离心压缩机基础详解

吸入室
作用是将介质均匀地引导至叶轮的进口 ，以减少气流的扰动和分离损失。它的结构 比较简单，有轴向进气和径向进气两种。径 向进气结构多采用于多级双支承压缩机中。
离心压缩机基本结构
• 整套离心压缩机组是由电气、机械、
润滑、冷却、控制等部分组成的一个系统 。虽然由于输送的介质、压力和输气量的 不同，而有许多种规格、型式和结构，但 组成的基本元件大致是相同的，主要由转 子、定子、和辅助设备等部件组成。
质量流量是指单位时间内流经压缩机流 道任一截面的气体质量，其单位为kg/s。
• （2）排气压力:即指压缩机出口压力。 • （3）有效功率：有效功率是指在气体的
压缩过程中，叶轮对气体所作的功，绝大 部分转变为气体的能量，另有一部分能量 损失，该损失基本上包括流动损失、轮阻 损失和漏气损失三部分，我们将被压缩气 体的能量与叶轮对气体所作功的比值称为 有效功率。
）与设计气流的进口角β1（设计）之差叫 做冲击角，简称冲角。用i表示。
β1A＜β1 ， i＜0，叫负冲角。 β1A＞β1 ， i＞0，叫正冲角。 在正负冲角的情况下，都将出现气流
与叶片表面的脱离，形成旋涡区，使能量
损失。冲击损失的增加与流量偏离设计流 量的绝对值的平方成正比。
• 3、轮阻损失
叶轮的不工作面与机壳之间的空间，
• 2、冲击损失： • 定义：是一种在非设计工况下产生的
流动损失。
• 叶轮进口叶片安装角β1A（实际）一
般是按照设计气流的进口角β1（设计 ）来决定的。一般是β1=β1A，此时进
气为无冲击进气。但是当工况发生偏 离设计工况时，气流进口角β1大于或 小于β1A将发生气流冲击叶片的现象 。
• 习惯把叶轮进口叶片安装角β1A（实际
件结构 塞 膜 塞 子 片 环 转子 旋 茨 螺 螺 (透平) 射
特征 式 式 式 式 式 式
式 杆杆 式 泵
活塞式 转子式
滑片式
涡旋式
单螺杆
几种特殊的压缩机
离心式压缩机
离心压缩机的概述
• 离心压缩机是产生压力的机械，是透平压
缩机的一种。透平是英译音体在压缩机中的运动是
4. 易损部件少，故障少、工作可靠、寿命长；
5. 机组单位功的重量、体积及安装面积小； 6. 机组的运行自动化程度高，调节范围广，且
可连续无级调节；
7. 在多级压缩机中容易实现一机多种蒸发温度
；
8. 润滑油与介质基本上不接触，从而提高了冷
凝器及蒸发器的传热性能；
9. 对大型压缩机，可由蒸气动力机或燃气动力
级内气体流动的能量损失分析
• 一、能的定义
度量物质运动的一种物质量，一般解 释为物质作功的能力。能的基本类型有势 能、动能、热能、电能、磁能、光能、化 学能、原子能等。一种能可以转化为另一 种能。能的单位和功的单位相同。能也叫 能量。
• 二、级内气体流动的能量损失分析 • 压缩机组实际运行中，通过叶轮向气
• 外漏是指压缩气体通过轴与机壳密封处
间隙或机体的间隙直接漏到大气中。 漏气损失是一个不可忽视的问题，有些
空压机出现气量打不到设计值就是内漏和 外漏引起的。
扩压槽
吸入室
回流器 弯道
蜗壳
干气密封 支撑轴承 止推轴承
叶轮
平衡鼓 干气密封 支撑轴承
机壳
压缩机机壳是将介质与大气隔绝，使介质在其 间完成能量转换的重要部件。它还具有支承其 他静止部件，如隔板、密封等的功能。机壳重 量大，形状复杂，在其外部连接有进气、排气 、润滑油、密封介质等管道，两侧的端盖上带 有轴承箱和轴向密封室。对于高压压缩机，机 壳一般采用筒型结 构，低压压缩机则 采取水平剖分结构， 烯烃工厂的机组均 采用水平剖分。
离心压缩机的转子
机直接带动，能源使用经济合理；
• 缺点
1. 单机容量不能太小，否则会使气流流道太 窄，影响流动效率；
2. 因依靠速度能转化成压力能，速度又受到 材料强度等因素的限制，故压缩机每级的
压力比不大，在压力比较高时，需采用多 级压缩；
3. 特别情况下，机器会发生喘振而不能正常 工作；
离心压缩机的工作原理分析
• 另外，还存在流动损失以及动能损失以
及在级内在非工况时产生冲击损失。冲击
损失增大将引起压缩机效率很快降低。还
有高压轴端，如果密封不好，向外界漏气 ，引起压出的有用流量减少。
• 故此，我们有必要研究这些损失的原因
，以便在设计、安装、操作中尽量减少损
失，维持压缩机在高效率区域运行，节省 能耗。
• 1、流动损失： • 定义：就是气流在叶轮内和级的固定元件
分类
（1）按轴的型式分：单轴多级式，一根轴 上串联几个叶轮；双轴四级式，四个叶轮 分别悬臂地装在两个小齿轮的两端，旋转 靠电机通过大齿轮驱动小齿轮。
（2）按气缸的型式分：水平剖分式和垂直 剖分式。
（3）按级间冷却形式分类：级外冷却，每 段压缩后气体输出机外进入冷却器；机内 冷却，冷却器和机壳铸为一体。
• 常用名词解释
• （1）级：每一级叶轮和与之相应配合的
固定元件（如扩压器等）构成一个基本的 单元，叫一个级。
• （2）段：以中间冷却器隔开级的单元，
叫段。这样以冷却器的多少可以将压缩机
分成很多段。一段可以包括很多级。也可 仅有一个级。
• （3）标态：0℃，1标准大气压。
（4）进气状态：一般指进口处气体当时 的温度、压力。
气体的实际速度是圆周速度与相对速 度的合成，又称之为绝对速度。
级是压缩机作功的 最基本的单元，在级中 叶片带动气体转动，把 功传递给介质，使介质 获得动能。通过由隔板 构成的扩压流道和扩压 槽,介质的一部分动能 转化为压力势能，并被 导入下一级继续压缩。 中间级有叶轮、隔板、 级间密封等，末级是由 叶轮、隔板和蜗壳组成
是充满气体的，叶轮旋转时，由于气体有 粘性，也会产生摩擦损失。又由于旋转的 叶轮产生离心力，靠轮的一边气体向上流 ，靠壳的一边气体向下流，形成涡流，引 起损失。
• 4、漏气损失：
漏气损失包括内漏和外漏。 内漏气是指泄露的气体又漏回到压缩
气体中。包括两种情况：一种是从叶轮出 口的气体从叶轮与机壳的空间漏回到进口 。另一种是单轴的离心压缩机，由于轴与 机壳之间也有间隙，气体从高压的一边经 过间隙流入低压一边。
体传递能量，即叶轮通过叶片对气体作功 消耗的功和功率外，还存在着叶轮的轮盘 、轮盖的外侧面及轮缘与周围气体的摩擦 产生的轮阻损失，还存在着工作轮出口气 体通过轮盖气封漏回到工作轮进口低压低 压端的漏气损失。都要消耗功。这些损失 在级内都是不可避免的，只有在设计中精 心选择参数，再制造中按要求加工，在操 作中精心操作使其尽量达到设计工况，来 减少这些损失。
• 容积流量分类
名称 微型压缩机 小型压缩机 中型压缩机 大型压缩机
容积流量／(m3／min) <1 1～10
10～100 ≥100
• 压缩机按结构或工作特征的分类
按工作
容积式
动力式
原理
按运动
离轴旋 喷
件工作 往复式
回转式
心流涡 射
特性
式式式 式
按运动 活 隔 柱 转 滑 液 三角 涡 罗 双 单 叶轮 喷
（4）按压缩介质分类：空气压缩机、氮气 压缩机、氧气压缩机等。
特点与应用
• 优点
1. 由于是连续旋转式机械，可以大大地提高进 入其中的工质量，提高功率。所以，离心式 压缩机的第一个特点是：功率大。
2. 由于工质量可以提高，必然导致叶片转速的 提高，所以第二个特点是高速性。
3. 无往复运动部件，动平衡特性好，振动小， 基础要求简单；
中流动时的能量损失。
产生的原因：主要由于气体有粘性，在流 动中引起摩擦损失，这些损失又变成热量 使气体温度升高，在流动中产生旋涡，加 剧摩擦损耗和流动能量损失，因旋涡的产 生就要消耗能量；在工作轮中还有轴向涡 流等第二次流动产生，引起流量损失。在 叶轮出口由于出口叶片厚度影响产生尾迹 损失。弯道和回流器的摩擦阻力和局部阻 力损失等。
沿垂直于压缩机轴的径向进行的。所以也 称径流压缩机。
工作原理
• 具有叶片的工作轮在压缩机的轴上旋转，进入工 作轮的气体被带着旋转，增加了动能（速度）和 静压头（压力），然后出工作轮进入扩压器内， 在扩压器内气体的速度转变为压力，进一步提高 压力，经过压缩的气体再经弯道和回流器进入下
• 一级叶轮进一步压缩至所需的压力。 气体在叶轮中提高压力的原因有两个：一是气体 在叶轮叶片作用下，跟着叶轮做高速的旋转，而 气体由于受旋转所产生的离心力的作用使气体的 压力升高；二是叶轮是从里到外逐渐扩大的，气 体在叶轮里扩压流动，使气体通过叶轮后压力提 高。
• （4）轴功率：离心式压缩机的转子在为
气体升压提供有用功率，以及在气体升压
过程中产生的流动损失功率、轮阻损失功
率和漏气损失功率外，其本身也产生机械
损失，即轴承的摩擦损失，这部分功率消 耗约占总功率的2%~3%。如果有齿轮传动 ，则传动功率消耗同样存在，约占总功率 的2%~3%。以上六个方面的功率消耗，都 是在转子对气体作功的过程中产生的，它
2．动力式压缩机 它首先使气体流动速度提高， 即增加气体分子的动能；然后使气流速度有序降 低，使动能转化为压力能，与此同时气体容积也 相应减小。其特点是压缩机具有驱使气体获得流 动速度的叶轮。动力式压缩机也称为速度式压缩 机。
• 按排气压力分类
分类
名称
风机 压缩机
通风机 鼓风机 低压压缩机 中压压缩机 高压压缩机 超高压压缩机
们的总和即为离心式压缩机的轴功率。轴 功率是选择驱动机功率的依据。
• （5）效率：效率主要用来说明传递给气
体的机械能的利用程度。由于气体的压缩
有等温压缩、绝热压缩和多变压缩等三种
过程，所以，压缩机的效率也有等温效率 、绝热效率和多变效率之分。