过程流体机械-离心压缩机

2 A ) u22
（3-10）
φ2r —— 流量系数 （径向分速系数）
μ —— 滑移系数 说明：①. Hth ＝（u2 , φ2r , β2A , Z）
②. 滑移（环流）系数μ 反映叶片有限 c2 偏移 （轴向涡流）影响
实际
③. 适用闭式后弯叶片
轴向涡流
c2u c2u＜c2u
Hth Hth
§3 离心压缩机
§3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理
3.1.1 离心压缩机的典型结构与特点 离心压缩机的典型结构
级：一个叶轮及其动静部件 段：一对入口和出口
冷却或工艺要求 缸：一套缸体及一根轴 列：线状排列一组气缸 静子部件：
机壳、吸入室、排气蜗壳、密封等 转子部件：
叶轮、轴承、推力盘等
☆思考题 3.1 何谓离心压缩机的级 ？ 它由哪些部分组成 ？各部件有何作用 ？
径向分速度
叶轮进口 速度三角形
周向 分速度
叶轮进口 速度三角形
§3 离心压缩机
化工过程流体机械
§3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理
3.1.1 离心压缩机的典型结构与特点 离心叶轮的典型结构 后弯（后向）型、径向型、前弯（前向）型
叶轮型式 （叶片）
叶片出口角 β2A
理论能量头 （扬程）
Hth
静能头比例 （压力）
3.1.3 级内的各种能量损失
☆思考题 3.7 试说明级内有哪些流动损失？流量大于或小于设计流量时冲角有何变化？由此会产生什么损失？ 若冲角的绝对值相等，谁的损失更大？为什么？
级内流动损失
（1）摩阻损失：
Hf
q
2 V
（cm2 平均气速）
（2）分离损失：边界层（c →0）分离（回流）
控制通道扩张角（锥度、扩压度）
3.1.1 离心压缩机的典型结构与特点 离心叶轮的典型结构 叶轮速度三角形
分速度： 周向分速度 （c 在圆周方向分量） cu 、c2u 、c1u 与能量（扬程）有关 能量头（周速）系数 φ2u＝c2u / u2 径向分速度 （c 在直径方向分量） cr 、c2r 、c1r 与流量（流速）有关 流量系数 φ2r ＝ c2r / u2
伯努利方程：（压能、损失表示的能量方程）
叶轮功（叶片功，含流动损失）
Hth
0 d p
0
c
2 0
c
2 0
2
H hyd 00
（3-14）
总功（全部损失）
Htot
0 0
dp
c
2 0
c
2 0
2
H loss 00
0 0
dp
c
2 0
c
2 0
2
H hyd
Hl
H df （3-15）
说明：①. 物理意义：（三部分）压能、动能、损失，忽略热交换和位能
欧拉方程：（叶轮机械基本方程）理论和实用表达式Lth来自Hthc2u u2
c1u u1
u
2 2
u12 2
c22
c
2 1
2
w12
w
2 2
2
（3-4）
式中：Lth —— 叶轮输出欧拉功
Hth —— 理论能量头（接受能量/单位重流体），kJ/kg
说明：①. 适用任何流体（气、液），与流体（ρ、t ）无关
输水输气能头相同，但出口压力不同
c
2 2
2
c
2 1
（3-12）
式中：cp —— 定压比热，h —— 焓值 k —— 绝热指数，R —— 气体常数
说明：①. 物理意义：焓值＋动能，忽略热交换（流量大，散热小）和位能
②. 形式：多种表达形式，cp T、h、k R 等 ③. 下标：1、2 代表进出截面（可为任意流通截面，如 0-0′截面）
④. 流动：绝能流动 Hth ＝ 0
滞止焓
cp Ti
c
2 i
2
const
速度 c↓→温度 T↑，例如扩压器绝能流动
§3 离心压缩机
化工过程流体机械
§3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理
3.1.2 离心压缩机的基本工作原理
☆思考题 3.6 何谓伯努利方程？试写出叶轮的伯努利方程表达式，并说明该式的物理意义
τ2 —— 叶轮出口通流系数
2
1
Z 2
D2 sin
2A
（3-3）
式中：Z —— 叶片数；δ2 —— 叶片厚度
§3 离心压缩机
化工过程流体机械
§3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理
3.1.2 离心压缩机的基本工作原理
☆思考题 3.4 何谓欧拉方程？试写出它的理论表达式与实用表达式，并说明该方程的物理意义
级的典型结构（图 3-2） 中间级、首级、末级 叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气管、蜗壳等
§3 离心压缩机
§3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理 弯道
3.1.1 离心压缩机的典型结构与特点
级的典型结构
中间级：
叶轮 扩压器
扩压器
弯道
回流器等
首级：
叶轮
增加
吸气室
末级： 无弯道
密封装置
无回流器
增加蜗壳
（3）冲击损失（叶轮、扩压器）：（叶轮为例，扩压器类似分析）
叶轮进气角β1≠叶片进口角β1A，冲击分离损失（相当于扩张角↑）
§3 离心压缩机
连续方程：质量守恒（流经任意截面流量）
qm i qVi in qVin 2 qV 2 2 c2r f2 const
（3-1）
式中：qm —— 质量流量，kg/s；qV —— 容积流量，m3/s
ρ —— 气流密度；f —— 截面面积；c —— 法向流速
式中：
D2
q—m —叶2 qV轮2 外径2 D；b22b2
D—22—2叶2r u轮2 出口2 Db轴22 向2宽r 度2
60 n
2
u
3 2
（3-2）
b2 /D2 —— 叶轮出口相对宽度（0.025 ～ 0.065）
Φ2r —— 流量系数。径向叶轮 0.24 ～ 0.40
后弯叶轮 0.18 ～ 0.32
强后弯叶轮 0.10 ～ 0.20 (β2A≤ 30º)
3.3.5 轴端密封
3.3.6 离心压缩机机械故障诊断
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
3.4.4 选型事例
§3 离心压缩机
化工过程流体机械
§3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理
3.1.1 离心压缩机 的典型结构
与特点
§3 离心压缩机
化工过程流体机械
3.1.1 离心压缩机的典型结构与特点 离心叶轮的典型结构
叶轮速度三角形： 叶轮透平机械理论基础 适用压缩机、泵、汽轮机等
下标： 1 — 叶轮进口截面 2 — 叶轮出口截面 A — 叶片 th — 理论参数 ∞ — 叶片无限多 （无限薄，不占体积）
实际参数
理论参数
叶轮进口 速度三角形
叶轮进口 速度三角形
参数：焓 h、温度 T、速度 c、压力 p、损失 Hloss 等 变化：能量头 H↑→ 参数改变 ？ 应用：热焓形式、压损形式
③. 理论基础 能量定律、质量守恒、热力学定律等
④. 能量损失 气体粘性→内摩擦→产生热量→气体吸收→焓增↑
§3 离心压缩机
化工过程流体机械
§3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理
气流角度：（实际参数） β2（∠ w2 ，- u2 ） α2（∠ c2 ，u2 ）
结构角度：（理论参数） 叶片出口角β2A（∠ 切线，- u 反向） 与流动和介质无关 （理想状况β2 ＝β2A ）
相对速度
绝对速度
叶轮出口 速度三角形
圆周 速度
叶轮进口 速度三角形
§3 离心压缩机
化工过程流体机械
§3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理
化工过程流体机械
教学课件
第三章
辽宁石油化工机械工程学院
孙铁
2006.9
§3 离心压缩机
化工过程流体机械
3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理
3.1.1 离心压缩机的典型结构与特点
3.1.2 离心压缩机的基本工作原理 3.1.3 级内的各种能量损失
3.1.4 多级压缩机
3.1.5 功率与效率
3.1.6 实际气体
②. 三部分能量（物理意义）：
离心力做功转静压能＋动能增量＋相对速度 w 减速转静压能
③. 适用叶轮式输送机械（离心式、轴流式压缩机和泵）
也适用叶轮式原动机械（汽轮机、燃气轮机，符号改变）
④. 叶轮直径 D2↑，转速 n↑，→ 圆周速度 u2↑，理论能头 Hth↑ ⑤. （流体进入）无预旋 c1u ＝ 0
3.1.7 三元叶轮的应用
3.2 性能、调节与控制
3.2.1 离心压缩机的性能
3.2.2 相似理论在离心压缩机中的应用
3.2.3 压缩机的各种调节方法及其特点
3.2.4 附属系统
3.2.5 压缩机的控制
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
⑤. 流动：绝能流动 Hth ＝ 0 ，速度 c↓→ 滞止压力
§3 离心压缩机
化工过程流体机械
§3.1 离心压缩机的典型结构与工作原理
3.1.2 离心压缩机的基本工作原理 总结： ①. 参数含义 叶轮输出：功 L** 流体接受：能量头 H** 单位相同 J/kg ②. 方程内容 来源：推导
形式：热焓、压损等
脉动
低
复杂
大
多
故障 多
高
少