离心压缩机
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吸入室
将进气管道中的气流吸入，并沿 环形面积均匀地进入叶轮
排气蜗壳
将叶轮出口或扩压器出口环形 面积中的流体收集、导向进入 排气管道之中
– 离心压缩机的特点
与往复活塞压缩机比较
优点
– 流量大 进气量可达6000 m3/min以上
–转速高
离心压缩机转子只作旋转运动， 几乎没有不平衡质量，转动惯量 较小，运动件与静止件保持一定 间隙，因而转速可以提高，转速 一般为5000 ~ 20000 rpm
–扩压器的典型结构
无叶扩压器
叶片扩压器
无叶扩压器
结构简单，级变工况的效率高， 稳定工作范围宽，常采用
叶片扩压器
由于叶片的导向作用，气体流出 扩压器的路程短，扩压器外径不 需太大，结构较紧凑，但结构复 杂，变工况的效率较低，稳定工 作范围较窄
弯道和回流器
使气流转向以引导气流无预旋的 进入下一级，通常它们不再起降 速增压作用
T0) c02
c02 2
h0
h0
c02
c02 2
能量方程的物理意义
能量方程是既含机械能有含热 能的能量转化与守恒方程
方程对有粘无粘气体都是适用 的
离心压缩机不从外界吸收热量， 而由机壳向外散出的热量与气 体的热焓升高相比是很小的， 故认为气体在作绝热流动
4.1 离心压缩机的典型结构与 工作原理
离心式压缩机的发展状况
–两极化发展
大型化，微型化
–多轴化发展
较高压级与较低压级不同轴
–高效化发展
采用三元叶轮，浮环密封或干 气密封提高压缩机的效率
离心压缩机的典型结构及特 点
– 离心压缩机的典型结构
通过能量转换，使气体压力提 高的机器称为压缩机
用旋转叶轮实现能量转换，使 气体压力主要沿径向离心方向 流动从而提高压力的机器称为 离心压缩机
–离心叶轮的典型结构
叶轮是外界（原动机）传递给 气体能量的部件，是最Leabharlann Baidu要的 部件
闭式叶轮
常见，它的漏气小、性能好、效 率高，但因轮盖影响叶轮强度， 使圆周速度受到限制，小于300 ~320 m/s
半开式叶轮
强度较高，圆周速度可达450 ~550 m/s，叶轮作功量大、单 级增压高，但效率较低
双面进气叶轮
Hthc2uu2 2uu22 12rctbg2AZsinb2Au22
理论能量头系数（周速系数）
经验证实对于一般后弯型叶轮， 斯陀道拉提出的公式计算结果 与实验结果较接近
有限叶片数比无限叶片数的作 工能力有所减少，这种减少并 不意味着能量的损失
–能量方程
假定外界不传递热量，q = 0
Lth
q
cp (T0
只要已知叶轮进出口的流体速 度，就可以计算出1kg流体与 叶轮之间机械能转换的大小
方程式用于任何气体与液体
只需将等式右边各项的进出口 符号调换一下，亦适用于叶轮 式原动机如汽轮机、燃气轮机 等
若气体流入压缩机的叶轮进口 时无预旋，即 c1u = 0，如果叶
片数无限多，则 b2 = b2A。
然而，对有限叶片数的叶轮， 由于其中的流体受哥氏惯性力 的作用和流动复杂性的影响，
适应大流量，且叶轮轴向力本身 得到平衡
叶片的弯曲形式和出口角
叶轮结构型式通常还按叶片的 弯曲形式和叶片出口角来区分
–后弯型叶轮 通常被采用，它的级效率高， 稳定工作范围宽
–前弯型叶轮 由于气流在这种叶道中流程短 转弯大，其级效率较低，稳定 工作范围较窄，仅用于通风机
–径向叶轮
级性能介于后弯型叶轮和前弯 型叶轮之间
离心压缩机作为一种高速旋 转机器，对材料、制造与装 配均有较高的要求，因而这 种机器的造价较高，但它所 创造的价值也是十分可观的
离心压缩机的基本工作原理
–连续方程
基本表达式 假定气体作定常（稳态）一元 流动，则
qmiqViinqVin 2qV2 2c2r f2 const
在叶轮出口的表达式 反映流量与叶轮几何尺寸及气 流速度的相互关系
出现轴向涡流等，使 b2 ≠ b2A
出口流体出现滑移，出口绝对 速度切向分量难以确定，但是 可用斯陀道拉公式计算
斯陀道拉公式
c2u u2c2rctbg2Ac2u u2 c2rctbg2Au2 Zsinb2A
滑移系数
c2u u2 Zsinb2A c2u u2 c2rctgb2A
对于闭式后弯叶轮
–结构紧凑
机组重量与占地面积比用同一流 量的活塞压缩机小得多
–运转可靠，维修费用低
缺点
–单级压力比不高 高压力比所需的级数比活塞式的 多。目前排气压力在70M Pa以 上的，只能使用活塞压缩机
–不能适用于太小的流量 因为转速高，流通截面积较大
由于离心压缩机的优点显著， 故现代大型化肥、乙烯、炼油、 冶金、制氧、制药等生产装置 中都采用了离心压缩机
为了简化研究，通常只分析与 计算级中几个特征截面上的气 流参数
–吸气管进口截面 –叶轮进口截面
–叶轮叶道进口截面 –叶轮出口界面扩压器进口截面 –扩压器出口（即弯道进口）截面 –弯道出口（即回流器进口）截面 –回流器出口截面 –本级出口（即下一级进口）截面 –排气蜗室进口截面 –排气蜗室出口（即末级出口或段 出口，或整个机器出口）截面
离心压缩机出口的气体压力在 200kPa以上，出口压力低于这 个值的旋转叶轮式压缩机成为 通风机和鼓风机
– 级的典型结构
级是离心压缩机使气体增压的 基本单元
级分三种型式：首级、中间级、 末级
中间级由叶轮、扩压器、弯道、 回流器组成
首级由吸气管和中间级组成
末级由叶轮、扩压器、排气蜗 室组成
固定部件包括扩压器、弯道、 回流器及排气蜗室等
叶轮出口处的通流系数
qm2qV22D b2 22r2 6 n 0 u2 3
叶轮出口处的流量系数
2r 的取值范围
–径向型叶轮：0.24 ~ 0.40 –后弯型叶轮：0.18 ~ 0.32
–强后弯型叶片（b2A ≤ 30˚）：
0.10 ~ 0.20
由于对于多级压缩机同在一根
轴上的各叶轮中的容积流量都 要受到相同的质量流量和统一 转速的制约，故（3-2）式常用 来校核各级叶轮出口相对宽度 的合理性
–欧拉方程
欧拉方程是用来计算原动机通
过轴和叶轮将机械能转换给流
体的能量，故它是叶轮机械的
基本方程
欧拉功
L th H th u 2c2 u u 1 c1 u
理论能量头
LthH thu2 22 gu1 2w 1 22 gw 2 2c2 22 gc1 2
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
将进气管道中的气流吸入，并沿 环形面积均匀地进入叶轮
排气蜗壳
将叶轮出口或扩压器出口环形 面积中的流体收集、导向进入 排气管道之中
– 离心压缩机的特点
与往复活塞压缩机比较
优点
– 流量大 进气量可达6000 m3/min以上
–转速高
离心压缩机转子只作旋转运动， 几乎没有不平衡质量，转动惯量 较小，运动件与静止件保持一定 间隙，因而转速可以提高，转速 一般为5000 ~ 20000 rpm
–扩压器的典型结构
无叶扩压器
叶片扩压器
无叶扩压器
结构简单，级变工况的效率高， 稳定工作范围宽，常采用
叶片扩压器
由于叶片的导向作用，气体流出 扩压器的路程短，扩压器外径不 需太大，结构较紧凑，但结构复 杂，变工况的效率较低，稳定工 作范围较窄
弯道和回流器
使气流转向以引导气流无预旋的 进入下一级，通常它们不再起降 速增压作用
T0) c02
c02 2
h0
h0
c02
c02 2
能量方程的物理意义
能量方程是既含机械能有含热 能的能量转化与守恒方程
方程对有粘无粘气体都是适用 的
离心压缩机不从外界吸收热量， 而由机壳向外散出的热量与气 体的热焓升高相比是很小的， 故认为气体在作绝热流动
4.1 离心压缩机的典型结构与 工作原理
离心式压缩机的发展状况
–两极化发展
大型化，微型化
–多轴化发展
较高压级与较低压级不同轴
–高效化发展
采用三元叶轮，浮环密封或干 气密封提高压缩机的效率
离心压缩机的典型结构及特 点
– 离心压缩机的典型结构
通过能量转换，使气体压力提 高的机器称为压缩机
用旋转叶轮实现能量转换，使 气体压力主要沿径向离心方向 流动从而提高压力的机器称为 离心压缩机
–离心叶轮的典型结构
叶轮是外界（原动机）传递给 气体能量的部件，是最Leabharlann Baidu要的 部件
闭式叶轮
常见，它的漏气小、性能好、效 率高，但因轮盖影响叶轮强度， 使圆周速度受到限制，小于300 ~320 m/s
半开式叶轮
强度较高，圆周速度可达450 ~550 m/s，叶轮作功量大、单 级增压高，但效率较低
双面进气叶轮
Hthc2uu2 2uu22 12rctbg2AZsinb2Au22
理论能量头系数（周速系数）
经验证实对于一般后弯型叶轮， 斯陀道拉提出的公式计算结果 与实验结果较接近
有限叶片数比无限叶片数的作 工能力有所减少，这种减少并 不意味着能量的损失
–能量方程
假定外界不传递热量，q = 0
Lth
q
cp (T0
只要已知叶轮进出口的流体速 度，就可以计算出1kg流体与 叶轮之间机械能转换的大小
方程式用于任何气体与液体
只需将等式右边各项的进出口 符号调换一下，亦适用于叶轮 式原动机如汽轮机、燃气轮机 等
若气体流入压缩机的叶轮进口 时无预旋，即 c1u = 0，如果叶
片数无限多，则 b2 = b2A。
然而，对有限叶片数的叶轮， 由于其中的流体受哥氏惯性力 的作用和流动复杂性的影响，
适应大流量，且叶轮轴向力本身 得到平衡
叶片的弯曲形式和出口角
叶轮结构型式通常还按叶片的 弯曲形式和叶片出口角来区分
–后弯型叶轮 通常被采用，它的级效率高， 稳定工作范围宽
–前弯型叶轮 由于气流在这种叶道中流程短 转弯大，其级效率较低，稳定 工作范围较窄，仅用于通风机
–径向叶轮
级性能介于后弯型叶轮和前弯 型叶轮之间
离心压缩机作为一种高速旋 转机器，对材料、制造与装 配均有较高的要求，因而这 种机器的造价较高，但它所 创造的价值也是十分可观的
离心压缩机的基本工作原理
–连续方程
基本表达式 假定气体作定常（稳态）一元 流动，则
qmiqViinqVin 2qV2 2c2r f2 const
在叶轮出口的表达式 反映流量与叶轮几何尺寸及气 流速度的相互关系
出现轴向涡流等，使 b2 ≠ b2A
出口流体出现滑移，出口绝对 速度切向分量难以确定，但是 可用斯陀道拉公式计算
斯陀道拉公式
c2u u2c2rctbg2Ac2u u2 c2rctbg2Au2 Zsinb2A
滑移系数
c2u u2 Zsinb2A c2u u2 c2rctgb2A
对于闭式后弯叶轮
–结构紧凑
机组重量与占地面积比用同一流 量的活塞压缩机小得多
–运转可靠，维修费用低
缺点
–单级压力比不高 高压力比所需的级数比活塞式的 多。目前排气压力在70M Pa以 上的，只能使用活塞压缩机
–不能适用于太小的流量 因为转速高，流通截面积较大
由于离心压缩机的优点显著， 故现代大型化肥、乙烯、炼油、 冶金、制氧、制药等生产装置 中都采用了离心压缩机
为了简化研究，通常只分析与 计算级中几个特征截面上的气 流参数
–吸气管进口截面 –叶轮进口截面
–叶轮叶道进口截面 –叶轮出口界面扩压器进口截面 –扩压器出口（即弯道进口）截面 –弯道出口（即回流器进口）截面 –回流器出口截面 –本级出口（即下一级进口）截面 –排气蜗室进口截面 –排气蜗室出口（即末级出口或段 出口，或整个机器出口）截面
离心压缩机出口的气体压力在 200kPa以上，出口压力低于这 个值的旋转叶轮式压缩机成为 通风机和鼓风机
– 级的典型结构
级是离心压缩机使气体增压的 基本单元
级分三种型式：首级、中间级、 末级
中间级由叶轮、扩压器、弯道、 回流器组成
首级由吸气管和中间级组成
末级由叶轮、扩压器、排气蜗 室组成
固定部件包括扩压器、弯道、 回流器及排气蜗室等
叶轮出口处的通流系数
qm2qV22D b2 22r2 6 n 0 u2 3
叶轮出口处的流量系数
2r 的取值范围
–径向型叶轮：0.24 ~ 0.40 –后弯型叶轮：0.18 ~ 0.32
–强后弯型叶片（b2A ≤ 30˚）：
0.10 ~ 0.20
由于对于多级压缩机同在一根
轴上的各叶轮中的容积流量都 要受到相同的质量流量和统一 转速的制约，故（3-2）式常用 来校核各级叶轮出口相对宽度 的合理性
–欧拉方程
欧拉方程是用来计算原动机通
过轴和叶轮将机械能转换给流
体的能量，故它是叶轮机械的
基本方程
欧拉功
L th H th u 2c2 u u 1 c1 u
理论能量头
LthH thu2 22 gu1 2w 1 22 gw 2 2c2 22 gc1 2
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