离心式压缩机的典型结讲义构与基本方程(一)
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第三章 离心式压缩机课件
第三章 离心式压缩机
3.1 离心式压缩机的典型结构和工作原理 3.2 性能、调节与控制 3.3 安全可靠性 3.4. 选型
2021/7/10
3.1 离心式压缩机的典型结构和工作原理
3.1.1 离心压缩机的典型结构与特点 • 发展概况
• 工作原理 • 工作过程与典型结构 • 级的结构与关键截面 • 离心压缩机的特点 • 适用范围
例3 性能变化造成的喘振情况
某压缩机原在转速为n 下正常运转，工况点 为A点（见图）。后 因生产中高压蒸汽供 应不足，作为驱动机 的蒸汽轮机的转速下 降到n2，这时压缩机 的工作点A’落到喘振 区，因此产生了喘振。
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4 压缩机的串联与并联
压缩机串联工作可增大气流的排出压力， 压缩机并联工作可增大气流的输送流量。
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3.2.1 离心式压缩机的性能
1.性能曲线、最佳工况点与稳定工作范围
性能曲线亦称特性曲线
（1）增压比曲线（ε-qvin)，选压缩机、定工况点、能量核算 （2）效率曲线（η -qvin)，是经济指标、参数计算的原始数据 （3）轴功率曲线（N-qvin)，决定原动机功率。 qvin是出口截面测得的流量换算到进口P、T下的qv
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工作过程与典型结构
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3.2.2 压缩机的调节方法及其特点
3.1 离心式压缩机的典型结构和工作原理 3.2 性能、调节与控制 3.3 安全可靠性 3.4. 选型
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3.1 离心式压缩机的典型结构和工作原理
3.1.1 离心压缩机的典型结构与特点 • 发展概况
• 工作原理 • 工作过程与典型结构 • 级的结构与关键截面 • 离心压缩机的特点 • 适用范围
例3 性能变化造成的喘振情况
某压缩机原在转速为n 下正常运转，工况点 为A点（见图）。后 因生产中高压蒸汽供 应不足，作为驱动机 的蒸汽轮机的转速下 降到n2，这时压缩机 的工作点A’落到喘振 区，因此产生了喘振。
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4 压缩机的串联与并联
压缩机串联工作可增大气流的排出压力， 压缩机并联工作可增大气流的输送流量。
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3.2.1 离心式压缩机的性能
1.性能曲线、最佳工况点与稳定工作范围
性能曲线亦称特性曲线
（1）增压比曲线（ε-qvin)，选压缩机、定工况点、能量核算 （2）效率曲线（η -qvin)，是经济指标、参数计算的原始数据 （3）轴功率曲线（N-qvin)，决定原动机功率。 qvin是出口截面测得的流量换算到进口P、T下的qv
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工作过程与典型结构
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3.2.2 压缩机的调节方法及其特点
离心式压缩机培训讲义共36页文档
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
36ห้องสมุดไป่ตู้
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
离心式压缩机培训讲义
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
第三章离心式压缩机
第一段
第二段
级的典型结构与关键截面
级是离心压缩机使气体增压的基本单元。分为首级、 中间级、末级
中间级: 由叶轮、扩压器、弯道、回流器组成；首级： 吸气室+中间级；末级：叶轮、扩压器、蜗壳
离心压缩机的典型结构与特点 级的典型结构 （各元件通流截面变化及能量转换情况）
特征截面 in - in 0-0
实际应用中，主要用进、出口的速度三角形。它的 形状和大小将直接关系到叶轮和流体间的能量交 换（功耗）。
c
w
α
cr β
cu
u
c
w
α
cr β
cu
u
叶轮与速度三角形中各参数的含义如下：
α—气流绝对速度与圆周速度的夹角。 β—气流相对速度与圆周速度反方向的夹角，液流角。 cr —绝对速度的径向分速； cu —绝对速度的周向分速。 βA—叶片安置角（叶片在该点的切线与圆周速度反方
（无限薄，不占体积）
叶轮进口 速度三角形
相对速度
离心叶轮的典型结构 叶轮速度三角形
气流速度： 绝对速度（气流速度） c 、c2 、c1 牵连速度（叶轮圆周速度） u ＝ rω（角速度）、u2 、u1 相对速度（流动速度） w 、w2 、w1
气流角度：（实际参数） β2（∠ w2 ，- u2 ） α2（∠ c2 ，u2 ）
绝能流动
离心式叶轮的典型结构
1. 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，且角）
后弯型叶轮：βA＜ 90°，级效率高，稳定工作范围宽。 径向型叶轮： βA ＝90 °，性能介于后弯型和前弯型之间。
离心压缩机是在通风机基础上发展起来 流量10000m3/min 提高了转速，大都在35000rpm以上，同时解决了
09离心式压缩机的典型结构与基本方程(一)
sin122222222aaruthzctgucuuch???????222ucrr??为流量系数sin12222aaruzctg????????理论能量头系数或周速系数222uhuth??例1某离心式压缩机的第三级叶轮其叶片进出口速度为cc例1某离心式压缩机的第三级叶轮其叶片进出口速度为cc1160ms11c90cc22130ms130ms2218叶轮转速为n12000rmin进出口直径分别为dd18叶轮转速为n12000rmin进出口直径分别为dd11180mmd22330mm求叶轮给予每公斤有效流量的理论能头
U2
Z
sin 2 A
sin 2 A C 2U Z 1 C 2U U 2 C 2 r ctg 2 A
滑移系数
Cr 2 ctg 2 A sin 2 A ) U2 Z
无预旋时
H th C2U U 2 U 2 (1
2
H th C2U U 2 U 2 (1
vin
RTin 0.91 m 3 / KG P in
P in vin RT in
求叶轮进口气流密度
in
1 1.1kg / m 3 vin
0 K v 0 in 0.91 1.1 1.0
（4）贝努力方程
由热力学第一定律 ： dQ dU PdV
dH d (U PV ) dU PdV VdP
校核各级叶轮选取的合理性和计算压缩机的转速
2 r
Cr 2 U2
出口流量系数
b2 D2
叶轮相对宽度
b2 0.065 D2
通常：0.025
2
Z 2 b2 2 Z 2 D2 b2 sin 2 A sin 2 A D2 b2
U2
Z
sin 2 A
sin 2 A C 2U Z 1 C 2U U 2 C 2 r ctg 2 A
滑移系数
Cr 2 ctg 2 A sin 2 A ) U2 Z
无预旋时
H th C2U U 2 U 2 (1
2
H th C2U U 2 U 2 (1
vin
RTin 0.91 m 3 / KG P in
P in vin RT in
求叶轮进口气流密度
in
1 1.1kg / m 3 vin
0 K v 0 in 0.91 1.1 1.0
（4）贝努力方程
由热力学第一定律 ： dQ dU PdV
dH d (U PV ) dU PdV VdP
校核各级叶轮选取的合理性和计算压缩机的转速
2 r
Cr 2 U2
出口流量系数
b2 D2
叶轮相对宽度
b2 0.065 D2
通常：0.025
2
Z 2 b2 2 Z 2 D2 b2 sin 2 A sin 2 A D2 b2
离心压缩机的基本结构PPT培训讲义
的静、动平衡实验。 ⑻高位油箱用于停电停泵造成事故停车时的供油，以保证机组惰转过程中各润滑点的供油，确保安全。
平衡包括静平衡、动平衡两种。 静平衡是检查转子重心是否通过旋转轴中心。如果二者重合，
它能在任意位置保持平衡；不重合，它会产生旋转，只有在某 一位置时才能静止不动。通过静平衡实验，找出不平衡质量， 可以在其对称部位刮掉相应的质量，以保持静平衡。
整个润滑油系统由以下主要机件组成油箱、泵前过
⑵冷却器管程走水，壳程走气。
二、润滑脂:
1、定义是将稠化剂分散于液体润滑剂中所形成的一种稳定的半固体。 2、作用润滑脂涂于机械摩擦部位，在机械表面形成一定强度的油膜，以减小摩擦
磨损，还可以防止金属氧化，填充机件空隙，防止漏气、漏油、漏水，保证设 备正常运转。 3、润滑脂的选用要根据机械的工作温度、运转速度、负荷大小、工作环境和供脂 方式的不同，综合考虑，一般应考虑以下四个方面的因素
脱蜡精制的深度。以℃表示。 主电机、压缩后的气体、润滑油
⑸锈防蚀能吸咐在零件表面防止水、空气、酸性物质及害气体与零件的接触。
（三） 离心式压缩机⑹组润闪滑点系统用温度表示油品在高温下蒸发性及着火危险性的指标。 机粘械度工 越作小环，境流的动一不性同就般，越应好来选；用说不，同的闪润滑点脂，越在高潮湿，环境油下应品选的用具使有抗用水性温能度的润也滑脂越；高，油品中混入汽 （三） 离心式压油缩机或组柴润滑油系统时，闪点会明显降低。以℃表示。 在热含套酸 在的主环轴境上下，可通选常⑺用平经衡抗基盘脂只氧；平化衡一安部分定轴向性力表，剩示余的油轴向品力在由止使推轴用承来和承储受。存过程中，在高温和金 在⑶含清酸 洁的通环过境润下滑属可油选的催用流经动化基冲脂洗下；零，件工油作品表面抗摩擦氧产生化的作金属用和其的它脏能物力。 。抗氧化安定性越好，油品 的使用寿命就越长。 温度对润滑脂的影响很大，环境温度高和机械运转温度高的，应选用耐高温的润滑脂，一般润滑脂的是温度都应低于其滴点20~30摄 氏同度时。 还确定了转子与⑻固定总元件碱的值位置表。 示在规定条件下，中和存在于1g油品中全部碱性 ⑵冷却降温通过组润滑分油的所循环需带的走热酸量防量止烧，结以。 相当的氢氧化钾毫克数表示。是测定油品 员机通前过 进仪口、过电滤控器中制系相有统关完效知成识作添业加。 剂成分的指标，表示内燃机油的清净性与中和能力。
平衡包括静平衡、动平衡两种。 静平衡是检查转子重心是否通过旋转轴中心。如果二者重合，
它能在任意位置保持平衡；不重合，它会产生旋转，只有在某 一位置时才能静止不动。通过静平衡实验，找出不平衡质量， 可以在其对称部位刮掉相应的质量，以保持静平衡。
整个润滑油系统由以下主要机件组成油箱、泵前过
⑵冷却器管程走水，壳程走气。
二、润滑脂:
1、定义是将稠化剂分散于液体润滑剂中所形成的一种稳定的半固体。 2、作用润滑脂涂于机械摩擦部位，在机械表面形成一定强度的油膜，以减小摩擦
磨损，还可以防止金属氧化，填充机件空隙，防止漏气、漏油、漏水，保证设 备正常运转。 3、润滑脂的选用要根据机械的工作温度、运转速度、负荷大小、工作环境和供脂 方式的不同，综合考虑，一般应考虑以下四个方面的因素
脱蜡精制的深度。以℃表示。 主电机、压缩后的气体、润滑油
⑸锈防蚀能吸咐在零件表面防止水、空气、酸性物质及害气体与零件的接触。
（三） 离心式压缩机⑹组润闪滑点系统用温度表示油品在高温下蒸发性及着火危险性的指标。 机粘械度工 越作小环，境流的动一不性同就般，越应好来选；用说不，同的闪润滑点脂，越在高潮湿，环境油下应品选的用具使有抗用水性温能度的润也滑脂越；高，油品中混入汽 （三） 离心式压油缩机或组柴润滑油系统时，闪点会明显降低。以℃表示。 在热含套酸 在的主环轴境上下，可通选常⑺用平经衡抗基盘脂只氧；平化衡一安部分定轴向性力表，剩示余的油轴向品力在由止使推轴用承来和承储受。存过程中，在高温和金 在⑶含清酸 洁的通环过境润下滑属可油选的催用流经动化基冲脂洗下；零，件工油作品表面抗摩擦氧产生化的作金属用和其的它脏能物力。 。抗氧化安定性越好，油品 的使用寿命就越长。 温度对润滑脂的影响很大，环境温度高和机械运转温度高的，应选用耐高温的润滑脂，一般润滑脂的是温度都应低于其滴点20~30摄 氏同度时。 还确定了转子与⑻固定总元件碱的值位置表。 示在规定条件下，中和存在于1g油品中全部碱性 ⑵冷却降温通过组润滑分油的所循环需带的走热酸量防量止烧，结以。 相当的氢氧化钾毫克数表示。是测定油品 员机通前过 进仪口、过电滤控器中制系相有统关完效知成识作添业加。 剂成分的指标，表示内燃机油的清净性与中和能力。
3.2离心压缩机理论——【流体机械 精品讲义】
• 动量矩定理： dL T dt
m(r2c2u r1c1u ) T dt
叶轮动量矩
• 轴传给叶轮的功率： N T
• 代入扭矩：
N T ω = m(r2c2u r1c1u )ω m(u2c2u u1c1u )
dt
dt
Wth
• 单位质量气体的功：
Wth N dt=u2c2u u1c1u
压缩机 β2A=30°~ 60°
水泵： β2A= 15°~30°
叶轮出口： 相对速度夹角：β2=β2A
叶轮进口：额定流量下： β1=β1A (无冲击进入叶道）
非额定流量下：流量小时β1＜β1A 流量大时β1＞β1A （都对叶片发生冲击）
已知条件：q1，q2——叶轮进出口的容积流量。 A1 ，A2——叶轮进出口的面积，A=π·D·b·τ b:叶道宽度；τ：叶片阻塞系数。
即：流量增加，则压头降低。
（3）叶片角度 β2A ① 后弯叶片 β2A< 90 ° （叶片弯曲与旋转方向相反） 当β2A=1~89°，ctg β2A↓ 而 Hth↑略有升高
②直角叶片 β2A=90°
此时： ctg2A 0
则： Hth u22
③前弯叶片 β2A> 90° ctg β2A=负值， C2↑↑ 则：Hth↑↑
• 特点：介质能量的增加 Hth ,只与叶轮进、出口介质的速度 u 、
w 、c 有关，与介质性质无关。
欧拉方程第二表达式：
H th
u22
u12 2
w12
w22 2
c22
c12 2
Lth
静
静
动
压
压
能
各项的物理意义： 能
能
增
（单位重量气体）
离心压缩机1(2)全解
Htot
pd dp
ps
cd2
cs2 2
hlos
轮阻损失、内漏损失、流动损失
Htot
pd dp
ps
cd2
cs2 2
hhyd
hdf
hl
压缩能头或压缩功
1.2 气体在级中流动的概念及基本方程
Htot
pd dp
ps
cd2
cs2 2
hhyd
hdf
hl
Htot HT Hdf Hl
w12
w22 2
c22
c12 2
进口无预旋：
H2uTcu2u2u 2,c2理u 论u能22 头cu22u系数或2u周 u22速系数。
同离心泵一样，由于惯性影响，在有限叶片数 压缩机叶轮流动中存在轴向涡流。C2u难以计算。仍
HT
用μ（滑移系数）表示轴向旋涡对理论能头的影响。
HT
一、液体在有限叶片数叶轮中的流动
2r
c2r u2
Qs
D2b2 2k2 u2
流量系数
Qs、Qi和υs、υi分别为进口和任意截面的
体积流量和比容。
1 m3 kg
补充：离心泵叶片阻塞系数
D Z
sin A
D
τ：叶片的阻塞系数。反映了叶片 厚度对叶轮通流面积的影响。
阻塞系数 0.9~0.95
x sin
1.2 气体在级中流动的概念及基本方程
驱动机传递给叶轮的功率： NT M 0
叶轮角速度
理想状态下叶轮对流体所作 NT QT HT
功率：
叶片数无限多情 况下的理论能头
Mo QT HT
NT NT
合
H T
M o QT
离心式压缩机
（2）重量轻、体积小。无论机组占地面积还是质量都比同一气量 的活塞式压缩机小得多。
（3）运转可靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，操 作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。目前大 型石油化工过程用离心式压缩机多为单机运行。
（4）气体不与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可以 做到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。
（5）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以合 理而充分的利用工艺过程本身的热能，节约能源。
缺点： （1）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。 （2）离心式压缩机的效率一般低于活塞式压缩机。 （3）离心式压缩机的稳定工况区较窄。
§2 气体在级中的流动及基本方程
气体在压缩机叶轮中的流动与液体在泵叶轮中流动非
离心式压缩机
离心式压缩机
§1 离心式压缩机的主要构件及基本原理 §2 气体在级中的流动及基本方程 §3 级中能量损失 §4 离心式压缩机的特性曲线 §5 离心式压缩机的性能调节 §6 相似原理在离心式压缩机中的应用 §7 离心式压缩机的主要零部件 §8 离心式压缩机密封装置 §9 离心式压缩机润滑系统
获得同样的能头时，两者的压力升Δp相差很大；
➢气体是可压缩的，在气体压力提高的同时，其他状 态参数如比容、温度等都在变化。尤其在高速下，气 体的流动更复杂。
气体在压缩机内的流动情况分析：
欧拉方程；伯努利方程；用热力学基本方程来分析气 体在压缩过程中状态参数的变化及其对流动影响。
➢在离心式压缩机中气体的流动实际上是属于三元非 稳态流动。
§1 离心式压缩机的主要构件及基本原理
离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换，使气 体主要沿离心方向流动从而提高气体压力的机器。
1.1 离心式压缩机的主要构件
（3）运转可靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，操 作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。目前大 型石油化工过程用离心式压缩机多为单机运行。
（4）气体不与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可以 做到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。
（5）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以合 理而充分的利用工艺过程本身的热能，节约能源。
缺点： （1）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。 （2）离心式压缩机的效率一般低于活塞式压缩机。 （3）离心式压缩机的稳定工况区较窄。
§2 气体在级中的流动及基本方程
气体在压缩机叶轮中的流动与液体在泵叶轮中流动非
离心式压缩机
离心式压缩机
§1 离心式压缩机的主要构件及基本原理 §2 气体在级中的流动及基本方程 §3 级中能量损失 §4 离心式压缩机的特性曲线 §5 离心式压缩机的性能调节 §6 相似原理在离心式压缩机中的应用 §7 离心式压缩机的主要零部件 §8 离心式压缩机密封装置 §9 离心式压缩机润滑系统
获得同样的能头时，两者的压力升Δp相差很大；
➢气体是可压缩的，在气体压力提高的同时，其他状 态参数如比容、温度等都在变化。尤其在高速下，气 体的流动更复杂。
气体在压缩机内的流动情况分析：
欧拉方程；伯努利方程；用热力学基本方程来分析气 体在压缩过程中状态参数的变化及其对流动影响。
➢在离心式压缩机中气体的流动实际上是属于三元非 稳态流动。
§1 离心式压缩机的主要构件及基本原理
离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换，使气 体主要沿离心方向流动从而提高气体压力的机器。
1.1 离心式压缩机的主要构件
离心压缩机的典型结构与特点离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换
叶轮对每千克有效气体的总耗功（总能量）为
Htot Hth (1 l df )
式中，令 l q ml / qm — 称内漏气损失系数，一 般 l 0.005 ～ 0.05；
df N df / qm H th — 称轮阻损失系数，一般 df 0.02 ～ 0.13 。
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。
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；
得到有限多叶片的理论能头的计算公式：
2 H th c2 u u2 2 u u 1 2 r ctg 2 A sin 2 A u2 Z
2 2
2u 称为理论能量头系数或周速系数。 式中：
此方程为离心压缩机计算能量与功率的基本方程式。 说明：H th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。
或
2 H pol pol u2
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。
3.1.3 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
3.1.3.1 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。
1 90，c1u 0
Hth c2uu2
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。
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。 结果 使得相对速度和绝对速度产 生滑移。