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1、第 三 章 離 心 式 壓 縮 機(jī) 3.1 離 心 式 壓 縮 機(jī) 概 述 3.2 基 本 方 程 式 3.3 級(jí) 內(nèi) 的 各 種 流 量 損 失 3.4 多 級(jí) 壓 縮 3.5 功 率 與 效 率 3.6 性 能 與 調(diào) 節(jié) 3.7 相 似 理 論 的 應(yīng) 用 3.8 主 要 零 部 件 及 輔 助 系 統(tǒng) 3.9 安 全 可 靠 性 3.10 選 型 3.1 離 心 式 壓 縮 機(jī) 概 述 離 心 式 壓 縮 機(jī) 是 透 平 式 壓 縮 機(jī) 的 一 種 。 早 期 只 用 于 壓縮 空 氣 ， 并 且 只 用 于 低 、 中 壓 力 及 氣 量 很 大 的 場(chǎng) 合 。 目 前離 心 式 壓

2、 縮 機(jī) 可 用 來 壓 縮 和 輸 送 化 工 生 產(chǎn) 中 的 多 種 氣 體 。它 具 有 ： 處 理 量 大 ， 體 積 小 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 運(yùn) 轉(zhuǎn) 平 穩(wěn) ， 維 修方 便 以 及 氣 體 不 受 污 染 等 特 點(diǎn) 。 隨 著 氣 體 動(dòng) 力 學(xué) 的 研 究 ， 使 得 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 效 率 不斷 提 高 ； 又 由 于 高 壓 密 封 、 小 流 量 窄 葉 輪 的 加 工 和 多 油 楔軸 承 等 技 術(shù) 關(guān) 鍵 的 研 制 成 功 ， 解 決 了 離 心 壓 縮 機(jī) 向 高 壓 力 、寬 流 量 范 圍 發(fā) 展 的 一 系 列 問 題 ， 使 離 心 壓

3、縮 機(jī) 的 應(yīng) 用 范 圍大 為 擴(kuò) 展 ， 以 致 在 許 多 場(chǎng) 合 可 以 取 代 往 復(fù) 活 塞 式 壓 縮 機(jī) 。 一 般 說 來 ， 提 高 氣 體 壓 力 的 主 要 目 標(biāo) 就 是 增 加 單 位 容 積 內(nèi)氣 體 分 子 的 數(shù) 量 ， 也 就 是 縮 短 氣 體 分 子 與 分 子 間 的 距 離 。 達(dá) 到這 個(gè) 目 標(biāo) 可 采 用 的 方 法 有 ： 1、 用 擠 壓 元 件 來 擠 壓 氣 體 的 容 積 式 壓 縮 方 法 (如 活 塞 式 )； 2、 用 氣 體 動(dòng) 力 學(xué) 的 方 法 ， 即 利 用 機(jī) 器 的 作 功 元 件 (高 速 回 轉(zhuǎn)的 葉 輪 )對(duì)

4、氣 體 作 功 ， 使 氣 體 在 離 心 力 場(chǎng) 中 壓 力 得 到 提 高 ， 同時(shí) 動(dòng) 能 也 大 為 增 加 ， 隨 后 在 擴(kuò) 壓 流 道 中 流 動(dòng) 時(shí) 這 部 分 動(dòng) 能 又 轉(zhuǎn)變 成 靜 壓 能 ， 而 使 氣 體 壓 力 進(jìn) 一 步 提 高 ， 這 就 是 離 心 式 壓 縮 機(jī)的 工 作 原 理 或 增 壓 原 理 。 1 吸 入 室 ；2 軸 ；3 葉 輪 ；4 固 定 部 件 ；5 機(jī) 殼 ；6 軸 端 密 封 ；7 軸 承 ；8 排 氣 蝸 室 ； 離 心 壓 縮 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 ： 轉(zhuǎn) 軸 ， 固 定 在 軸 上 的 葉 輪 、軸 套 、 聯(lián) 軸 節(jié) 及 平 衡 盤 等

5、 。定 子 ： 氣 缸 ， 其 上 的 各 種 隔 板 以 及 軸 承 等零 部 件 ， 如 擴(kuò) 壓 器 、 彎 道 、 回 流 器 、 蝸 殼 、吸 氣 室 。驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 高 速 回 轉(zhuǎn) 葉 輪 入 口 產(chǎn) 生 負(fù) 壓 （ 吸 氣 ）氣 體 在 流 道 中 擴(kuò) 壓 氣 體 連 續(xù) 從 排 氣 口 排 出氣 體 的 流 動(dòng) 過 程 是 ：組 成 離 心 式 壓 縮 機(jī) 常 用 術(shù) 語(yǔ) ：級(jí) ：段 ：缸 ：列 ： 由 一 個(gè) 葉 輪 與 其 相 配 合 的 固 定 元 件 所 構(gòu) 成以 中 間 冷 卻 器 作 為 分 段 的 標(biāo) 志 ， 如 前 所 述 ， 氣 流 在第 三 級(jí) 后 被

6、引 出 冷 卻 ， 故 它 為 二 段 壓 縮 。一 個(gè) 機(jī) 殼 稱 為 一 缸 ， 多 機(jī) 殼 稱 為 多 缸 （ 在 葉 輪 數(shù) 較多 時(shí) 采 用 ）指 壓 縮 機(jī) 缸 的 排 列 方 式 ， 一 列 可 由 一 至 幾 個(gè) 缸 組 成葉 輪 、 擴(kuò) 壓 器 、 彎 道 、 回 流 器 、 蝸 殼 、 吸 氣 室主 要 部 件 的 功 用 ： 一 、 級(jí) 的 典 型 結(jié) 構(gòu) 二 、 關(guān) 鍵 截 面 在 逐 級(jí) 的 分 析 和 計(jì) 算 中 ， 只 著 重 分 析 、 計(jì) 算 級(jí) 內(nèi) 幾 個(gè) 關(guān)鍵 截 面 上 的 參 數(shù) “ 級(jí) ” 是 離 心 式 壓 縮 機(jī) 的 基 本 單 元 ， 從 級(jí)

7、的 類 型 來看 ， 一 般 可 分 為 中 間 級(jí) （ 圖 a） : 由 葉 輪 、 擴(kuò) 壓 器 、 彎 道 、回 流 器 組 成 ； 首 級(jí) （ 圖 b） : 由 吸 氣 管 和 中 間 級(jí) 組 成 ； 末 級(jí) （ 圖 c） : 由 葉 輪 、 擴(kuò) 壓 器 、 排 氣 蝸 殼 組 成三 、 葉 輪 的 典 型 結(jié) 構(gòu)1、 離 心 式 葉 輪 閉 式 葉 輪 半 開 式 葉 輪 雙 面 進(jìn) 氣 葉 輪 2、 按 葉 片 彎 曲 形 式后 彎 葉 片 ： 彎 曲 方 向 與 葉 輪 旋 轉(zhuǎn) 方 向 相 反 ， 級(jí) 效 率 高 ， 2A 90徑 向 葉 片 ： 2A 90， 工 作 穩(wěn) 定 范

8、圍 寬 ， 常 用前 彎 葉 片 ： 彎 曲 方 向 與 葉 輪 旋 轉(zhuǎn) 方 向 相 同 ， 2A 90， 效率 低 ， 穩(wěn) 定 工 作 范 圍 較 窄 ， 多 用 于 一 部 分 通 風(fēng) 機(jī) 。3、 葉 輪 的 速 度 三 角 形在 討 論 其 工 作 原 理 時(shí) ， 常 常 會(huì) 用 到 葉 輪 進(jìn) 、 出 口 處 的 三 角形 優(yōu) 點(diǎn) ：（ 1） 排 氣 量 大 ， 氣 體 流 經(jīng) 離 心 壓 縮 機(jī) 是 連 續(xù) 的 ， 其 流 通 截 面積 較 大 ， 且 葉 輪 轉(zhuǎn) 速 很 高 ， 故 氣 流 速 度 很 大 ， 因 而 流 量 很 大 。（ 2） 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 尺 寸 小 。

9、它 比 同 氣 量 的 活 塞 式 小 得 多 ；（ 3） 運(yùn) 轉(zhuǎn) 平 穩(wěn) 可 靠 ， 連 續(xù) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 間 長(zhǎng) ， 維 護(hù) 費(fèi) 用 省 ， 操 作 人員 少 ；（ 4） 不 污 染 被 壓 縮 的 氣 體 ， 這 對(duì) 化 工 生 產(chǎn) 是 很 重 要 的 ；（ 5） 轉(zhuǎn) 速 較 高 ， 適 宜 用 蒸 汽 輪 機(jī) 或 燃 氣 輪 機(jī) 直 接 拖 動(dòng) 。缺 點(diǎn) ：（ 1） 單 級(jí) 壓 力 比 不 高 ， 不 適 用 于 較 小 的 流 量 ；（ 2） 穩(wěn) 定 工 況 區(qū) 較 窄 ， 盡 管 氣 量 調(diào) 節(jié) 較 方 便 ， 但 經(jīng) 濟(jì) 性 較 差 1.化 工 及 石 油 化 工 工 藝 用2.動(dòng)

10、 力 工 程 用3.制 冷 工 程 和 氣 體 分 離 用4.氣 體 輸 送 用 3.2 基 本 方 程 式 連 續(xù) 方 程 是 質(zhì) 量 守 恒 定 律 在 流 體 力 學(xué) 中 的 數(shù) 學(xué)表 達(dá) 式 ， 在 氣 體 作 定 常 一 元 流 動(dòng) 的 情 況 下 ， 流 經(jīng) 機(jī)器 任 意 截 面 的 質(zhì) 量 流 量 相 等 ， 其 連 續(xù) 方 程 表 示 為 ： 2 2 2 2 2m i Vi in Vi Vq q q q c f const 2 32 22 2 2 2 22 60m V rbq q uD n 為 了 反 映 流 量 與 葉 輪 幾 何 尺 寸 及 氣 流 速 度 的 相 互關(guān) 系

11、 ， 常 應(yīng) 用 連 續(xù) 方 程 在 葉 輪 出 口 的 表 達(dá) 式 為 ： 2 2 1 1th th u uL H c u c u 2 2 2 2 2 22 1 2 1 1 22 2 2th th u u c c w wL H 歐 拉 方 程 式 用 來 計(jì) 算 原 動(dòng) 機(jī) 通 過 軸 和 葉 輪 將 機(jī) 械 能轉(zhuǎn) 換 給 流 體 的 能 量 的 。 離 心 葉 輪 的 歐 拉 方 程 為 ：也 可 表 示 為 ： 歐 拉 方 程 的 物 理 意 義 為 ： 歐 拉 方 程 指 出 的 是 葉 輪 與 流 體 之 間 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 關(guān)系 ， 它 遵 循 能 量 轉(zhuǎn) 換 與 守 恒 定

12、律 ； 只 要 知 道 葉 輪 進(jìn) 出 口 的 流 體 速 度 ， 即 可 計(jì) 算 出 一千 克 流 體 與 葉 輪 之 間 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 換 的 大 小 ， 而 不 管 葉 輪內(nèi) 部 的 流 動(dòng) 情 況 ； 適 用 于 任 何 氣 體 或 液 體 ， 既 適 用 于 葉 輪 式 的 壓 縮機(jī) 也 適 用 與 葉 輪 式 的 泵 ； 推 而 廣 之 只 需 將 等 式 右 邊 各 項(xiàng) 的 進(jìn) 出 口 符 號(hào) 調(diào) 換一 下 ， 亦 適 用 于 葉 輪 式 的 原 動(dòng) 機(jī) 。 能 量 方 程 用 來 計(jì) 算 氣 流 溫 度 (或 焓 )的 增 加 和 速 度 的 變化 。 根 據(jù) 能 量 轉(zhuǎn) 換

13、 與 守 恒 定 律 ， 外 界 對(duì) 級(jí) 內(nèi) 氣 體 所 做 的 機(jī)械 功 和 輸 入 的 能 量 應(yīng) 轉(zhuǎn) 化 為 級(jí) 內(nèi) 氣 體 熱 焓 和 能 量 的 增 加 ，對(duì) 級(jí) 內(nèi) 1千 克 氣 體 而 言 ， 其 能 量 方 程 可 表 示 為 ：2 2 2 20 0 0 0 0 0 0 0( ) 2 2th p c c c cL q c T T h h 能 量 方 程 的 物 理 意 義 為 ： 表 示 由 葉 輪 所 做 的 機(jī) 械 功 ， 轉(zhuǎn) 化 為 級(jí) 內(nèi) 氣 體 溫 度 (或 焓 )的 升 高 和 動(dòng) 能 的 增 加 ； 對(duì) 有 粘 無(wú) 粘 的 氣 體 都 適 用 ， 因 為 對(duì) 有

14、粘 氣 體 所 引 起 的能 量 損 失 也 以 熱 量 形 式 傳 遞 給 氣 體 ， 從 而 式 氣 體 溫 度 (焓 )升 高 ； 可 認(rèn) 為 氣 體 在 機(jī) 器 內(nèi) 做 絕 熱 運(yùn) 動(dòng) ， q 0； 該 方 程 適 用 于 一 級(jí) ， 也 適 用 于 多 級(jí) 整 機(jī) 或 其 中 任 一 通流 部 件 ， 這 由 所 取 的 進(jìn) 出 口 截 面 決 定 。 應(yīng) 用 伯 努 力 方 程 將 流 體 所 獲 得 的 能 量 區(qū) 分 為 有 用能 量 和 能 量 損 失 ， 并 引 用 壓 縮 機(jī) 中 所 最 關(guān) 注 的 壓 力 參數(shù) ， 以 顯 示 出 壓 力 的 增 加 。 葉 輪 所 做

15、 的 機(jī) 械 功 還 可 與級(jí) 內(nèi) 表 征 流 體 壓 力 升 高 的 靜 壓 能 聯(lián) 系 起 來 ， 表 達(dá) 成 通用 的 伯 努 力 方 程 ， 對(duì) 級(jí) 內(nèi) 流 體 而 言 有 2 20 0 00 2o oth th hydc cdpL H H 伯 努 利 方 程 的 物 理 意 義 為 ： 表 示 葉 輪 所 做 機(jī) 械 功 轉(zhuǎn) 換 為 級(jí) 中 流 體 的 有 用 能 量(靜 壓 能 和 動(dòng) 能 增 加 )的 同 時(shí) ， 還 需 付 出 一 部 分 能 量 克服 流 動(dòng) 損 失 或 級(jí) 中 的 所 有 損 失 ； 它 建 立 了 機(jī) 械 能 與 氣 體 壓 力 p、 流 速 c和 能 量

16、 損 失之 間 的 相 互 關(guān) 系 ； 該 方 程 適 用 一 級(jí) ， 亦 適 用 于 多 級(jí) 整 機(jī) 或 其 中 任 一通 流 通 部 件 ， 這 由 所 取 的 進(jìn) 出 口 截 面 而 定 ； 對(duì) 于 不 可 壓 縮 流 體 來 說 應(yīng) 用 伯 努 利 方 程 計(jì) 算 壓 力的 升 高 是 方 便 的 。 而 對(duì) 于 可 壓 縮 流 體 ， 尚 需 獲 知 壓 力和 密 度 的 函 數(shù) 關(guān) 系 才 能 求 解 靜 壓 能 頭 積 分 ， 這 還 要 聯(lián)系 熱 力 學(xué) 的 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 加 以 解 決 。 應(yīng) 用 特 定 的 熱 力 過 程 方 程 可 求 解 上 述 靜 壓 能 量 頭增

17、 量 的 積 分 ， 從 而 計(jì) 算 出 壓 縮 功 或 壓 力 升 高 的 多 少 。每 千 克 氣 體 所 獲 得 的 壓 縮 功 也 稱 為 有 效 能 量 頭 ， 如 對(duì)多 變 壓 縮 功 而 言 ， 則 有 ： 12 1 211 1 11 mmpol polW pdp mL H RTM m p 將 連 續(xù) 方 程 、 歐 拉 方 程 、 能 量 方 程 、 伯 努 利 方 程 、 熱力 過 程 方 程 和 壓 縮 功 的 表 達(dá) 式 相 關(guān) 聯(lián) ， 就 可 知 流 量 和 流 體速 度 在 機(jī) 器 中 的 變 化 ， 而 通 常 無(wú) 論 是 級(jí) 的 進(jìn) 出 口 ， 還 是 整個(gè) 壓

18、縮 機(jī) 的 進(jìn) 出 口 ， 其 流 速 幾 乎 相 同 ， 故 這 部 分 進(jìn) 出 口 的動(dòng) 能 增 量 可 略 而 不 計(jì) 。 同 時(shí) 還 可 獲 知 由 原 動(dòng) 機(jī) 通 過 軸 和 葉輪 傳 遞 給 流 體 的 機(jī) 械 能 ， 而 其 中 一 部 分 有 用 能 量 即 靜 壓 能頭 的 增 加 ， 使 流 體 的 壓 力 得 以 提 高 ， 而 另 一 部 分 是 損 失 的能 量 ， 它 是 必 須 付 出 的 代 價(jià) 。 還 可 獲 知 上 述 靜 壓 能 頭 增 量和 能 量 損 失 兩 者 造 成 流 體 溫 度 (或 焓 )的 增 加 ， 于 是 流 體 在機(jī) 器 內(nèi) 的 速

19、度 、 壓 力 、 溫 度 等 諸 參 數(shù) 的 變 化 規(guī) 律 也 就 都 知道 了 。 3.3 級(jí) 內(nèi) 的 各 種 流 體 損 失 式 中 l為 沿 程 長(zhǎng) 度 ， dhm 為 水 平 直 徑 ， cm 為 氣 流 平 均 速度 , 為 磨 阻 系 數(shù) ， 通 常 級(jí) 中 的 ReRecr， 故 在 一定 的 相 對(duì) 粗 糙 度 下 ， 為 常 數(shù) 。 由 該 式 可 知 ,從而 。 22mf hm clH dRe,f D 2f mH c2f VH q 流 體 的 粘 性 是 產(chǎn) 生 能 量 損 失 的 根 本 原 因 。 通 常 把 級(jí)的 通 道 部 件 看 成 依 次 連 續(xù) 的 管 道

20、 。 利 用 流 體 熱 力 學(xué) 管 道的 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) ， 可 計(jì) 算 出 沿 程 磨 阻 損 失 為 ： （ 1） 產(chǎn) 生 漏 氣 損 失 原 因（ 2） 密 封 件 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 及 漏 氣 量 的 計(jì) 算（ 3） 輪 蓋 密 封 的 漏 氣 量 及 漏 氣 損 失 系 數(shù) （ 1） 產(chǎn) 生 漏 氣 損 失 的 原 因 從 右 圖 中 可 以 看 出 ， 由 于 葉輪 出 口 壓 力 大 于 進(jìn) 口 壓 力 ， 級(jí) 出口 壓 力 大 于 葉 輪 出 口 壓 力 ， 在 葉輪 兩 側(cè) 與 固 定 部 件 之 間 的 間 隙 中會(huì) 產(chǎn) 生 漏 氣 ， 而 所 漏 氣 體 又 隨 主流

21、 流 動(dòng) ， 造 成 膨 脹 與 壓 縮 的 循 環(huán) ，每 次 循 環(huán) 都 會(huì) 有 能 量 損 失 。 該 能量 損 失 不 可 逆 的 轉(zhuǎn) 化 為 熱 能 為 主流 氣 體 所 吸 收 。 （ 2） 密 封 件 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 及 漏 氣 量 的 計(jì) 算 212 23 14m s m Dq D u Z D （ 3） 輪 蓋 密 封 的 漏 氣 量 及 漏 氣 損 失 系 數(shù) 21 2 2 22 22 223 14mll m r m DD sD D Z Dq bq D 輪 蓋 密 封 處 的 漏 氣 能 量 損 失 使 葉 輪 多 消 耗 機(jī) 械 功 。通 常 隔 板 與 軸 套 之 間

22、的 密 封 漏 氣 損 失 不 單 獨(dú) 計(jì) 算 ， 只 高考 慮 在 固 定 部 件 的 流 動(dòng) 損 失 之 中 。輪 蓋 密 封 處 的 漏 氣 量 為 ： 若 通 過 葉 輪 出 口 流 出 的 流 量 為 則 可 求 得 輪 蓋 處 的 漏 氣 損 失 系 數(shù) 為 ： 2 2 2 2 2m rq c D b 3 222 2 251100df u eN K D D kW3 222 20 .5 4 1 0 0d f uN D k W 葉 輪 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 輪 盤 、 輪 蓋 的 外 側(cè) 和 輪 緣 要 與 它 周 圍的 氣 體 發(fā) 生 摩 擦 ， 從 而 產(chǎn) 生 輪 阻 損 失 。 其 輪

23、 阻 損 失 為對(duì) 于 離 心 葉 輪 而 言 ， 上 式 可 簡(jiǎn) 化 為 3 222 22 2 2 2 2 2 21 0 0 0 0 .5 41 0 0 0 1 0 0dfdf m th r uu DNq H c D b u c 22 2 2 20 .1 7 21 0 0 0 r u bD 進(jìn) 而 可 得 輪 阻 損 失 系 數(shù) 為 3.4 多 級(jí) 壓 縮（ 1） 采 用 多 級(jí) 串 聯(lián) 和 多 缸 串 聯(lián) 的 必 要 性（ 2） 分 段 與 中 間 冷 卻 以 減 少 耗 功（ 3) 級(jí) 數(shù) 與 葉 輪 圓 周 速 度 和 氣 體 分 子 量 的 關(guān) 系 （ 1） 采 用 多 級(jí) 串 聯(lián)

24、和 多 缸 串 聯(lián) 的 必 要 性 離 心 壓 縮 機(jī) 的 壓 力 比 一 般 都 在 3以 上 ， 有 的 高達(dá) 150， 甚 至 更 高 。 離 心 壓 縮 機(jī) 的 單 級(jí) 壓 力 比 ， 較活 塞 式 的 低 ， 所 以 一 般 離 心 壓 縮 機(jī) 多 為 多 級(jí) 串 聯(lián)式 的 結(jié) 構(gòu) 。 考 慮 到 結(jié) 構(gòu) 的 緊 湊 性 與 機(jī) 器 的 安 全 可靠 性 ， 一 般 主 軸 不 能 過 長(zhǎng) 。 對(duì) 于 要 求 高 增 壓 比 或輸 送 輕 氣 體 的 機(jī) 器 需 要 兩 缸 或 多 缸 離 心 壓 縮 機(jī) 串聯(lián) 起 來 形 成 機(jī) 組 。 (2)分 段 與 中 間 冷 卻 以 減 少

25、 耗 功 為 了 降 低 氣 體 溫 度 ， 節(jié) 省 功 率 ， 在 離 心 壓 縮 機(jī) 中 往往 采 用 分 段 中 間 冷 卻 的 結(jié) 構(gòu) ， 而 不 采 用 汽 缸 套 冷 卻 。 各段 由 一 級(jí) 或 若 干 級(jí) 組 成 ， 段 與 段 之 間 在 機(jī) 器 之 外 由 管 道連 接 中 間 冷 卻 器 。 應(yīng) 當(dāng) 指 出 ， 分 段 與 中 間 冷 卻 不 能 僅 考慮 省 功 ， 還 要 考 慮 下 列 因 素 ： 1） 被 壓 縮 介 質(zhì) 的 特 性 屬 于 易 燃 、 易 爆 則 段 出 口 的 溫度 低 一 些 ， 對(duì) 于 某 些 化 工 氣 體 ， 因 在 高 溫 下 氣 體

26、 發(fā) 生 不必 要 的 分 解 或 化 合 變 化 ， 或 會(huì) 產(chǎn) 生 并 加 速 對(duì) 機(jī) 器 材 料 的腐 蝕 ， 這 樣 的 壓 縮 機(jī) 冷 卻 次 數(shù) 必 需 多 一 些 。 2） 用 戶 要 求 排 出 的 氣 體 溫 度 高 ， 以 利 于 化學(xué) 反 應(yīng) (由 氮 、 氫 化 合 為 氮 )或 燃 燒 ， 則 不 必 采 用中 間 冷 卻 ， 或 盡 量 減 少 冷 卻 次 數(shù) 。 3） 考 慮 壓 縮 機(jī) 的 具 體 結(jié) 構(gòu) 、 冷 卻 器 的 布 置 、輸 送 冷 卻 水 的 泵 耗 功 、 設(shè) 備 成 本 與 環(huán) 境 條 件 等 綜合 因 素 。 4） 段 數(shù) 確 定 后 ，

27、每 一 段 的 最 佳 壓 力 比 ， 可根 據(jù) 總 耗 功 最 小 的 原 則 來 確 定 。 2 22 2 2 2 2 2 2 21 sinth u u r A AH c u u ctg uZ （ 3) 級(jí) 數(shù) 與 葉 輪 圓 周 速 度 和 氣 體 分 子 量 的 關(guān) 系a 減 少 級(jí) 數(shù) 與 葉 輪 圓 周 速 度 的 關(guān) 系 ：為 使 機(jī) 器 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 減 少 零 部 件 ， 降 低 制 造 成 本 ， 在 達(dá) 到所 需 壓 力 比 條 件 下 要 求 盡 可 能 減 少 級(jí) 數(shù) 。 有 下 式可 知 ， 葉 輪 對(duì) 氣 體 做 功 的 大 小 與 圓 周 速 度 的 平

28、方 成 正 比 ，如 能 盡 量 提 高 u2就 可 減 少 級(jí) 數(shù) 。 但 是 提 高 葉 輪 圓 周 速 度u2 ， 卻 受 到 以 下 幾 種 因 素 的 限 制 。 葉 輪 材 料 強(qiáng) 度 的 限 制 ； 氣 流 馬 赫 數(shù) 的 限 制 ； 葉 輪 相 對(duì) 寬 度 的 限 制 。 b 級(jí) 數(shù) 與 氣 體 分 子 量 的 關(guān) 系 ： 氣 體 分 子 量 對(duì) 馬 赫 數(shù) 的 影 響 ； 氣 體 分 子 量 對(duì) 所 需 壓 縮 功 的 影 響 。壓 縮 不 同 氣 體 時(shí) 所 需 壓 縮 功 和 級(jí) 數(shù) 的 比 較 表 3.5 功 率 與 效 率 3.5.1.1 級(jí) 總 耗 功 、 總 功

29、率3.5.1.2 級(jí) 效 率3.5.1.3 多 變 的 能 量 頭 系 數(shù) 3.5.1.1 級(jí) 總 耗 功 、 總 功 率 1tot tot th l df l df thL H H H H H /kJ kg 1tot m tot l df m thN q H q H kW葉 輪 對(duì) 1kg氣 體 的 總 耗 功 ：流 量 qm的 總 功 率 ： 3.5.1.2 級(jí) 效 率 100 0 2 20 00 0 11( )1 2mmpol polpol tot tot pm RTm pL H c ckRL H T Tk 0 0 0 0( )1 1( )1 1pol m mR T Tm mk kR T

30、 Tk k 多 變 效 率 是 級(jí) 中 氣 體 壓 力 升 高 所 需 的 多 變 壓縮 功 與 實(shí) 際 總 耗 功 之 比 ， 表 示 為 ：通 常 c0 c0 ,因 而 有 ： 3.5.1.3 多 變 的 能 量 頭 系 數(shù) 22 22 2 1pol pol totpol l df polH Hu u 該 式 表 明 ， 多 變 能 量 頭 系 數(shù) 與 葉 輪 的 周 速 系 數(shù) 、 多 變系 數(shù) 、 漏 氣 損 失 系 數(shù) 和 輪 阻 損 失 系 數(shù) 的 相 互 關(guān) 系 。 若 要 充分 利 用 葉 輪 的 圓 周 速 度 ， 就 要 盡 可 能 的 提 高 周 速 系 數(shù) 和 級(jí)效 率

31、 。注 意 :若 要 比 較 效 率 的 高 低 ， 應(yīng) 當(dāng) 注 意 以 下 幾 點(diǎn) ： 與 所 指 的 通 流 部 件 的 進(jìn) 出 口 有 關(guān) 。 與 特 定 的 氣 體 壓 縮 熱 力 過 程 有 關(guān) 。 與 運(yùn) 行 工 況 有 關(guān) 。 只 有 在 以 上 三 點(diǎn) 相 同 的 條 件 下 ， 比 較 誰(shuí) 的 效 率 高 還 是 低 才 是 有 意 義 的 。 (2)多 級(jí) 離 心 壓 縮 機(jī) 的 效 率多 級(jí) 離 心 壓 縮 機(jī) 所 需 的 內(nèi) 功 率 可 表 示 為 諸 級(jí) 總 功 率 之 和(1)多 級(jí) 離 心 壓 縮 機(jī) 的 內(nèi) 功 率 多 級(jí) 離 心 壓 縮 機(jī) 的 效 率 通 常

32、 指 的 內(nèi) 效 率 ,而 內(nèi) 效 率 是各 級(jí) 效 率 的 平 均 值 (4)原 動(dòng) 機(jī) 的 輸 出 功 率(3)機(jī) 械 損 失 、 機(jī) 械 效 率 和 軸 功 率原 動(dòng) 機(jī) 的 額 定 功 率 一 般 為 3.6 性 能 與 調(diào) 節(jié) 3.6.1.1 性 能 曲 線3.6.1.2 喘 振 工 況3.6.1.3 堵 塞 工 況3.6.1.4 性 能 曲 線 的 變 化 規(guī) 律 3.6.1.1 性 能 曲 線（ 1） 性 能 曲 線 的 形 成（ 2) 性 能 曲 線 的 特 點(diǎn)（ 3） 性 能 曲 線 的 特 點(diǎn)（ 4） 最 佳 工 況（ 5） 穩(wěn) 定 工 作 范 圍 （ 1） 性 能 曲 線

33、 的 形 成 （ 2) 性 能 曲 線 的 特 點(diǎn) （ 3） 性 能 曲 線 的 特 點(diǎn) 隨 著 流 量 的 減 小 ， 壓 縮 機(jī) 能 提 供 的 壓 力 比 將 增大 。 在 最 小 流 量 時(shí) ， 壓 力 比 達(dá) 到 最 大 。 離 心 壓 縮 機(jī) 有 最 大 流 量 和 最 小 流 量 兩 種 極 限 流量 ； 排 除 壓 力 也 有 最 大 值 和 最 小 值 。 效 率 曲 線 有 最 高 效 率 點(diǎn) ， 離 開 該 點(diǎn) 的 工 況 效 率下 降 的 較 快 。 功 率 N與 Q j 。 大 致 成 正 比 ， 所 以 功 率 曲 線 一 般隨 Qj增 加 而 向 上 傾 斜 ，

34、但 當(dāng) -Qj曲 線 向 下 傾 斜 很快 時(shí) ， 功 率 曲 線 也 可 能 先 向 上 傾 斜 而 后 逐 漸 向 下 傾斜 。 （ 4） 最 佳 工 況 工 況 的 定 義 ： 性 能 曲 線上 的 某 一 點(diǎn) 即 為 壓 縮 機(jī) 的 某一 運(yùn) 行 工 作 狀 態(tài) (簡(jiǎn) 稱 工 況 )。 最 佳 工 況 點(diǎn) ： 通 常 將 曲線 上 效 率 最 高 點(diǎn) 稱 為 最 佳 工況 點(diǎn) ， 一 般 應(yīng) 是 該 機(jī) 器 設(shè) 計(jì)計(jì) 算 的 工 況 點(diǎn) 。 如 圖 所 示 ，在 最 佳 工 況 點(diǎn) 左 右 兩 邊 的 各工 況 點(diǎn) ， 其 效 率 均 有 所 降 低 。 （ 5） 穩(wěn) 定 工 作 范

35、圍 壓 縮 機(jī) 性 能 曲 線 的 左 邊 受 到 喘 振 工 況 的 限 制 ，右 邊 受 到 堵 塞 工 況 限 制 ， 在 這 兩 個(gè) 工 況 之 間 的 區(qū)域 稱 為 壓 縮 機(jī) 的 穩(wěn) 定 工 作 范 圍 。 壓 縮 機(jī) 變 工 況 的穩(wěn) 定 工 作 范 圍 越 寬 越 好 。 3.6.1.2 喘 振 工 況（ 1） 壓 縮 機(jī) 喘 振 的 機(jī) 理（ 2） 喘 振 的 危 害（ 3） 防 喘 振 的 措 施 （ 1） 壓 縮 機(jī) 喘 振 的 機(jī) 理旋 轉(zhuǎn) 脫 離 壓 縮 機(jī) 的 喘 振 （ 2） 喘 振 的 危 害 喘 振 造 成 的 后 果 是 很 嚴(yán) 重 的 ， 它 不 僅 使

36、壓 縮機(jī) 的 性 能 惡 化 ， 壓 力 和 效 率 顯 著 降 低 ， 機(jī) 器 出 現(xiàn)異 常 的 噪 聲 、 吼 叫 和 爆 音 ， 而 且 使 機(jī) 器 出 現(xiàn) 強(qiáng) 烈的 振 動(dòng) ， 致 使 壓 縮 機(jī) 的 軸 承 、 密 封 遭 到 損 壞 ， 甚至 發(fā) 生 轉(zhuǎn) 子 和 固 定 部 件 的 碰 撞 ， 造 成 機(jī) 器 的 嚴(yán) 重破 壞 。 （ 3） 防 喘 振 的 措 施操 作 者 應(yīng) 具 備 標(biāo) 注 喘 振 線 的 壓 縮 機(jī) 性 能 曲 線 ， 隨 時(shí) 了 解 壓 縮機(jī) 工 況 點(diǎn) 處 在 性 能 曲 線 圖 上 的 位 置 。 為 偏 于 運(yùn) 行 安 全 ， 可 在比 喘 振 線 的

37、 流 量 大 出 5 10 的 地 方 加 注 一 條 防 喘 振 線 ， 以提 醒 操 作 者 注 意 。降 低 運(yùn) 行 轉(zhuǎn) 速 ， 可 使 流 量 減 少 而 不 致 進(jìn) 人 喘 振 狀 態(tài) ， 但 出 口壓 力 隨 之 降 低 。在 首 級(jí) 或 各 級(jí) 設(shè) 置 導(dǎo) 葉 轉(zhuǎn) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 以 調(diào) 節(jié) 導(dǎo) 葉 角 度 ， 使 流 量 減少 時(shí) 的 進(jìn) 氣 沖 角 不 致 太 大 ， 從 而 避 免 發(fā) 生 喘 振 。在 壓 縮 機(jī) 出 口 設(shè) 置 旁 通 管 道 ， 如 生 產(chǎn) 中 必 須 減 少 壓 縮 機(jī) 的 輸送 流 量 時(shí) ， 讓 多 余 的 氣 體 放 空 ， 或 經(jīng) 降 壓 后 仍

38、 回 進(jìn) 氣 管 ， 寧肯 多 消 耗 流 量 與 功 率 ， 也 要 讓 壓 縮 機(jī) 通 過 足 夠 的 流 量 ， 以 防 進(jìn) 入 喘 振 狀 態(tài) 。 （ 3） 防 喘 振 的 措 施 （ 續(xù) ）在 壓 縮 機(jī) 進(jìn) 口 安 置 溫 度 、 流 量 監(jiān) 視 儀 表 ， 出 口 安 置壓 力 監(jiān) 視 儀 表 ， 一 旦 出 現(xiàn) 異 常 或 端 振 及 時(shí) 報(bào) 警 ， 最 好還 能 與 防 喘 振 控 制 操 作 聯(lián) 功 d4與 緊 急 停 車 聯(lián) 動(dòng) 。運(yùn) 行 操 作 人 員 應(yīng) 了 解 壓 縮 機(jī) 的 工 作 原 理 ， 隨 時(shí) 注 意機(jī) 器 所 在 的 工 況 位 置 ， 熟 悉 各 種

39、監(jiān) 測(cè) 系 統(tǒng) 和 調(diào) 節(jié) 控 制系 統(tǒng) 的 操 作 ， 盡 量 使 機(jī) 器 不 致 迅 人 喘 損 狀 態(tài) 。 一 日 進(jìn)人 喘 振 應(yīng) 立 即 加 大 流 量 退 出 喘 振 或 市 即 停 機(jī) 。 停 機(jī) 后 ，應(yīng) 經(jīng) 開 缸 檢 查 確 無(wú) 隱 患 ， 方 可 再 開 動(dòng) 機(jī) 器 。 3.6.1.3 堵 塞 工 況 流 量 達(dá) 到 最 大 時(shí) 的 工 況 即 為 最 大 流 量 工 況 。 造 成 這種 工 況 有 兩 種 可 能 ： 一 是 級(jí) 中 流 道 中 某 喉 部 處 氣 流 達(dá) 到臨 界 狀 態(tài) ， 這 時(shí) 氣 體 的 容 積 流 量 已 是 最 大 值 ， 任 憑 壓 縮

40、機(jī) 背 壓 再 降 低 ， 流 量 也 不 可 能 再 增 加 ， 這 種 情 況 稱 為“ 阻 塞 ” 工 況 。 另 一 種 情 況 是 流 道 內(nèi) 并 未 達(dá) 到 臨 界 狀 態(tài) ，即 未 出 現(xiàn) “ 阻 塞 ” 工 況 ， 但 壓 縮 機(jī) 在 偌 大 的 流 量 下 ， 機(jī)內(nèi) 流 動(dòng) 損 失 很 大 ， 所 能 提 供 的 排 氣 壓 力 已 很 小 ， 幾 乎 接近 零 能 頭 ， 僅 夠 用 來 克 服 排 氣 管 的 流 動(dòng) 阻 力 以 維 持 這 樣大 的 流 量 ， 這 也 是 壓 縮 機(jī) 的 最 大 流 量 工 況 。 由 制 造 廠 商 提 供 的 離 心 式 壓 縮 機(jī)

41、 的 性 能 曲 線 圖 上 一 般都 注 明 該 壓 縮 機(jī) 的 設(shè) 計(jì) 條 件 ， 例 如 氣 體 介 質(zhì) 名 稱 、 密 度(或 分 子 量 )、 進(jìn) 氣 壓 力 及 進(jìn) 氣 溫 度 等 。 因 為 如 果 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 的氣 體 介 質(zhì) 、 進(jìn) 氣 條 件 與 設(shè) 計(jì) 條 件 不 符 ， 那 么 壓 縮 機(jī) 的 運(yùn) 轉(zhuǎn)性 能 就 有 別 于 所 提 供 的 性 能 曲 線 圖 。 以 如 圖 形 式 表 示 的 性能 曲 線 與 氣 體 的 性 質(zhì) 和 進(jìn) 氣 狀 態(tài) 密 切 相 關(guān) 。 如 圖 所 示 ， 如果 進(jìn) 氣 溫 度 Ti不 變 ， 在 相 同 容 積 流 量 Qi下 ， 壓

42、 縮 重 的 氣 體所 得 到 的 壓 力 比 較 大 ； 反 之 ， 壓 縮 輕 的 氣 體 ， 所 得 的 壓 力比 較 小 。 同 樣 ， 假 設(shè) 壓 縮 的 是 同 一 種 氣 體 介 質(zhì) ， 但 進(jìn) 氣 溫度 Ti不 同 ， 進(jìn) 氣 溫 度 較 高 的 氣 體 ， 共 性 能 曲 線 在 下 方 ， 進(jìn)氣 溫 度 較 低 的 氣 體 的 性 能 曲 線 在 上 方 。3.6.1.4 性 能 曲 線 的 變 化 規(guī) 律 3.6.2.1 管 網(wǎng) 特 性 曲 線3.6.2.2 壓 縮 機(jī) 與 管 網(wǎng) 聯(lián) 合 工 作3.6.2.3 平 衡 工 況 的 穩(wěn) 定 性 所 謂 管 網(wǎng) ， 一 般

43、是 指 與 壓 縮 機(jī) 連 接 的 進(jìn) 氣 管 路 、排 氣 管 路 以 及 這 些 管 路 上 的 附 件 及 設(shè) 備 的 總 稱 。 但對(duì) 于 離 心 式 壓 縮 機(jī) 來 說 ， 管 網(wǎng) 只 是 指 壓 縮 機(jī) 后 面 的管 路 及 全 部 裝 置 。 管 網(wǎng) 終 端 的 壓 力 應(yīng) 為 ： 式 中 P包 括 管 網(wǎng) 中 的 摩 擦 損 失 和 局 部 阻 力 損 失 ，A為 總 阻 力 損 失 的 計(jì) 算 系 數(shù) 。 2 2 22 2 e r r rc cp p p p p AQl 3.6.2.1 管 網(wǎng) 特 性 曲 線 3.6.2.2 壓 縮 機(jī) 與 管 網(wǎng) 聯(lián) 合 工 作 某 壓 縮

44、 機(jī) 原 來 進(jìn) 氣 溫 度 為 30度 ， 工 作 點(diǎn) 在 A點(diǎn) (見 圖 )，因 生 產(chǎn) 中 冷 卻 器 出 了 故 障 ， 使 氣 溫 劇 增 到 70度 ， 這 時(shí) 壓 縮機(jī) 突 然 出 現(xiàn) 了 喘 振 ， 究 其 原 因 ， 就 是 因 為 進(jìn) 氣 溫 度 升 高 ，使 壓 縮 機(jī) 的 性 能 曲 線 下 降 ， 由 線 1下 降 為 l ， 而 管 網(wǎng) 性 能曲 線 未 變 ， 壓 縮 機(jī) 的 工 作 點(diǎn) 變 到 A ， 此 點(diǎn) 如 果 落 在 喘 振 限上 ， 就 會(huì) 出 現(xiàn) 喘 振 。例 1 性 能 變 化 造 成 的 喘 振 情 況 例 2 性 能 變 化 造 成 的 喘 振

45、 情 況 某 壓 縮 機(jī) 原 在 上 圖 所 示 的 A點(diǎn) 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 后 來 由 于 某種 原 因 ， 進(jìn) 氣 管 被 異 物 堵 塞 而 出 現(xiàn) 了 喘 振 。 分 析 其 原 因就 是 因 為 進(jìn) 氣 管 被 堵 ， 壓 縮 機(jī) 進(jìn) 氣 壓 力 從 pi一 下 降 為pi 。 使 機(jī) 器 性 能 曲 線 下 降 到 l 線 ， 管 網(wǎng) 性 能 曲 線 無(wú) 變 化 ， 于 是 工 作 點(diǎn) 變 到 A ， 落 入 喘 振 限 所 致 。 例 3 性 能 變 化 造 成 的 喘 振 情 況 某 壓 縮 機(jī) 原 在 轉(zhuǎn) 速 為 n下 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 工 況 點(diǎn) 為 A點(diǎn) (見 上 圖

46、 )。 后 因 生 產(chǎn) 中 高 壓 蒸 汽 供 應(yīng) 不 足 ， 作 為驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 的 蒸 汽 輪 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 下 降 到 n2， 這 時(shí) 壓 縮 機(jī) 的工 作 點(diǎn) A 落 到 喘 振 區(qū) ， 因 此 產(chǎn) 生 了 喘 振 。 壓 縮 機(jī) 串 聯(lián) 工 作 可 增 大 氣 流 的 排 出 壓 力 ， 壓 縮 機(jī) 并聯(lián) 工 作 可 增 大 氣 流 的 輸 送 流 量 。 但 在 兩 臺(tái) 壓 縮 機(jī) 串 聯(lián) 或并 聯(lián) 工 作 時(shí) ， 兩 臺(tái) 壓 縮 機(jī) 的 特 性 和 管 網(wǎng) 特 性 在 相 互 匹 配中 有 可 能 出 現(xiàn) 不 能 很 好 協(xié) 調(diào) 工 作 的 情 況 ， 例 如 使 總 的 性能

47、曲 線 變 陡 ， 變 工 況 時(shí) 某 臺(tái) 壓 縮 機(jī) 實(shí) 際 上 沒 起 作 用 ， 卻自 自 耗 功 ， 或 者 某 臺(tái) 壓 縮 機(jī) 發(fā) 生 喘 振 等 。 壓 縮 機(jī) 與 管 網(wǎng) 聯(lián) 合 工 作 時(shí) ， 應(yīng) 盡 量 運(yùn) 行 在 最 高 效 率 工況 點(diǎn) 附 近 。 在 實(shí) 際 運(yùn) 行 中 ， 為 滿 足 用 戶 對(duì) 輸 送 氣 流 的 流 量或 壓 力 增 減 的 需 要 ， 就 必 需 設(shè) 法 改 變 壓 縮 機(jī) 的 運(yùn) 行 工 況 點(diǎn) 。實(shí) 施 改 變 壓 縮 機(jī) 運(yùn) 行 工 況 點(diǎn) 的 操 作 稱 為 調(diào) 節(jié) 。 下 面 討 論 幾種 壓 縮 機(jī) 的 調(diào) 節(jié) 方 法 。3.6.4.

48、1 壓 縮 機(jī) 出 口 節(jié) 流 調(diào) 節(jié)3.6.4.2 壓 縮 機(jī) 進(jìn) 口 節(jié) 流 調(diào) 節(jié)3.6.4.3 采 用 可 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 進(jìn) 口 導(dǎo) 葉 調(diào) 節(jié) (又 稱 進(jìn) 氣 預(yù) 旋 調(diào) 節(jié) )3.6.4.4 采 用 可 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 擴(kuò) 壓 器 葉 片 調(diào) 節(jié)3.6.4.5 改 變 壓 縮 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 的 調(diào) 節(jié)3.6.4.6 三 種 調(diào) 節(jié) 方 法 的 經(jīng) 濟(jì) 性 比 較 及 聯(lián) 合 采 用 兩 種 調(diào) 節(jié) 3.6.4.1 壓 縮 機(jī) 出 口 節(jié) 流 調(diào) 節(jié) 3.6.4.2 壓 縮 機(jī) 進(jìn) 口 節(jié) 流 調(diào) 節(jié) 調(diào) 節(jié) 壓 縮 機(jī) 進(jìn)口 管 道 中 閥 門 開 度是 又 一 種 簡(jiǎn) 便 且 可節(jié) 省

49、 功 率 的 調(diào) 節(jié) 方法 。 如 圖 所 示 ， 改變 進(jìn) 氣 管 道 中 的 閥門 開 度 ， 可 以 改 變壓 縮 機(jī) 性 能 曲 線 的位 置 ， 從 而 達(dá) 到 改變 輸 送 氣 流 的 流 量或 壓 力 。 3.6.4.3 采 用 可 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 進(jìn) 口 導(dǎo) 葉 調(diào) 節(jié) 3.6.4.4 采 用 可 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 擴(kuò) 壓 器 葉 片 調(diào) 節(jié) 3.6.4.5 改 變 壓 縮 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 的 調(diào) 節(jié) 圖 為 用 戶 要求 壓 力 p， 不 變而 流 量 增 大 為 qms或 減 小 為 qms ，調(diào) 節(jié) 轉(zhuǎn) 速 到 n或 n” ， 使 性 能曲 線 移 動(dòng) 即 可 滿足 要 求 。 3.6

50、.4.6 三 種 調(diào) 節(jié) 方 法 的 經(jīng) 濟(jì) 性 比 較 及 聯(lián) 合 采 用 兩 種 調(diào) 節(jié) 左 圖 表 示 了 進(jìn) 口 節(jié)流 、 進(jìn) 氣 預(yù) 旋 和 改 變 轉(zhuǎn)速 的 經(jīng) 濟(jì) 性 對(duì) 比 。 其 中以 進(jìn) 口 節(jié) 流 為 標(biāo) 準(zhǔn) 。 曲線 1表 示 進(jìn) 口 預(yù) 旋 比 進(jìn)口 節(jié) 流 所 節(jié) 省 的 功 率 。 曲 線 2表 示 改 變 轉(zhuǎn) 速 比進(jìn) 口 節(jié) 流 所 節(jié) 省 的 功 率 。顯 然 改 變 轉(zhuǎn) 速 的 經(jīng) 濟(jì) 性最 佳 。 3.7 相 似 理 論 的 應(yīng) 用 相 似 理 論 在 許 多 流 體 機(jī) 械 中 均 有 重 要 的 應(yīng) 用 價(jià) 值 。 應(yīng)用 相 似 理 論 進(jìn) 行 性

51、能 換 算 可 解 決 以 下 問 題 ： 按 照 性 能 良 好 的 模 型 級(jí) 或 機(jī) 器 ， 可 快 速 地 設(shè) 計(jì) 出 性 能 良好 的 新 機(jī) 器 ； 將 模 化 試 驗(yàn) (如 縮 小 機(jī) 器 尺 寸 、 改 變 工 質(zhì) 和 進(jìn) 口 條 件 等 )的 結(jié) 果 ， 換 算 成 在 設(shè) 計(jì) 條 件 或 使 用 條 件 下 的 機(jī) 器 性 能 ； 相 似 的 機(jī) 器 可 用 通 用 的 性 能 曲 線 表 示 它 們 的 性 能 ； 可 使 產(chǎn) 品 系 列 化 、 通 用 化 、 標(biāo) 準(zhǔn) 化 ， 不 僅 有 利 于 產(chǎn) 品 的設(shè) 計(jì) 制 造 ， 也 有 利 于 產(chǎn) 品 的 選 型 使 用

52、。 在 流 體 力 學(xué) 和 流 體 機(jī) 器 中 ， 所 謂 流 動(dòng) 相 似 ， 就 是 指 流體 流 經(jīng) 幾 何 相 似 的 通 道 或 機(jī) 器 時(shí) ， 其 任 意 對(duì) 應(yīng) 點(diǎn) 上 同 名 物理 量 (如 壓 力 、 速 度 等 )比 值 相 等 。 由 此 就 可 獲 得 機(jī) 器 的 流動(dòng) 性 能 (如 壓 力 比 、 流 量 、 效 率 等 )相 似 。 流 動(dòng) 相 似 的 相 似 條 件 有 模 型 與 實(shí) 物 或 兩 機(jī) 器 之 間 幾 何相 似 、 運(yùn) 動(dòng) 相 似 、 動(dòng) 力 相 似 和 熱 力 相 似 。 對(duì) 于 離 心 壓 縮 機(jī) 而 言 ， 其 流 動(dòng) 相 似 應(yīng) 具 備 的

53、條 件 可 歸結(jié) 為 幾 何 相 似 、 葉 輪 進(jìn) 口 速 度 三 角 形 相 似 、 特 征 馬 赫 數(shù) 相等 。 而 符 合 流 動(dòng) 相 似 的 機(jī) 器 其 相 似 工 況 的 效 率 相 等 。 inL inRTnn RT 3 2 inVin L Vin L VininR Tnq q qn RT pol pol pol pol 2 in inL in inRT pN NRT p 當(dāng) 兩 臺(tái) 機(jī) 器 符 合 相 似 條 件 時(shí) ， 只 要 知 道 一 臺(tái) 機(jī) 器 的 性 能參 數(shù) ， 則 可 通 過 相 似 換 算 得 到 另 一 臺(tái) 機(jī) 器 的 性 能 參 數(shù) 。 右 圖 為 壓 縮

54、機(jī)的 通 用 性 能 曲 線 。它 對(duì) 于 符 合 相 似 條件 的 機(jī) 器 ， 以 及 按相 似 條 件 組 成 系 列化 的 所 有 機(jī) 器 均 帶來 使 用 上 的 許 多 方便 ， 故 得 到 廣 泛 的應(yīng) 用 。 3.8 主 要 零 部 件 及 輔 助 系 統(tǒng) 3.8.1.1 對(duì) 葉 輪 的 要 求3.8.1.2 葉 輪 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 葉 輪 是 離 心 壓 縮 機(jī) 中 唯 一 對(duì) 氣 體 作 功 的 部 件 ，且 是 高 速 回 轉(zhuǎn) 件 ， 所 以 對(duì) 葉 輪 的 設(shè) 計(jì) 、 材 料 和 制 造要 求 都 很 高 ， 對(duì) 葉 輪 的 要 求 主 要 是 ： 提 供 盡 可 能

55、 大 的 能 量 頭 ； 葉 輪 以 及 與 之 匹 配 的 整 個(gè) 級(jí) 的 效 率 要 比 較 高 ； 所 設(shè) 計(jì) 的 葉 輪 型 式 能 使 級(jí) 及 整 機(jī) 的 性 能 穩(wěn) 定 工況 區(qū) 較 寬 ； 強(qiáng) 度 及 制 造 質(zhì) 量 符 合 要 求 。3.8.1.1 對(duì) 葉 輪 的 要 求 3.8.1.2 葉 輪 的 結(jié) 構(gòu) 形 式(1) 按 葉 輪 的 彎 曲 形 式 分(2) 按 葉 輪 結(jié) 構(gòu) 形 式 分(3) 按 制 造 工 藝 分 (1) 按 葉 輪 的 彎 曲 形 式 分葉 輪性 能 前 彎 葉 片 式 葉 輪 (2) 葉 輪 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 分 可 分 為 閉 式 、 半 開

56、式 和 開 式 葉 輪 三 種 類 型 。離 心 壓 縮 機(jī) 大 多 數(shù) 采 用 閉 式 葉 輪 。 (3) 按 制 造 工 藝 分 葉 輪 有 鉚 接 、 焊 接 、 精 密 鑄 造 、 釬 焊和 電 蝕 加 工 等 制 造 方 法 。 3.8.2.1 壓 縮 機(jī) 中 常 用 的 密 封 形 式3.8.2.2 迷 宮 密 封3.8.2.3 浮 環(huán) 油 膜 密 封 流 體 機(jī) 械 既 有 靜 密 封 又 有 動(dòng) 密 封 。 動(dòng) 密 封 是 防止 機(jī) 器 在 運(yùn) 轉(zhuǎn) 期 間 和 停 轉(zhuǎn) 期 間 流 體 向 外 或 向 內(nèi) 泄 露的 構(gòu) 件 。 動(dòng) 密 封 主 要 是 旋 轉(zhuǎn) 軸 的 密 封 。

57、旋 轉(zhuǎn) 軸 密 封又 有 面 接 觸 密 封 和 非 接 觸 密 封 兩 種 主 要 類 型 。3.8.2.1 壓 縮 機(jī) 中 常 用 的 密 封 形 式 3.8.2.2 迷 宮 密 封（ 1） 迷 宮 密 封 的 結(jié) 構(gòu) 形 式（ 2） 密 封 原 理（ 3） 輪 蓋 密 封 的 漏 氣 量 及 漏 氣 損 失 系 數(shù)（ 4） 迷 宮 密 封 設(shè) 計(jì) 及 使 用 中 應(yīng) 注 意 的 問 題 （ 1） 迷 宮 密 封 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 迷 宮 密 封 也 稱 為 梳 齒 型 密 封 ， 是 一 種 非 接 觸 型密 封 。 主 要 用 于 離 心 壓 縮 機(jī) 級(jí) 內(nèi) 輪 蓋 密 封 、 級(jí)

58、問 密封 和 平 衡 盤 密 封 上 。 在 壓 力 較 低 ， 且 允 許 流 體 少 量流 出 時(shí) ， 也 可 作 為 軸 密 封 (軸 與 殼 體 問 的 密 封 )使 用 。迷 宮 密 封 的 結(jié) 構(gòu) 用 的 較 多 的 是 以 下 幾 種 ：平 滑 形 曲 折 形 臺(tái) 階 形 徑 向 排 利 的 迷 宮 密 封還 有 一 種 新 型 的 迷 宮 密 封 叫 蜂 窩 形 迷 宮 密 封 平 滑 行 迷 宮 密 封 曲 折 形 迷 宮 密 封 臺(tái) 階 形 迷 宮 密 封 徑 向 排 列 的 迷 宮 密 封 蜂 窩 形 迷 宮 密 封 （ 2） 密 封 原 理 迷 宮 密 封 是 利用 節(jié)

59、 流 原 理 使 氣 體每 經(jīng) 過 一 個(gè) 齒 片 ，壓 力 就 下 降 一 次 ，經(jīng) 過 一 定 數(shù) 量 的 齒片 后 就 形 成 較 大 的壓 降 ， 實(shí) 質(zhì) 上 迷 宮密 封 就 是 給 氣 體 的流 動(dòng) 以 壓 差 阻 力 ，從 而 減 小 氣 體 的 通過 量 。 （ 3） 漏 氣 量 及 漏 氣 損 失 系 數(shù) (4)設(shè) 計(jì) 及 使 用 中 應(yīng) 注 意 的 問 題 梳 齒 密 封 除 了 輪 蓋 密 封 齒 數(shù) 較 少 外 ， 一 般 密 封 結(jié) 構(gòu) 中 z不 少于 6片 ， 也 不 多 于 35片 ； 為 提 高 節(jié) 流 降 壓 效 果 ， 梳 齒 的 徑 向 間 隙 s應(yīng) 盡

60、可 能 的 小 ， 一般 為 O.4mm左 右 。 相 鄰 齒 片 問 的 距 離 和 間 隙 的 比 應(yīng) 足 夠 大 ， 一般 齒 距 與 間 隙 的 比 值 為 6（ 如 圖 ） ； 梳 齒 頂 端 朝 向 來 流 一 邊 作 成 尖 角 形 ， 以 加 強(qiáng) 氣 流 旋 渦 ， 提高 密 封 效 果 ； 梳 齒 材 料 一 般 采 用 青 銅 、 銅 銻 錫 合 金 及 鋁 合 金 等 較 軟 的 金屬 制 作 ， 避 免 劃 傷 軸 或 軸 套 。 對(duì) 于 易 燃 、 易 爆 氣 體 ， 還 應(yīng) 采用 不 會(huì) 產(chǎn) 生 火 花 的 材 料 ； 如 果 被 密 封 的 氣 體 有 毒 或 易

61、 燃 易 爆 ， 不 允 許 漏 至 機(jī) 外 仍 采 用 迷 宮 密 封 的 話 ， 則 必 須 在 梳 齒 的 中 間 某 部 位 ， 設(shè) 計(jì) 成 抽 氣(或 沖 氣 )的 密 封 型 式 。 3.8.2.3 浮 環(huán) 油 膜 密 封1一 浮 環(huán) 2一 L型 固 定 環(huán) 3一 銷 釘 4一 彈 簧5一 軸 套 6一 擋 油 環(huán) 7一 甩 油 環(huán) 8一 軸9一 高 壓 側(cè) 預(yù) 密 封 梳 齒 10一 梳 齒 座 11一 高 壓 側(cè) 回 油 孔 12一 空 腔 13一 進(jìn) 油 孔 14一 低 壓 側(cè) 回 油 空 腔 3.9 安 全 可 靠 性 由 于 離 心 葉 輪 高 速 旋 轉(zhuǎn) 所 產(chǎn) 生 的

62、 離 心 力 及 與 軸 過 盈 配 合所 產(chǎn) 生 的 壓 緊 力 等 ， 會(huì) 使 葉 輪 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 很 大 的 應(yīng) 力 ， 為 保證 安 全 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 需 要 進(jìn) 行 葉 輪 強(qiáng) 度 計(jì) 算 。閉 式 葉 輪 由 輪 盤 、 輪 蓋 和 葉 片 構(gòu) 成 ， 從 強(qiáng) 度 觀 點(diǎn) 看 ， 輪蓋 可 視 為 輪 盤 的 一 個(gè) 特 例 。 而 沿 周 向 分 散 的 葉 片 ， 可 假 定為 沿 周 向 均 勻 分 布 的 由 特 定 材 料 制 成 的 盤 形 夾 層 。 故 葉 輪強(qiáng) 度 計(jì) 算 主 要 是 輪 盤 應(yīng) 力 計(jì) 算 。 目 前 輪 盤 應(yīng) 力 計(jì) 算 有 二 次法 、

63、遞 推 一 代 人 法 和 有 限 元 法 。應(yīng) 當(dāng) 指 出 ， 由 于 葉 輪 的 重 要 作 用 和 特 殊 地 位 ， 通 常 均 選用 優(yōu) 質(zhì) 的 材 料 ， 考 究 的 制 造 工 藝 和 偏 于 安 全 的 圓 周 速 度 uz，故 葉 輪 的 安 全 可 靠 性 ， 一 般 是 可 以 有 所 保 證 的 。 n2nc1 為 了 確 保 機(jī) 器 運(yùn) 行 的 安 全 性 ， 要 求 工 作 轉(zhuǎn) 速 遠(yuǎn) 離第 1、 2階 臨 界 轉(zhuǎn) 速 ， 其 校 核 條 件 是對(duì) 于 剛 性 轉(zhuǎn) 子對(duì) 于 柔 性 轉(zhuǎn) 子 為 了 防 止 可 能 出 現(xiàn) 的 軸 承 油 膜 振 蕩 ， 工 作 轉(zhuǎn)

64、速 應(yīng)低 于 二 倍 的 第 一 階 臨 界 轉(zhuǎn) 速 ， 即n0.75nc11.3nc1n0.7nc2 3.9.3.1 轉(zhuǎn) 子 承 受 的 軸 向 力(1)閉 式 葉 輪 軸 向 推 力 的 計(jì) 算(2)半 開 式 葉 輪 軸 向 推 力 的 計(jì) 算3.9.3.2 軸 向 推 力 的 平 衡 措 施(1)葉 輪 對(duì) 排(2)葉 輪 背 面 加 筋(3)采 用 平 衡 盤 (亦 稱 平 衡 活 塞 ) （ 1） 閉 式 葉 輪 軸 向 推 力 的 計(jì) 算 后 一 頁(yè) 圖 為 閉 式 葉 輪 側(cè) 面 的 受 力 情 況 。 向 右 的 軸向 力 由 F0和 F1組 成 ， 其 中 2 20 1 1

65、 1( )4 j m ZF p D d q C 向 左 的 軸 向 力 為 F2， 故 葉 輪 總 的 向 左 的 軸 向 推 力 為 2 1 0F F F F 2 2 2 2 4 4 2 221 2 1 1 1 1 1221( ) ( ) ( ) ( )4 32 2 4m m m j m ZuD d p D d D d D d p q CD (2) 半 開 式 葉 輪 軸 向 推 力 的 計(jì) 算整 個(gè) 葉 輪 軸 向 推 力 為2 22 2 2 2 2 222 2 2 2 2 2222 12 ( ) ( ) ( )4 32 2mDd r m m muF p dr D d p D d D dD

66、 11 1 2 1 2 1( )r r rp p p p r r 21 4 4 3 2 22 2 2 1 2 1 2 1 2 122 2 2 1 22 12 8 ( )2 ( )4 ( ) 64 196 24 32DD r p p D D D D D DF p dr D D p D D 2 1 0F F F F 假 定 在 D1到 D2之 間 Pr1的 分 布 為 葉 輪 的 各 種 排 列 方 式 如 下 圖 所 示 ， 圖 (a)是 葉 輪順 排 ， 轉(zhuǎn) 子 上 各 葉 輪 軸 向 力 相 加 ； 圖 (b)和 帶 有 中 間冷 卻 器 酌 圖 (c)是 葉 輪 對(duì) 排 ， 可 使 轉(zhuǎn) 子 上 的 軸 向 力 相互 抵 消 ， 總 軸 向 力 大 大 降 低 。(1) 葉 輪 對(duì) 排a b c3.9.3.2 軸 向 推 力 的 平 衡 措 施 在 輪 盤 背 面 加 幾 條 徑 向筋 片 ， 如 圖 所 示 ， 相 當(dāng) 于 增加 一 個(gè) 半 開 式 葉 輪 。 使 間 隙中 的 流 體 旋 轉(zhuǎn) 角 速 度 增 加 一倍 ， 從 而 使 離 心 力 增 加 壓力 減 小 圖 中 ei