(nèi)容一離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)二離心壓縮機(jī)的工作原理三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制四離心壓縮機(jī)的可靠性五離心壓縮機(jī)的選型三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制離心壓縮機(jī)的性能壓縮機(jī)的喘振壓縮機(jī)的堵塞工況性能曲線壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作相似理論在壓縮機(jī)中的應(yīng)用離心壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)方法及特點(diǎn)主要內(nèi)容三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（1）壓縮機(jī)的喘振工況——最小流量工況

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旋轉(zhuǎn)脫離（以B葉道為例）i喘振的機(jī)理1.離心壓縮機(jī)的性能

流量減少→沖角i很大→非工作面上邊界層嚴(yán)重分離→有效通道減小→氣體向兩側(cè)分流：流向A葉道的沖角減小，邊界層分離情況緩解；流向C葉道的沖角增大，邊界層分離情況嚴(yán)重結(jié)論：分離團(tuán)按葉輪旋轉(zhuǎn)的反方向作旋轉(zhuǎn)移動，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角速度小于葉輪的角速度

流量進(jìn)一步減少→大分離團(tuán)占據(jù)葉道的大部分→排出壓力大幅下降→壓縮機(jī)減為零流量→管網(wǎng)氣體倒流入壓縮機(jī)，壓力下降→壓縮機(jī)開始排氣→管網(wǎng)壓力升高→旋轉(zhuǎn)分離→喘振。★

喘振現(xiàn)象

該過程正流、倒流周而復(fù)始，這種周期性的低頻率、大振幅的氣流振蕩現(xiàn)象，稱為喘振。ii喘振的危害壓縮機(jī)的壓力和效率顯著降低；出現(xiàn)異常的噪聲、爆音；引起振動，導(dǎo)致壓縮機(jī)的軸承和密封損壞。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制iii防喘振的措施

該方法增加了壓縮機(jī)的流量，但浪費(fèi)了部分壓縮功，多消耗了能量，也損失了部分氣體。

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部分氣流放空法三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制

該方法適于處理有毒、易燃、易爆等不宜放空的氣體，但也浪費(fèi)了部分壓縮功。

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部分氣流回流法三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制

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降低壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，可使流量減少而不發(fā)生喘振現(xiàn)象

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設(shè)置導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，避免流量減少時進(jìn)氣沖角過大而引發(fā)喘振。

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操作人員嚴(yán)格監(jiān)控，及時報警處理。（2）壓縮機(jī)的堵塞工況——最大流量工況

級中流道某最小截面處氣體達(dá)到臨界狀態(tài)，此時氣體流量已達(dá)最大，不可能再增加。

流量增大使葉片工作面上發(fā)生分離，當(dāng)流量達(dá)最大值時，葉輪做功全變?yōu)槟芰繐p失，壓力不再升高。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（3）壓縮機(jī)的性能曲線i壓縮機(jī)性能的主要參數(shù)qvin/(m3/min)流量（qv

或qm

）壓力比ε（排氣壓力p、壓差Δp、能量頭H）效率η功率N隨著進(jìn)氣量的變化，其它各性能參數(shù)將發(fā)生相應(yīng)的變化，所以常以曲線形式來表現(xiàn)壓縮機(jī)的性能變化關(guān)系，即壓縮機(jī)的性能曲線。

工況：性能曲線上的某一點(diǎn)即為壓縮機(jī)的某一運(yùn)行工作狀態(tài)，簡稱工況。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制

通常將曲線上效率最高的點(diǎn)稱為最佳工況點(diǎn)，一般是壓縮機(jī)設(shè)計計算的工況點(diǎn)。

選用壓縮機(jī)時，應(yīng)盡量使其運(yùn)行在最佳工況點(diǎn)上，以減少能耗。ii最佳工況點(diǎn)iii穩(wěn)定工作范圍

在喘振工況（最小流量）和堵塞工況（最大流量）之間的區(qū)域稱為壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。

壓縮機(jī)變工況的穩(wěn)定工作范圍越寬越好。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制隨著流量的減小，壓縮機(jī)能提供的壓力比增大，在最小流量時，壓力比達(dá)最大；離心壓縮機(jī)有最大流量和最小流量兩個極限值，排出壓力也有最大值和最小值；效率曲線有最高效率點(diǎn)，即最佳工況點(diǎn)，一般也是壓縮機(jī)的設(shè)計工況點(diǎn)；功率曲線一般隨流量增加而向上傾斜，但當(dāng)ε-qv曲線向下傾斜很快時，功率曲線也可能先向上傾斜而后逐漸向下傾斜。iv離心壓縮機(jī)性能曲線的特點(diǎn)三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制v離心壓縮機(jī)性能曲線的變化規(guī)律三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制

離心式壓縮機(jī)的性能曲線隨著氣體介質(zhì)、進(jìn)氣狀態(tài)、轉(zhuǎn)速而發(fā)生變化。vi離心壓縮機(jī)性能曲線的測試開始時調(diào)節(jié)閥全開，即達(dá)壓縮機(jī)的最大流量；將閥門逐漸關(guān)小，即依次減小流量，記錄測量數(shù)據(jù)；直到壓縮機(jī)出現(xiàn)不正常情況，即喘振工況，此時流量為壓縮機(jī)的最小流量。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制壓縮機(jī)的性能曲線大多是由實驗獲得的。管網(wǎng)：一般是指壓縮機(jī)連接的進(jìn)氣管路、排氣管路以及這些管路上的附件及設(shè)備（容器、閥件等）的總稱。對于離心式壓縮，管網(wǎng)只是指壓縮機(jī)后面的管路及全部裝置。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（4）壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作ppr三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制i管網(wǎng)特性曲線——管網(wǎng)阻力曲線管網(wǎng)特性曲線：管網(wǎng)情況一定時，通過管網(wǎng)的氣體流量與保證這個流量通過管網(wǎng)所需要的壓力之間的關(guān)系曲線，即p＝f（qv）管網(wǎng)終端的壓力可表示為：p＝pr＋Δp＝

pr

＋Aqv2其中pr：氣體被送入的設(shè)備的內(nèi)壓力

Δp：包括管網(wǎng)中的摩擦損失和局部阻力損失；

A：總阻力的計算系數(shù)ii壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作——壓縮機(jī)的工作點(diǎn)三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制穩(wěn)定工作點(diǎn)：壓縮機(jī)排氣量＝管網(wǎng)進(jìn)氣量壓縮機(jī)的排壓＝管網(wǎng)需要的端壓1，1a，1b－不同閥門開度下的管網(wǎng)特性曲線；2，3－壓縮機(jī)特性曲線。用“小擾動法”分析壓縮機(jī)平衡工況的穩(wěn)定性，如果小擾動過后，工況仍回到原來的平衡工況點(diǎn)，則工況是穩(wěn)定的；否則是不穩(wěn)定的。iii平衡工況的穩(wěn)定性三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制壓縮機(jī)串聯(lián)工作可增大氣流的排出壓力，壓縮機(jī)并聯(lián)工作可增大氣流的輸送流量。vii壓縮機(jī)的串聯(lián)和并聯(lián)工作三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制vi壓縮機(jī)變工況工作下的喘振現(xiàn)象三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（1）壓縮機(jī)出口節(jié)流調(diào)節(jié)

即調(diào)節(jié)壓縮機(jī)出口管路中的閥門開度，以改變管網(wǎng)特性曲線，來適應(yīng)工藝流程對流量或壓力的特定要求。2.壓縮機(jī)的各種調(diào)節(jié)方法及其特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）不改變壓縮機(jī)的特性曲線；（2）減小或增大閥門開度，可減小或增大流量；（3）該方法簡單易行，操作方便；（4）要產(chǎn)生閥門節(jié)流損失，使系統(tǒng)效率下降，經(jīng)濟(jì)性差。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（2）壓縮機(jī)進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)改變進(jìn)氣管中的閥門開度，可改變壓縮機(jī)性能曲線的位置，從而達(dá)到改變輸送氣體的流量或壓力的調(diào)節(jié)目的。特點(diǎn)：（1）節(jié)省功率；（2）使壓縮機(jī)能夠在更小流量下穩(wěn)定工作；（3）節(jié)流阻力帶來一定的壓力損失，導(dǎo)致排氣壓力降低。進(jìn)氣壓力與流量的關(guān)系曲線壓縮機(jī)的性能曲線三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（3）采用可轉(zhuǎn)動的進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)特點(diǎn)：（1）調(diào)節(jié)范圍大，經(jīng)濟(jì)性好；（2）可轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉的機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。在壓縮機(jī)葉輪入口前設(shè)置一圈可繞本身軸線轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向葉片，改變導(dǎo)向葉片的角度，可改變進(jìn)入葉輪葉道的氣流方向，產(chǎn)生不同程度的預(yù)旋（正預(yù)旋和負(fù)預(yù)旋），從而改變壓縮機(jī)的性能曲線，達(dá)到調(diào)節(jié)工況的目的。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（4）采用可轉(zhuǎn)動的擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié)采用可轉(zhuǎn)動的擴(kuò)壓器葉片，可改變擴(kuò)壓器葉片的進(jìn)口角，從而改變壓縮機(jī)的性能曲線。特點(diǎn)：（1）可很好地滿足流量的調(diào)節(jié)要求，經(jīng)濟(jì)性好；（2）對壓力調(diào)節(jié)的作用較小，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（5）改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)當(dāng)原動機(jī)可改變轉(zhuǎn)速時，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來改變壓縮機(jī)的性能曲線位置，以實現(xiàn)變工況要求。特點(diǎn)：具有壓力、流量調(diào)節(jié)范圍大，不產(chǎn)生其它附加損失的優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時，喘振邊界線向小流量方向移動，擴(kuò)大了穩(wěn)定工況范圍；適用于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動的壓縮機(jī)；對電動機(jī)驅(qū)動的，則需配備變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)，設(shè)備復(fù)雜化，且價格昂貴。三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（1）相似理論的應(yīng)用價值3.相似理論在離心壓縮機(jī)中的應(yīng)用三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（2）離心壓縮機(jī)流動相似理論應(yīng)具備的條件三離心壓縮機(jī)的性能、調(diào)節(jié)與控制（3）符合相似條件的性能換算四離心式壓縮機(jī)的可靠性1.

葉輪強(qiáng)度確保葉輪安全運(yùn)行的措施：選擇優(yōu)質(zhì)材料；選擇優(yōu)良的制造工藝；控制葉輪圓周速度;進(jìn)行葉輪強(qiáng)度計算。2.轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)子角速度與轉(zhuǎn)子彎曲振動的固有頻率相重合，則轉(zhuǎn)子發(fā)生共振導(dǎo)致破壞。此時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速，可保證轉(zhuǎn)子不發(fā)生共振，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

方法：計算轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，按要求校核。四離心式壓縮機(jī)的可靠性

3.軸向力的平衡（a）葉片對稱排列（b）設(shè)置平衡盤四離心式壓縮機(jī)的可靠性（c）選擇止推軸承（d）葉輪輪盤背面加筋四離心式壓縮機(jī)的可靠性4.軸端密封（1）機(jī)械密封（2）浮環(huán)油膜密封五離心式壓縮機(jī)的選型（1）產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)1.選型的基本原則i性能指標(biāo)流量：質(zhì)量流量qm（kg/h）或進(jìn)口容積流量qvin（m3/h）壓力比：壓縮機(jī)出口法蘭處的壓力與進(jìn)口法蘭處壓力之比效率：一般采用多變效率、機(jī)械效率功率明確經(jīng)常運(yùn)行的工況點(diǎn)：使經(jīng)常運(yùn)行工況點(diǎn)的流量與壓力比處于最佳工況點(diǎn)（設(shè)計制造時用到余量系數(shù)）ii安全指標(biāo)主要零部件的選材、不平衡量、主要零部件的間隙、振動值等（2）產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)品價格供貨時間使用壽命（3）考慮性能調(diào)節(jié)方式（4）設(shè)備及儀表的配備閥門調(diào)節(jié)、變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、導(dǎo)葉調(diào)節(jié)等五離心式壓縮機(jī)的選型中間冷卻器、檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等軸流式壓縮機(jī)的工作原理及特點(diǎn)2.選型分類五離心式壓縮機(jī)的選型裝在轉(zhuǎn)鼓上的動葉片對氣體做功；裝在殼體上的靜葉片起導(dǎo)流和擴(kuò)壓作用，二者構(gòu)成一個基元級。i軸流式壓縮機(jī)的工作原理五離心式壓縮機(jī)的選型ii軸流式壓縮機(jī)的特點(diǎn)五離心式壓縮機(jī)的選型軸流式壓縮機(jī)進(jìn)口截面積比離心式壓縮機(jī)葉輪進(jìn)口的截面積大的多，且流速高，所以其處理的氣體量比離心式壓縮機(jī)大得多。軸流式壓縮機(jī)中氣流的方向平行于軸線，徑向分速度為零，基元級提供的理論功少，所以其不適用于壓力比較高的場合。軸流式壓縮機(jī)中氣流流經(jīng)動靜葉片的流線彎曲小，路程短，機(jī)翼型葉片的流動損失小，所以其效率很高。當(dāng)流量變化時，軸流式壓縮機(jī)的級內(nèi)會造成很大的沖擊損失，所以其對變工況的適應(yīng)能力較差。（1）按流量和壓力選型2.選型分類五離心式壓縮機(jī)的選型i按流量選型窄葉輪的離心壓縮機(jī)雙吸葉輪式壓縮機(jī)三元葉輪式壓縮機(jī)軸流式壓縮機(jī)ii按壓力選型壓縮機(jī)：0.2MPa以上鼓風(fēng)機(jī)：0.115～0.2MPa通風(fēng)機(jī)：0.115MPa以下五離心式壓縮機(jī)的選型（2）按工作介質(zhì)選型壓縮輕氣體所需的壓縮功大，可選用較多級數(shù)的壓縮機(jī)或多缸串聯(lián)的壓縮機(jī)機(jī)組；或適當(dāng)提高葉輪速度、增加葉輪的葉片數(shù)等。壓縮重氣體所需的壓縮功小，可選用較少級數(shù)的壓縮機(jī)或單級離心壓縮機(jī)。當(dāng)工作介質(zhì)易燃、易爆、有毒或排氣壓力很高，須選用具有嚴(yán)密軸端密封裝置的壓縮機(jī)；對排氣溫度有限制的，需選用帶有中間冷卻器的壓縮機(jī)。若氣體中含有固、液兩相介質(zhì)時，應(yīng)選用葉輪具有良好耐磨損、耐銹蝕的壓縮機(jī)。五離心式壓縮機(jī)的選型（3）按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選型五離心式壓縮機(jī)的選型按壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)：單級、多級、多列、多缸、多級多軸等按氣缸結(jié)構(gòu)：剖分式、高壓筒型等按葉輪結(jié)構(gòu)：閉式后彎型、半開式徑向直葉輪、三元葉輪、長短葉片相間的葉輪、順排或?qū)ε湃~輪等按擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)：無葉片式、有葉片式3.選型方法五離心式壓縮機(jī)的選型本章小結(jié)一離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)

了解：離心壓縮機(jī)的主要組成部分及結(jié)構(gòu)；葉輪結(jié)構(gòu)及類型。

掌握：“