第三章 离心式压缩机_7
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特点：简单、方便，省功，但增加设备。 原理：压缩机特性叠加，使流量或压力倍增。
p
p
串联
q
并联
q
压缩机的各种调节方法及其特点
☆思考题 试简要比较各种调节方法的优缺点
调节方法 出口节流 调节 进口节流 调节
原理 节流 管特性斜率
改变特性 措施 管特性 阀门
优点 简单方便 简便省功 ( qV )min↓ 经济性好 改善喘振 ( qV )min↓
（4）叶轮进口导叶（进气预旋）、扩压器叶片调节 转动导叶或扩压器叶片，使气流无冲击进入， 避免气流冲击和喘振发生。 特点：经济性好，损失少，但机构复杂。 原理：减少压缩机内部冲击损失， p 使压缩机特性曲线变平缓。 可避免或减小喘振区。
q
(5) 压缩机的串联与并联
两台或几台压缩机串联或并联后，使特性曲线 成倍增加，工况点提高。
压缩机启动和停车过程中注意喘振
下图中哪一图所示的开车和停车顺序是正确的?
先升压、后升速
(a)
先降速、后降压
(b)
先升速、后升压
(c)
先降压、后降速
(d)
开车和停车顺序
先升压、后升速
先降速、后降压
开车和停车顺序
先升速、后升压
先降压、后降速
3.2.2 压缩机与管网联合工作
整套装置连接形式： 压缩机→ 管道 → 设备（装置） 通常：管道+设备——称为管网系统
5 改变压缩机转速的调节
6 三种调节方法的经济性
压缩机的各种调节方法
（1）压缩机出口节流调节 在压缩机出口安装节流阀，靠阀的开度调节流量. 原理：阀关小时，流量减小，管网阻力增大，管网特性 曲线变陡。 特点：简单、方便，但功率浪费大。 注意：流量太小时，会进入喘振区。
A1
A
压缩机的各种调节方法
（2）压缩机进口节流调节 压缩机进口安装节流阀，控制进口 流量和压力。 特点：简单、方便，省功率，应用广 泛。 原理：阀开度大小，改变压缩机吸入 参数，使压缩机特性曲线变化。 注意：流量太小时，也会进入喘振区
LOGO
过程流体机械
离心式压缩机
内容回顾：
1．离心压缩机的级分为三种型式， 即____、 ____和____ 。 2.离心压缩机的典型（中间级）级结构包括 ____ 、 ____ 、 ____ 和____ 部件。 3．离心叶轮的常见型式有____ 、 ____和 ____ 叶轮。 4．叶轮出口速度三角形由____速度、 ____速 度和____速度构成。
线
堵塞工况
当流量增大时，气流速度升高， 流道某喉部气流流速将达到临界状 态，即流速等于音速 c=a(M=1)。 这时流量为最大流量 qmax ，若想 再提高流量，则会出现激波（波障） 气流穿过波障时将有很大波阻损 失，压力不再升高，流量也不能再 增加，这种工况称为“阻塞工况”。
3.2.1.2 喘振工况
性能曲线是选型、操作 以及性能调节的依据。
（2）性能曲线的特点
随着流量的减小，压缩 机能提供的压力比将增大。 离心压缩机有最大流量和最 小流量两种极限流量；排出 压力也有最大值和最小值。 效率曲线有最高效率点， 最佳工况点，设计工况点。
性能曲线分析：
① 有效压头 Hpol 受各种损失影响，以沿程摩擦损失和冲击损失
A1
A
压缩机的各种调节方法
(3) 改变压缩机转速 调节压缩机转速，使其特性曲线变化，工况点也 随之变化。 特点：最省功、经济，调节范围宽，无其它损失； 但要求原动机速度可调或有调速机构。 原理：压缩机速度变化， 特性曲线变化。 注意：流量太小时， n1 p 也会进入喘振区
n3
n2
qv
压缩机的各种调节方法
课堂问答
1、离心压缩机串并联特点和使用场合？ 2、离心压缩机常用的调节方法有哪些？
压 缩 机
管网
设 备（装 置）
管网的特性曲线
管网特性曲线（三种） 管网流量与所需压力关系 a. b. p ＝ pr ＝ const （压力恒定）
2 p A qV
（主要形式）
2 c. p pr A q V （混合特性）
压缩机与管网联合工作 平衡工作点： 压缩机和管网特性交点 M 满足能量守恒和质量守恒 （机提供与管所需相等） 说明：容积式（往复式）一般与管网无关 动力式（离心式）必定与管网有关
工 作 点
压缩机与管网联合工作
平衡工况的稳定性
平衡工况点（稳定） pout －qV 特性右段
稳定工作点 不稳定工作点
流量 qV↑增加 →
→ 机 p ＜管 p → → 流量 qV↓减少
（自动平衡）
流量 qV↓减少 → → 机 p ＞管 p → 流量 qV↑增加（自动平衡）
不稳定工况
驼峰型 pout －qV 特性左段 流量 qV↓减少 → 机 p ＜管 p → 流量 qV↓（不稳定）
喘振实例
喘振实例-2
b．气体分子量减小引起喘振
催化装置试验采用掺炼渣油，20天后由于渣油中重金 属含量高，引起催化剂中毒，使裂化气体组成发生变化 ，富气中H2组分高达40%（体积百分比），富气分子量 降低到35（原设计分子量是50）。分子量降低后，压缩 机发生喘振。
喘振实例
喘振实例-3
c．压缩机出口管路节流引起喘振 在压缩机出口管路上入容器前打洗涤水，管内径是 150mm，结垢后内径变成30mm，出口管路阻塞，管路性 能曲线上移，工作点进入喘振区域，发生喘振。 d．进口节流（进口压力低）导致压缩机喘振。 A1 一次，由于压缩机前油气分离罐破沫网脱落，被吸入 A 压缩机入口管，形成节流，进口压力低，导致喘振。
影响最大。 ② 压力比 ε随流量增大而减小。 ③ 效率 η 在额定流量下最高， 效率最高时为设计工况点或额定 工况点，要求压缩机尽可能的在 此点附近工作。
N H N
η
ε
η Hpol
④ 功率 N 一般随流量增加而增
大。当压力比 ε下倾较快时，N 曲线也下倾。
ε
qv
性能曲线的测试
（3）稳定工作范围
稳定工作范围： 压缩机性能曲线的左边受到 喘振工况的限制，右边受到堵塞工况限制，在这 两个工况之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。
喘振实例-1
例：前郭炼油厂一催化装置的MB-CH型7级串联水平中 分离心式气体压缩机。 a．由转速变化引起的喘振 正常情况下，压缩机转速的改变由系统反应的压力 信号控制，但机器发生故障时，压力信号不能使汽 轮机转速自由调节。某年冬季，由于蒸汽量不足， 蒸汽管网压力低，汽轮机用蒸汽经常出现0.7~0. 8MPa，机组出现满负荷状况非常多，转速上不去， 有时只达到给定信号的80%~90%，常出现喘振。
3.2 性能与调节
3.2.1 离心压缩机的性能曲线 3.2.1.1 性能曲线形成、特点、工况 3.2.1.2 喘振工况 3.2.1.3 堵塞工况 3.2.3 压缩机的调节方法及特点
（1）性能曲线 的形成 离心压缩机的工作性能
最主要参数是压力比、 效率、功率和流量。
性能曲线： 在一定转速和进口条 件下的压力比与流量、 效率与流量的关系曲 线。
流量
增加 不适合 （略增）
压力
增加
适用
管网特性 阻力较大 特性陡峭
要求
注意 前后机 性能
串联
适合
并联
适合
不适合
（略增）
阻力较小
特性平缓
机性能
相近
3.2.3 压缩机的调节方法及特点
1 压缩机出口节流调节 2 压缩机进口节流调节 3 采用可转动的进口导叶调节(又称进气预旋调节) 4 采用可转动的扩压器叶片调节
喘振实例-4
e. 进气温度变化造成的喘振情况
某压缩机原来进气温度为30度，因生产中冷却器出了故 障，使气温剧增到70度，这时压缩机突然出现了喘振 究其原因就是因为进气温度升高，使压缩机性能曲线下 降，由线1下降为l’，而管网性能曲线未变，压缩机工作
点变到A’，此点如果落在喘振线上，就会出现喘振。
（3）防喘振的措施
Байду номын сангаас
串联特性：
①总压比：……乘积 ②质量流量>单机流量 ③管路阻力下降，2点工况……
⑵ 离心压缩机的并联 应用场合： ① 增加供气量； ② 气量很大，一台困难 ③ 用气量变动，利用台数控制
并联特性： ①总流量增加，但单台流量…… ②若并联后管路阻力系数增大……
注意串联或并联工作时 压缩机和管网特性相互协调匹配
压缩机与管网联合工作
稳定工况点M
p M M
dp dp ＜ dq dq v comp v pipe
压缩机性能曲线的斜率小
于管路特性曲线的斜率。
特点：当因系统波动使工作点暂时偏离该点后， 还会再自动回到该点。
qv
不稳定工况点M ′ 压缩机性能曲线的斜率大于管路特性曲线 的斜率。
dp dq v
dp ＞ dq comp v
pipe
特点：当因系统波动使工作点暂时偏离该点后， 不会再自动回到该点。
压缩机的串联与并联
⑴ 离心压缩机的串联 如前面分析：性能曲线变陡、稳 定工况区变窄、应取第二级的稳 定工况区宽于第一台。
①具备具有喘振警戒线的特性曲线，以及防喘 振限（5-10％）； ②降低运行速度，可使流量减少而不致进入喘 振状态，但出口压力随之降低；
（3）防喘振的措施（续）
③设出口旁路,防止系统减量,多出的量打回压 缩机进口，虽浪费功，但防喘振；部分气体回 流法： ④进出口装测定仪表：压力表、温度表、流量 计，将防喘振与报警联锁或与紧急停车联动； ⑤设置导叶转动机构，调节导叶，防止出现正 冲角。 注意：叶轮、扩压器中均有喘振发生
流量进一步减小 出口压力显著下降
脱离团阻塞流道 管网压力下降慢
ε
倒流
这种周期性、 低频率、大振 幅的正反气流 震荡现象为喘 振
（2）喘振的危害
• 性能曲线中断：流量—正流、倒流；ｐ2—变 大、变小；η—下降。 • 出现噪音（呼哧）、吼叫、爆音； •对机器的损害：转子及定子元件受交变应力， 使密封及轴承损坏，甚至发生转子与定子元件 相碰、压送的气体外泄、引起爆炸等恶性事故
问题 流动 损失 节流 损失
经济性 差
应用 常备 不常用
节流 进气预旋 c1u (Hth)
调进口角 α3A 平移机特性
机特性
机特性 机特性 机特性
阀门 可调 导叶
可调 导叶
好
很好 较好 最佳
常用 轴流机 常用
不常用 常用
可调 进口导叶
可调 扩压器叶片 变速调节
机构 复杂
机构 太复杂
变速 连续调节 需变速 驱动 经济性最好 驱动机
（1）压缩机喘振的机理
（2）喘振的危害
（3）预防喘振的措施
（1）压缩机喘振的机理
两方面因素决定： (a) 内在因素: 旋转脱离、旋转失速 •旋转脱离
流量减小 边界层分离 旋转脱离
i 1A 1 0 , 1A 1
(1) 压缩机喘振的机理（续）
(b) 外在条件：压缩机管网系统的特性
内容回顾：续
5.离心压缩机的能量损失有哪几种？分别简 述发生的部位、原因、防治措施.
泄漏损失 HL
H L L Hth Hdf df L L Hth
总损失
轮阻损失 Hdf
流动损失 Hhyd 摩阻损失 分离损失
流动损失
冲击损失
二次流损失 尾迹损失
① 摩阻损失：气体与流道壁面的摩擦损失。 2 l cm Hf d hm 2 ② 分离损失：流通面变大时沿壁产生倒流和旋涡区，出 现分离损失。减少分离损失应保证： θ≤6°- 8° ③ 冲击损失：流量不在额定流量下，气流将在进口处冲 击叶片的工作面或非工作面，造成冲击损失。（叶片式 扩压器也会存在） ④ 二次流损失：在叶道、弯道转弯处出现两边压力差， 则压力大的流速低，压力小的流速高，高流速向低处流 动，形成二次涡流，即二次流损失。 ⑤ 尾迹损失：叶片尾部由于有一定宽度，外缘形成气流 旋涡区，产生尾迹损失
p
p
串联
q
并联
q
压缩机的各种调节方法及其特点
☆思考题 试简要比较各种调节方法的优缺点
调节方法 出口节流 调节 进口节流 调节
原理 节流 管特性斜率
改变特性 措施 管特性 阀门
优点 简单方便 简便省功 ( qV )min↓ 经济性好 改善喘振 ( qV )min↓
（4）叶轮进口导叶（进气预旋）、扩压器叶片调节 转动导叶或扩压器叶片，使气流无冲击进入， 避免气流冲击和喘振发生。 特点：经济性好，损失少，但机构复杂。 原理：减少压缩机内部冲击损失， p 使压缩机特性曲线变平缓。 可避免或减小喘振区。
q
(5) 压缩机的串联与并联
两台或几台压缩机串联或并联后，使特性曲线 成倍增加，工况点提高。
压缩机启动和停车过程中注意喘振
下图中哪一图所示的开车和停车顺序是正确的?
先升压、后升速
(a)
先降速、后降压
(b)
先升速、后升压
(c)
先降压、后降速
(d)
开车和停车顺序
先升压、后升速
先降速、后降压
开车和停车顺序
先升速、后升压
先降压、后降速
3.2.2 压缩机与管网联合工作
整套装置连接形式： 压缩机→ 管道 → 设备（装置） 通常：管道+设备——称为管网系统
5 改变压缩机转速的调节
6 三种调节方法的经济性
压缩机的各种调节方法
（1）压缩机出口节流调节 在压缩机出口安装节流阀，靠阀的开度调节流量. 原理：阀关小时，流量减小，管网阻力增大，管网特性 曲线变陡。 特点：简单、方便，但功率浪费大。 注意：流量太小时，会进入喘振区。
A1
A
压缩机的各种调节方法
（2）压缩机进口节流调节 压缩机进口安装节流阀，控制进口 流量和压力。 特点：简单、方便，省功率，应用广 泛。 原理：阀开度大小，改变压缩机吸入 参数，使压缩机特性曲线变化。 注意：流量太小时，也会进入喘振区
LOGO
过程流体机械
离心式压缩机
内容回顾：
1．离心压缩机的级分为三种型式， 即____、 ____和____ 。 2.离心压缩机的典型（中间级）级结构包括 ____ 、 ____ 、 ____ 和____ 部件。 3．离心叶轮的常见型式有____ 、 ____和 ____ 叶轮。 4．叶轮出口速度三角形由____速度、 ____速 度和____速度构成。
线
堵塞工况
当流量增大时，气流速度升高， 流道某喉部气流流速将达到临界状 态，即流速等于音速 c=a(M=1)。 这时流量为最大流量 qmax ，若想 再提高流量，则会出现激波（波障） 气流穿过波障时将有很大波阻损 失，压力不再升高，流量也不能再 增加，这种工况称为“阻塞工况”。
3.2.1.2 喘振工况
性能曲线是选型、操作 以及性能调节的依据。
（2）性能曲线的特点
随着流量的减小，压缩 机能提供的压力比将增大。 离心压缩机有最大流量和最 小流量两种极限流量；排出 压力也有最大值和最小值。 效率曲线有最高效率点， 最佳工况点，设计工况点。
性能曲线分析：
① 有效压头 Hpol 受各种损失影响，以沿程摩擦损失和冲击损失
A1
A
压缩机的各种调节方法
(3) 改变压缩机转速 调节压缩机转速，使其特性曲线变化，工况点也 随之变化。 特点：最省功、经济，调节范围宽，无其它损失； 但要求原动机速度可调或有调速机构。 原理：压缩机速度变化， 特性曲线变化。 注意：流量太小时， n1 p 也会进入喘振区
n3
n2
qv
压缩机的各种调节方法
课堂问答
1、离心压缩机串并联特点和使用场合？ 2、离心压缩机常用的调节方法有哪些？
压 缩 机
管网
设 备（装 置）
管网的特性曲线
管网特性曲线（三种） 管网流量与所需压力关系 a. b. p ＝ pr ＝ const （压力恒定）
2 p A qV
（主要形式）
2 c. p pr A q V （混合特性）
压缩机与管网联合工作 平衡工作点： 压缩机和管网特性交点 M 满足能量守恒和质量守恒 （机提供与管所需相等） 说明：容积式（往复式）一般与管网无关 动力式（离心式）必定与管网有关
工 作 点
压缩机与管网联合工作
平衡工况的稳定性
平衡工况点（稳定） pout －qV 特性右段
稳定工作点 不稳定工作点
流量 qV↑增加 →
→ 机 p ＜管 p → → 流量 qV↓减少
（自动平衡）
流量 qV↓减少 → → 机 p ＞管 p → 流量 qV↑增加（自动平衡）
不稳定工况
驼峰型 pout －qV 特性左段 流量 qV↓减少 → 机 p ＜管 p → 流量 qV↓（不稳定）
喘振实例
喘振实例-2
b．气体分子量减小引起喘振
催化装置试验采用掺炼渣油，20天后由于渣油中重金 属含量高，引起催化剂中毒，使裂化气体组成发生变化 ，富气中H2组分高达40%（体积百分比），富气分子量 降低到35（原设计分子量是50）。分子量降低后，压缩 机发生喘振。
喘振实例
喘振实例-3
c．压缩机出口管路节流引起喘振 在压缩机出口管路上入容器前打洗涤水，管内径是 150mm，结垢后内径变成30mm，出口管路阻塞，管路性 能曲线上移，工作点进入喘振区域，发生喘振。 d．进口节流（进口压力低）导致压缩机喘振。 A1 一次，由于压缩机前油气分离罐破沫网脱落，被吸入 A 压缩机入口管，形成节流，进口压力低，导致喘振。
影响最大。 ② 压力比 ε随流量增大而减小。 ③ 效率 η 在额定流量下最高， 效率最高时为设计工况点或额定 工况点，要求压缩机尽可能的在 此点附近工作。
N H N
η
ε
η Hpol
④ 功率 N 一般随流量增加而增
大。当压力比 ε下倾较快时，N 曲线也下倾。
ε
qv
性能曲线的测试
（3）稳定工作范围
稳定工作范围： 压缩机性能曲线的左边受到 喘振工况的限制，右边受到堵塞工况限制，在这 两个工况之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。
喘振实例-1
例：前郭炼油厂一催化装置的MB-CH型7级串联水平中 分离心式气体压缩机。 a．由转速变化引起的喘振 正常情况下，压缩机转速的改变由系统反应的压力 信号控制，但机器发生故障时，压力信号不能使汽 轮机转速自由调节。某年冬季，由于蒸汽量不足， 蒸汽管网压力低，汽轮机用蒸汽经常出现0.7~0. 8MPa，机组出现满负荷状况非常多，转速上不去， 有时只达到给定信号的80%~90%，常出现喘振。
3.2 性能与调节
3.2.1 离心压缩机的性能曲线 3.2.1.1 性能曲线形成、特点、工况 3.2.1.2 喘振工况 3.2.1.3 堵塞工况 3.2.3 压缩机的调节方法及特点
（1）性能曲线 的形成 离心压缩机的工作性能
最主要参数是压力比、 效率、功率和流量。
性能曲线： 在一定转速和进口条 件下的压力比与流量、 效率与流量的关系曲 线。
流量
增加 不适合 （略增）
压力
增加
适用
管网特性 阻力较大 特性陡峭
要求
注意 前后机 性能
串联
适合
并联
适合
不适合
（略增）
阻力较小
特性平缓
机性能
相近
3.2.3 压缩机的调节方法及特点
1 压缩机出口节流调节 2 压缩机进口节流调节 3 采用可转动的进口导叶调节(又称进气预旋调节) 4 采用可转动的扩压器叶片调节
喘振实例-4
e. 进气温度变化造成的喘振情况
某压缩机原来进气温度为30度，因生产中冷却器出了故 障，使气温剧增到70度，这时压缩机突然出现了喘振 究其原因就是因为进气温度升高，使压缩机性能曲线下 降，由线1下降为l’，而管网性能曲线未变，压缩机工作
点变到A’，此点如果落在喘振线上，就会出现喘振。
（3）防喘振的措施
Байду номын сангаас
串联特性：
①总压比：……乘积 ②质量流量>单机流量 ③管路阻力下降，2点工况……
⑵ 离心压缩机的并联 应用场合： ① 增加供气量； ② 气量很大，一台困难 ③ 用气量变动，利用台数控制
并联特性： ①总流量增加，但单台流量…… ②若并联后管路阻力系数增大……
注意串联或并联工作时 压缩机和管网特性相互协调匹配
压缩机与管网联合工作
稳定工况点M
p M M
dp dp ＜ dq dq v comp v pipe
压缩机性能曲线的斜率小
于管路特性曲线的斜率。
特点：当因系统波动使工作点暂时偏离该点后， 还会再自动回到该点。
qv
不稳定工况点M ′ 压缩机性能曲线的斜率大于管路特性曲线 的斜率。
dp dq v
dp ＞ dq comp v
pipe
特点：当因系统波动使工作点暂时偏离该点后， 不会再自动回到该点。
压缩机的串联与并联
⑴ 离心压缩机的串联 如前面分析：性能曲线变陡、稳 定工况区变窄、应取第二级的稳 定工况区宽于第一台。
①具备具有喘振警戒线的特性曲线，以及防喘 振限（5-10％）； ②降低运行速度，可使流量减少而不致进入喘 振状态，但出口压力随之降低；
（3）防喘振的措施（续）
③设出口旁路,防止系统减量,多出的量打回压 缩机进口，虽浪费功，但防喘振；部分气体回 流法： ④进出口装测定仪表：压力表、温度表、流量 计，将防喘振与报警联锁或与紧急停车联动； ⑤设置导叶转动机构，调节导叶，防止出现正 冲角。 注意：叶轮、扩压器中均有喘振发生
流量进一步减小 出口压力显著下降
脱离团阻塞流道 管网压力下降慢
ε
倒流
这种周期性、 低频率、大振 幅的正反气流 震荡现象为喘 振
（2）喘振的危害
• 性能曲线中断：流量—正流、倒流；ｐ2—变 大、变小；η—下降。 • 出现噪音（呼哧）、吼叫、爆音； •对机器的损害：转子及定子元件受交变应力， 使密封及轴承损坏，甚至发生转子与定子元件 相碰、压送的气体外泄、引起爆炸等恶性事故
问题 流动 损失 节流 损失
经济性 差
应用 常备 不常用
节流 进气预旋 c1u (Hth)
调进口角 α3A 平移机特性
机特性
机特性 机特性 机特性
阀门 可调 导叶
可调 导叶
好
很好 较好 最佳
常用 轴流机 常用
不常用 常用
可调 进口导叶
可调 扩压器叶片 变速调节
机构 复杂
机构 太复杂
变速 连续调节 需变速 驱动 经济性最好 驱动机
（1）压缩机喘振的机理
（2）喘振的危害
（3）预防喘振的措施
（1）压缩机喘振的机理
两方面因素决定： (a) 内在因素: 旋转脱离、旋转失速 •旋转脱离
流量减小 边界层分离 旋转脱离
i 1A 1 0 , 1A 1
(1) 压缩机喘振的机理（续）
(b) 外在条件：压缩机管网系统的特性
内容回顾：续
5.离心压缩机的能量损失有哪几种？分别简 述发生的部位、原因、防治措施.
泄漏损失 HL
H L L Hth Hdf df L L Hth
总损失
轮阻损失 Hdf
流动损失 Hhyd 摩阻损失 分离损失
流动损失
冲击损失
二次流损失 尾迹损失
① 摩阻损失：气体与流道壁面的摩擦损失。 2 l cm Hf d hm 2 ② 分离损失：流通面变大时沿壁产生倒流和旋涡区，出 现分离损失。减少分离损失应保证： θ≤6°- 8° ③ 冲击损失：流量不在额定流量下，气流将在进口处冲 击叶片的工作面或非工作面，造成冲击损失。（叶片式 扩压器也会存在） ④ 二次流损失：在叶道、弯道转弯处出现两边压力差， 则压力大的流速低，压力小的流速高，高流速向低处流 动，形成二次涡流，即二次流损失。 ⑤ 尾迹损失：叶片尾部由于有一定宽度，外缘形成气流 旋涡区，产生尾迹损失