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過程流體機(jī)械 1 4 1離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)與工作原理 離心式壓縮機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r兩極化發(fā)展大型化 微型化多軸化發(fā)展較高壓級(jí)與較低壓級(jí)不同軸 2 高效化發(fā)展采用三元葉輪 浮環(huán)密封或干氣密封提高壓縮機(jī)的效率 3 離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)離心壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)通過能量轉(zhuǎn)換 使氣體壓力提高的機(jī)器稱為壓縮機(jī) 4 用旋轉(zhuǎn)葉輪實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換 使氣體壓力主要沿徑向離心方向流動(dòng)從而提高壓力的機(jī)器稱為離心壓縮機(jī)離心壓縮機(jī)出口的氣體壓力在200kPa以上 出口壓力低于這個(gè)值的旋轉(zhuǎn)葉輪式壓縮機(jī)成為通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī) 5 6 級(jí)的典型結(jié)構(gòu) 7 級(jí)是離心壓縮機(jī)使氣體增壓的基本單元級(jí)分三種型式 首級(jí) 中間級(jí) 末級(jí)中間級(jí)由葉輪 擴(kuò)壓器 彎道 回流器組成首級(jí)由吸氣管和中間級(jí)組成 8 末級(jí)由葉輪 擴(kuò)壓器 排氣蝸室組成固定部件包括擴(kuò)壓器 彎道 回流器及排氣蝸室等為了簡化研究 通常只分析與計(jì)算級(jí)中幾個(gè)特征截面上的氣流參數(shù)吸氣管進(jìn)口截面葉輪進(jìn)口截面 9 葉輪葉道進(jìn)口截面葉輪出口界面擴(kuò)壓器進(jìn)口截面擴(kuò)壓器出口 即彎道進(jìn)口 截面彎道出口 即回流器進(jìn)口 截面回流器出口截面本級(jí)出口 即下一級(jí)進(jìn)口 截面排氣蝸室進(jìn)口截面排氣蝸室出口 即末級(jí)出口或段出口 或整個(gè)機(jī)器出口 截面 10 離心葉輪的典型結(jié)構(gòu)葉輪是外界 原動(dòng)機(jī) 傳遞給氣體能量的部件 是最重要的部件 11 閉式葉輪常見 它的漏氣小 性能好 效率高 但因輪蓋影響葉輪強(qiáng)度 使圓周速度受到限制 小于300 320m s半開式葉輪強(qiáng)度較高 圓周速度可達(dá)450 550m s 葉輪作功量大 單級(jí)增壓高 但效率較低 12 雙面進(jìn)氣葉輪適應(yīng)大流量 且葉輪軸向力本身得到平衡 13 葉片的彎曲形式和出口角 14 葉輪結(jié)構(gòu)型式通常還按葉片的彎曲形式和葉片出口角來區(qū)分后彎型葉輪通常被采用 它的級(jí)效率高 穩(wěn)定工作范圍寬前彎型葉輪由于氣流在這種葉道中流程短轉(zhuǎn)彎大 其級(jí)效率較低 穩(wěn)定工作范圍較窄 僅用于通風(fēng)機(jī) 15 徑向葉輪級(jí)性能介于后彎型葉輪和前彎型葉輪之間 16 擴(kuò)壓器的典型結(jié)構(gòu) 無葉擴(kuò)壓器 17 葉片擴(kuò)壓器 18 無葉擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)簡單 級(jí)變工況的效率高 穩(wěn)定工作范圍寬 常采用葉片擴(kuò)壓器由于葉片的導(dǎo)向作用 氣體流出擴(kuò)壓器的路程短 擴(kuò)壓器外徑不需太大 結(jié)構(gòu)較緊湊 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 變工況的效率較低 穩(wěn)定工作范圍較窄 19 彎道和回流器使氣流轉(zhuǎn)向以引導(dǎo)氣流無預(yù)旋的進(jìn)入下一級(jí) 通常它們不再起降速增壓作用吸入室將進(jìn)氣管道中的氣流吸入 并沿環(huán)形面積均勻地進(jìn)入葉輪 20 排氣蝸殼將葉輪出口或擴(kuò)壓器出口環(huán)形面積中的流體收集 導(dǎo)向進(jìn)入排氣管道之中離心壓縮機(jī)的特點(diǎn)與往復(fù)活塞壓縮機(jī)比較優(yōu)點(diǎn)流量大進(jìn)氣量可達(dá)6000m3 min以上 21 轉(zhuǎn)速高離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 幾乎沒有不平衡質(zhì)量 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小 運(yùn)動(dòng)件與靜止件保持一定間隙 因而轉(zhuǎn)速可以提高 轉(zhuǎn)速一般為5000 20000rpm結(jié)構(gòu)緊湊機(jī)組重量與占地面積比用同一流量的活塞壓縮機(jī)小得多 22 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠 維修費(fèi)用低缺點(diǎn)單級(jí)壓力比不高高壓力比所需的級(jí)數(shù)比活塞式的多 目前排氣壓力在70MPa以上的 只能使用活塞壓縮機(jī)不能適用于太小的流量因?yàn)檗D(zhuǎn)速高 流通截面積較大 23 由于離心壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)顯著 故現(xiàn)代大型化肥 乙烯 煉油 冶金 制氧 制藥等生產(chǎn)裝置中都采用了離心壓縮機(jī) 24 離心壓縮機(jī)作為一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器 對(duì)材料 制造與裝配均有較高的要求 因而這種機(jī)器的造價(jià)較高 但它所創(chuàng)造的價(jià)值也是十分可觀的 25 離心壓縮機(jī)的基本工作原理連續(xù)方程基本表達(dá)式假定氣體作定常 穩(wěn)態(tài) 一元流動(dòng) 則 26 在葉輪出口的表達(dá)式反映流量與葉輪幾何尺寸及氣流速度的相互關(guān)系 葉輪出口處的流量系數(shù) 葉輪出口處的通流系數(shù) 27 j2r的取值范圍徑向型葉輪 0 24 0 40后彎型葉輪 0 18 0 32強(qiáng)后彎型葉片 b2A 30 0 10 0 20 28 由于對(duì)于多級(jí)壓縮機(jī)同在一根軸上的各葉輪中的容積流量都要受到相同的質(zhì)量流量和統(tǒng)一轉(zhuǎn)速的制約 故 3 2 式常用來校核各級(jí)葉輪出口相對(duì)寬度的合理性 29 歐拉方程歐拉方程是用來計(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 故它是葉輪機(jī)械的基本方程 歐拉功 理論能量頭 30 方程的物理意義歐拉方程指出的是葉輪與流體之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系只要已知葉輪進(jìn)出口的流體速度 就可以計(jì)算出1kg流體與葉輪之間機(jī)械能轉(zhuǎn)換的大小 31 方程式用于任何氣體與液體只需將等式右邊各項(xiàng)的進(jìn)出口符號(hào)調(diào)換一下 亦適用于葉輪式原動(dòng)機(jī)如汽輪機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī)等若氣體流入壓縮機(jī)的葉輪進(jìn)口時(shí)無預(yù)旋 即c1u 0 如果葉片數(shù)無限多 則b2 b2A 32 然而 對(duì)有限葉片數(shù)的葉輪 由于其中的流體受哥氏慣性力的作用和流動(dòng)復(fù)雜性的影響 出現(xiàn)軸向渦流等 使b2 b2A出口流體出現(xiàn)滑移 出口絕對(duì)速度切向分量難以確定 但是可用斯陀道拉公式計(jì)算 33 斯陀道拉公式滑移系數(shù) 34 對(duì)于閉式后彎葉輪 理論能量頭系數(shù) 周速系數(shù) 35 36 經(jīng)驗(yàn)證實(shí)對(duì)于一般后彎型葉輪 斯陀道拉提出的公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較接近有限葉片數(shù)比無限葉片數(shù)的作工能力有所減少 這種減少并不意味著能量的損失 37 能量方程假定外界不傳遞熱量 q 0 38 能量方程的物理意義能量方程是既含機(jī)械能有含熱能的能量轉(zhuǎn)化與守恒方程方程對(duì)有粘無粘氣體都是適用的離心壓縮機(jī)不從外界吸收熱量 而由機(jī)殼向外散出的熱量與氣體的熱焓升高相比是很小的 故認(rèn)為氣體在作絕熱流動(dòng) 39 方程適用于壓縮機(jī)的一級(jí) 也適用于多級(jí)整機(jī)或其中任一通流部件對(duì)于葉輪 40 對(duì)于任一靜止部件 41 柏努利方程應(yīng)用柏努利方程將流體所獲得的能量區(qū)分為有用能量和能量損失 并引入壓縮機(jī)中所關(guān)注的壓力參數(shù) 以顯示出壓力的增加 葉輪所作的機(jī)械功還可以與級(jí)內(nèi)表征流體壓力升高的靜壓能聯(lián)系起來 表達(dá)成通用的柏努利方程 42 對(duì)級(jí)內(nèi)流體而言有計(jì)入內(nèi)漏氣損失和輪阻損失 消耗的總功 總能量頭 級(jí)中總能量損失 43 柏努利方程的物理意義是能量轉(zhuǎn)化與守恒的一種表達(dá)式建立了機(jī)械能與氣體壓力 流速和能量損失之間的相互關(guān)系方程適用于一級(jí) 已適用于多級(jí)整機(jī)或其中任一通流部件 44 對(duì)于葉輪對(duì)于擴(kuò)壓器 45 對(duì)于不可壓縮流體 密度為常數(shù) 46 壓縮過程與壓縮功氣體被壓縮時(shí) 每kg氣體所獲得的壓縮功稱為有效能量頭 對(duì)于多變壓縮功有 多變壓縮有效能量頭 簡稱多變能量頭 47 能量頭系數(shù)ypol能量頭與圓周速度的平方之比稱為能量頭系數(shù) 表示葉輪圓周速度用來提高氣體壓力比的能量利用程度 48 將基本方程相關(guān)聯(lián) 就可知流量和流體速度在機(jī)器中的變化 而通常無論是級(jí)的進(jìn)出口 還是整個(gè)壓縮機(jī)的進(jìn)出口 其速度幾乎相同 故這部分進(jìn)出口的動(dòng)能增量可忽略不計(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 49 能有一部分有用能量即靜壓頭的增加 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) 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 于是可知流體在機(jī)器內(nèi)的速度 壓力 溫度的變化規(guī)律 50 級(jí)內(nèi)的各種能量損失包括級(jí)內(nèi)的流動(dòng)損失 漏氣損失和輪阻損失級(jí)內(nèi)的流動(dòng)損失摩阻損失流體粘性是產(chǎn)生能量損失的根本原因 51 通常流動(dòng)是湍流 相對(duì)粗糙度一定 l也一定 從而有沿程摩阻損失與體積流量的平方成正比 52 分離損失在減速增壓的通道中 近壁邊界層容易增厚 甚至形成分離漩渦區(qū)和倒流 產(chǎn)生分離損失 分離損失往往比沿程摩阻損失大得多 53 54 55 由于葉輪中的氣流受離心力的影響 并有能量的不斷加入 其邊界層的增厚不像固定部件中那樣嚴(yán)重 所以葉輪的流動(dòng)效率往往是較高的 56 沖擊損失當(dāng)流量偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)時(shí) 其葉輪和葉片擴(kuò)壓器的進(jìn)氣沖角i b1A b1 0 于是氣流對(duì)葉片造成沖擊損失 尤為嚴(yán)重的是在葉片進(jìn)口附近還會(huì)產(chǎn)生較大的擴(kuò)張角 造成分離損失 導(dǎo)致能量損失顯著增加 57 58 59 60 在調(diào)節(jié)離心壓縮機(jī)運(yùn)行工況時(shí) 流量小于設(shè)計(jì)流量相當(dāng)于i 0 造成很大的分離損失流量大于設(shè)計(jì)流量相當(dāng)于i 0 造成的分離損失相對(duì)較小些 61 二次流損失與主流方向相垂直的流動(dòng)造成二次流損失 哥氏力的影響 葉片工作面與非工作面壓差的影響 可采取適當(dāng)增加葉片數(shù) 減輕葉片負(fù)荷 避免氣流方向的急劇轉(zhuǎn)彎等措施 可減少二次流損失 62 63 64 尾跡損失葉片尾緣由一定的厚度 氣流出葉道后通流面積突然擴(kuò)大 另外葉片兩側(cè)的邊界在尾緣匯合 造成許多漩渦 主流帶動(dòng)低速尾跡渦流均會(huì)造成尾跡損失 采用翼型葉片代替等厚度葉片 或?qū)⒌群穸热~片出口非工作面削薄 可以減小該損失 65 事實(shí)上這些損失并非單獨(dú)存在 往往隨著主流混在一起相互作用相互影響 總的流動(dòng)損失只能靠具體的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)來確定采取各種措施 盡量減少流動(dòng)損失 是節(jié)能所必須做好的工作 66 漏氣損失產(chǎn)生漏氣損失的原因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)與固定件之間的間隙中會(huì)漏氣 而所漏氣體又隨主流流動(dòng) 造成膨脹與壓縮循環(huán) 每次循環(huán)都伴隨能量損失 且是不可逆的 67 68 密封件的結(jié)構(gòu)形式在固定部件與輪蓋 隔板與軸套 以及整機(jī)軸的端部需要設(shè)置密封件一般整機(jī)軸端部的密封采用浮環(huán)密封或干氣密封 內(nèi)部級(jí)采用迷宮密封 梳齒式密封 69 曲折形梳齒密封 70 71 72 73 74 輪蓋密封處的漏氣損失輪蓋密封處的漏氣能量損失使葉輪多消耗機(jī)械功 它應(yīng)包括在葉輪所輸出的總功之內(nèi) 所以必須單獨(dú)計(jì)算 而通常隔板與軸套之間的漏氣損失不單獨(dú)計(jì)算 只考慮在固定部件的流動(dòng)損失之中 75 輪阻損失葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí) 輪盤 輪蓋外側(cè)和輪緣要與周圍的空氣發(fā)生摩擦 從而產(chǎn)生輪阻損失 輪阻損失可借助等厚度圓盤分析和實(shí)驗(yàn) 以及旋轉(zhuǎn)葉輪的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 76 多級(jí)壓縮機(jī)采用多級(jí)串聯(lián)和多缸串聯(lián)的必要性離心壓縮機(jī)的壓力比一般在3以上 有的高達(dá)150以上與活塞壓縮機(jī)相比 離心壓縮機(jī)的單級(jí)壓力比要低一些 常用的后彎閉式葉輪僅為1 2 1 5 77 為了達(dá)到較高的壓力比 一般離心壓縮機(jī)多為多級(jí)串聯(lián)式的結(jié)構(gòu) 對(duì)于單軸壓縮機(jī) 考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊型與機(jī)器的安全可靠性 一般主軸不能過長 故通常最多裝9個(gè)葉輪 即一臺(tái)機(jī)器最多為9級(jí)壓縮機(jī) 78 79 80 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 最新發(fā)展的離心壓縮機(jī)采用多軸多缸型式 可以達(dá)到很高的壓力比 而且結(jié)構(gòu)緊湊 在大型化工 石油化工廠使用 效果很好 81 82 83 分段與中間冷卻以減少功耗與容積式壓縮機(jī)一樣 氣流經(jīng)逐級(jí)壓縮后溫度不斷升高 而壓縮溫度高的氣體要多耗功 為了降低氣體的溫度 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) 而不采用汽缸冷卻結(jié)構(gòu) 84 中間冷卻不能只考慮省功 還要考慮下列因素 被壓縮介質(zhì)的特性對(duì)于易燃易爆的氣體 則段的出口溫度宜低一些 對(duì)于在高溫下會(huì)發(fā)生不必要的分解或化合等化學(xué)變化 或會(huì)產(chǎn)生并加速對(duì)機(jī)器材料腐蝕的氣體 冷卻次數(shù)應(yīng)增加一些 85 根據(jù)用戶對(duì)排氣的要求有的用戶要求排出的氣體溫度高 以利于化學(xué)反應(yīng)或燃燒 則不必采用中間冷卻 或盡量減少冷卻次數(shù)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 86 段數(shù)確定后 每一段的最佳壓力比可根據(jù)總耗功最小的原則來確定級(jí)數(shù)與葉輪圓周速度和氣體分子量的關(guān)系級(jí)數(shù)與葉輪圓周速度的關(guān)系 87 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量減少級(jí)數(shù) 可通過提高葉輪圓周速度來實(shí)現(xiàn) 但圓周速度的提高受到以下因素限制 葉輪材料強(qiáng)度的限制氣流馬赫數(shù)的限制馬赫數(shù)的升高會(huì)引起效率下降 工況范圍窄 88 葉輪相對(duì)寬度的限制當(dāng)流量與轉(zhuǎn)速一定時(shí) 提高圓周速度需增加葉輪直徑 這回使葉輪相對(duì)寬度變得太小 特別對(duì)于后幾級(jí) 造成效率下降級(jí)數(shù)與氣體分子量的關(guān)系氣體分子量對(duì)馬赫數(shù)的影響氣體分子量越大 越重氣體 機(jī)器馬赫數(shù)越大 會(huì)降低級(jí)性能和效率 從而限制了圓周速度提高 89 反之 若壓縮輕氣體 提高圓周速度以降低級(jí)數(shù)時(shí) 可不必?fù)?dān)心馬赫數(shù)的影響氣體分子量對(duì)所需壓縮功的影響多變壓縮功的大小與氣體分子量和絕熱指數(shù)有關(guān) 特別是分子量的大小影響更大 壓縮重氣體時(shí)所需的多變壓縮功較大 故級(jí)數(shù)就少 反之 壓縮輕氣體時(shí)所需多變壓縮功較小 故級(jí)數(shù)就要多 90 功率與效率計(jì)算離心壓縮機(jī)所需的軸功率為選型方案計(jì)算和選擇原動(dòng)機(jī)提供依據(jù) 單級(jí)總耗功 功率和效率單級(jí)總耗功 總功率 91 旋轉(zhuǎn)葉輪所消耗的功用于兩方面葉輪傳遞給氣體的歐拉功 即氣體所獲得的理論能量頭葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的漏氣損失和輪阻損失 這部分耗功不可逆的轉(zhuǎn)化為氣體的熱量葉輪對(duì)1kg氣體的總耗功為Ltot Htot 1 bl bdf Hth 92 流量為qm的總功率為Ntot qmHtot 1 bl bdf qmHth對(duì)于閉式后彎型葉輪而言 一般bl bdf 0 02 0 04下圖將幾種能量頭與幾種損失聯(lián)系起來 93 Htot Hl Hdf Hth Hhyd Hpol 能量頭分配示意圖 94 級(jí)效率多變效率 hpol 級(jí)中氣體壓力由p0升高到p0 所需的多變壓縮功與實(shí)際總耗功之比等熵效率 hs 級(jí)中氣體壓力由p0升高到p0 所需的等熵壓縮功與實(shí)際總耗功之比等溫效率 ht 級(jí)中氣體壓力由p0升高到p0 所需的等溫壓縮功與實(shí)際總耗功之比 95 多變能量頭系數(shù)指多變能量頭與圓周速度的平方之比ypol 1 bl bdf j2uhpol多變能量頭與葉輪的周速系數(shù) 多變效率 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 96 比較效率高低時(shí)應(yīng)注意 效率與所指的通流部件的進(jìn)出口有關(guān)效率與特定的氣體壓縮熱力過程有關(guān)效率與運(yùn)行工況點(diǎn)有關(guān) 通常指的是設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的最佳效率通常較多使用的是級(jí)的多變效率 由實(shí)驗(yàn)獲得 97 對(duì)于具有閉式后彎型葉輪 無葉擴(kuò)壓器的級(jí) 多變效率為0 025 b2 D2 0 065hpol 0 70 0 80小流量或末幾級(jí) b2 D20 065hpol 0 65 0 75 98 多級(jí)離心壓縮機(jī)的功率和效率多級(jí)離心壓縮機(jī)的內(nèi)功率多級(jí)離心壓縮機(jī)的內(nèi)功率 Ni 可表示為諸級(jí)總功率之和多級(jí)離心壓縮機(jī)的效率多級(jí)離心壓縮機(jī)的效率通常指內(nèi)效率 而內(nèi)效率是各級(jí)效率的平均值 對(duì)于帶有中間冷卻的機(jī)器有時(shí)還用等溫效率 99 機(jī)械損失 機(jī)械效率和軸功率機(jī)械損失 指不是在壓縮機(jī)通流部件內(nèi) 而是在軸承 密封 聯(lián)軸器以及齒輪箱中所引起的機(jī)械摩擦損失軸功率 Nz 原動(dòng)機(jī)所傳給壓縮機(jī)軸端的功率機(jī)械效率 hm 多級(jí)離心壓縮機(jī)的內(nèi)功率與軸功率之比 100 機(jī)械效率的選取Ni 2000kWhm 97 98 Ni 1000 2000kWhm 96 97 Ni 1000kWhm 96 101 原動(dòng)機(jī)的輸出功率壓縮機(jī)的軸功率為選取原動(dòng)機(jī)提供了依據(jù) 考慮到以上軸功率的計(jì)算是按設(shè)計(jì)工況進(jìn)行的 當(dāng)運(yùn)行中流量增大時(shí) 往往所需的軸功率有所增加 并考慮到機(jī)器的安全耐用 原動(dòng)機(jī)不應(yīng)在額定功率下長期使用 故所選取原動(dòng)機(jī)的額定功率一般為Ne 1 3Nz 102 三元葉輪的應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)對(duì)離心壓縮機(jī)的要求能進(jìn)一步增大流量提高效率盡可能的提高單級(jí)壓力比具有較寬的便工況范圍 103 流量增大葉輪出口的相對(duì)寬度b2 D2將超過0 065達(dá)到0 1甚至更大 致使葉輪中的氣流參數(shù)原來的不均勻性更加顯著 導(dǎo)致更大的損失 葉片只彎不扭的常規(guī)葉輪結(jié)構(gòu)已經(jīng)不適用 必須按三元流動(dòng)理論設(shè)計(jì)出既彎又扭的三元葉輪 104 三元葉輪才能適應(yīng)氣流參數(shù) 如速度 壓力等 在葉道各個(gè)空間點(diǎn)上的不同 并使其既能滿足大流量 高的級(jí)壓力比 又具有高的效率和較寬的變工況范圍 105 106 107 108 4 2性能 調(diào)節(jié)與控制 p95 離心壓縮機(jī)的性能性能曲線 最佳工況點(diǎn)與穩(wěn)定工作范圍性能曲線 特性曲線 109 離心壓縮機(jī)的工作特性可簡要表示為 在一定轉(zhuǎn)速和進(jìn)口條件下的壓力比e 或出口壓力 與流量 效率與流量的性能曲線壓縮機(jī)性能曲線的形狀是由機(jī)器內(nèi)部氣體流動(dòng)的規(guī)律決定的 難以用公式計(jì)算出 一般由實(shí)驗(yàn)得到 110 111 112 113 最佳工況點(diǎn)通常將曲線上的效率最高點(diǎn)成為最佳工況點(diǎn)從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā) 要求選用機(jī)器時(shí) 盡量使機(jī)器運(yùn)行工況在最佳工況點(diǎn)上或盡量靠近最佳工況點(diǎn) 以減少能量的消耗與浪費(fèi) 114 穩(wěn)定工作范圍壓縮機(jī)性能曲線的左邊受到喘振工況的限制 右邊受到堵塞工況的限制 在兩個(gè)工況之間的區(qū)域稱為壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍離心壓縮機(jī)變工況穩(wěn)定工作范圍越寬越好 115 壓縮機(jī)的喘振與堵塞壓縮機(jī)喘振的機(jī)理旋轉(zhuǎn)脫離當(dāng)壓縮機(jī)流量減少至某一值時(shí) 葉道進(jìn)口正沖角很大 致使葉片非工作面上的氣流邊界層嚴(yán)重分離 并沿葉道擴(kuò)張開來 但由于個(gè)葉片制造與安裝不盡相同 又由于來流的不均勻性 使氣流脫 116 離往往在一個(gè)或幾個(gè)葉片上首先發(fā)生 造成葉道有效通道面積大大減小 從而使原來要流過該葉道的氣流相當(dāng)多地流向相鄰的兩個(gè)葉道 促使與轉(zhuǎn)向相反方向的葉道相繼發(fā)生嚴(yán)重脫離 依次類推 造成脫離區(qū)朝葉輪旋轉(zhuǎn)的反方向以w 轉(zhuǎn)動(dòng) 由實(shí)驗(yàn)可知w w 故從絕對(duì)坐標(biāo)系觀察脫離區(qū)與葉輪同向旋轉(zhuǎn) 117 118 旋轉(zhuǎn)脫離區(qū)有時(shí)可能同時(shí)在某幾個(gè)葉道中出現(xiàn) 形成數(shù)個(gè)脫離團(tuán) 葉片擴(kuò)壓器中同樣存在旋轉(zhuǎn)脫離 而且旋轉(zhuǎn)脫離往往是首先在葉片擴(kuò)壓器中出現(xiàn) 119 旋轉(zhuǎn)脫離使氣流產(chǎn)生流速 壓力等參數(shù)的周向脈動(dòng) 氣脈動(dòng)幅值小 頻率高 對(duì)葉片產(chǎn)生周期性的交變作用力 若該交變作用力的頻率與葉片的固有頻率相近 有可能造成葉片共振遭到破壞 120 壓縮機(jī)的喘振當(dāng)壓縮機(jī)的流量進(jìn)一步減小時(shí) 葉道中的若干脫離團(tuán)會(huì)聯(lián)在一起成為大的脫離團(tuán) 占據(jù)大部分葉道 這時(shí)氣流受到嚴(yán)重阻塞 致使壓縮機(jī)性能曲線中斷與突降 葉輪雖仍然旋轉(zhuǎn)對(duì)氣流做功 但已不能提高氣體的壓力 于是壓縮機(jī)出口壓力顯著下降 由于管網(wǎng)的壓力不可能很快下降 于是 121 其壓力會(huì)大于壓縮機(jī)出口壓力 使氣流倒流進(jìn)壓縮機(jī)內(nèi) 并使氣體沖出壓縮機(jī)的進(jìn)口 直到管網(wǎng)中的壓力下降至壓縮機(jī)出口壓力 這時(shí)倒流停止 氣流又在旋轉(zhuǎn)葉輪的作用下正向流動(dòng) 提高壓力 并向管網(wǎng)供氣 隨之壓縮機(jī)流量又增大 如此反復(fù)正流 倒流 使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生周期性的低頻大振幅的周向氣流振蕩現(xiàn)象 122 實(shí)驗(yàn)表明 管網(wǎng)容積越大 喘振頻率越低 而振幅越大 反之亦然旋轉(zhuǎn)脫離是喘振的前奏 而喘振是旋轉(zhuǎn)脫離進(jìn)一步惡化的結(jié)果 發(fā)生喘振的內(nèi)在因素是葉道中充滿了氣流的脫離 外在條件與管網(wǎng)的容積和管網(wǎng)的特性曲線有關(guān) 123 喘振的危害喘振造成的后果是很嚴(yán)重的 它不僅是壓縮機(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)烈地振動(dòng) 致使機(jī)器的軸承 密封遭到破壞 甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子和固定部件的碰撞 造成機(jī)器的破壞 喘振還會(huì)造成管網(wǎng)的破壞 124 防止喘振的措施一旦發(fā)生喘振 應(yīng)立即采取措施消除或停機(jī)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)所處的位置降低運(yùn)行轉(zhuǎn)速 可使流量減小而不至于進(jìn)入喘振狀態(tài) 但出口壓力隨之降低 125 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 是流量減小時(shí)的進(jìn)氣沖角不至于太大 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)中必須減少流量時(shí) 讓壓縮機(jī)出口多余的氣體放空 或經(jīng)降壓后仍回到進(jìn)氣管 126 在壓縮機(jī)進(jìn)口安裝溫度 流量監(jiān)測(cè)儀表 出口安裝壓力監(jiān)視儀表 一旦出現(xiàn)異常或喘振及時(shí)報(bào)警 最好還能與防喘振控制操作聯(lián)動(dòng)或與緊急停車聯(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)注意及其所在工況位置 熟悉各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的操作 盡量使機(jī)器不致進(jìn)入喘振狀態(tài) 127 壓縮機(jī)的堵塞工況當(dāng)流量不斷增大時(shí) 氣流產(chǎn)生較大的負(fù)沖角 使葉片工作面上發(fā)生分離 當(dāng)流量達(dá)到最大值時(shí) 葉輪做的功全變?yōu)槟芰繐p失 壓力不再升高 甚至可能是葉道中的流動(dòng)變?yōu)槭諗啃再|(zhì) 或者流道最小截面處出現(xiàn)了聲速 這時(shí)壓縮機(jī)達(dá)到堵塞工況 128 如果壓縮機(jī)達(dá)到堵塞工況 則其氣流壓力得不到提高 流量也不可能再增大了 故壓縮機(jī)性能曲線的右邊受到堵塞工況的限制 129 級(jí)與多級(jí)壓縮機(jī)的性能曲線形狀基本一樣 但由于受逐級(jí)氣流密度變化的影響 級(jí)數(shù)愈多 壓縮機(jī)性能曲線愈陡 喘振流量愈大 堵塞流量愈小 其穩(wěn)定工作范圍就愈窄 就壓縮機(jī)的性能好壞而言 其最佳效率愈高 效率曲線愈平坦 穩(wěn)定工作范圍愈寬 性能愈好 130 壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作管網(wǎng)特性曲線 131 壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作 132 133 平衡工況的穩(wěn)定性 134 壓縮機(jī)的串聯(lián)與并聯(lián)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 135 并聯(lián)不當(dāng) 136 壓縮機(jī)的各種調(diào)節(jié)方法及其特點(diǎn)在實(shí)際運(yùn)行中 為了滿足用戶對(duì)輸送氣流的流量或壓力增減的需要 就必須設(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) 137 壓縮機(jī)出口節(jié)流調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)出口管道中的節(jié)流閥門開度是一種最簡單的調(diào)節(jié)方法特點(diǎn)不改變壓縮機(jī)的特性曲線 僅改變管網(wǎng)阻力特性曲線減小閥門開度 可減小流量 反之亦然 138 閥門關(guān)小 使管網(wǎng)阻力增大 其壓力損失主要消耗在閥門引起的附加局部損失上 使整個(gè)系統(tǒng)的效率有所下降此法簡單易行 操作方便 139 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一種簡便且可節(jié)省功率的調(diào)節(jié)方法改變進(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的目的 140 特點(diǎn)由于進(jìn)氣節(jié)流可使壓縮機(jī)進(jìn)氣的壓力減小 密度相應(yīng)地減小 從而使理論能量頭 漏氣系數(shù)和輪阻系數(shù)都有所減少 結(jié)果使功耗有所減小可使壓縮機(jī)的性能曲線向小流量方向移動(dòng) 因而能在更小流量下穩(wěn)定地工作 而不致發(fā)生喘振 141 節(jié)流阻力帶來一定的壓力損失并使排氣壓力降低為使壓縮機(jī)進(jìn)口流場均勻 要求閥門與壓縮機(jī)進(jìn)口之間設(shè)有足夠長的平直管道進(jìn)氣節(jié)流是一種廣泛采用的調(diào)節(jié)方法 142 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)在葉輪之前設(shè)置進(jìn)口導(dǎo)葉 并用專門機(jī)構(gòu)使各個(gè)葉片繞自身的軸轉(zhuǎn)動(dòng) 從而改變導(dǎo)向葉片的角度 可使葉輪進(jìn)口氣流產(chǎn)生預(yù)旋 143 若要使氣流預(yù)旋與葉輪旋轉(zhuǎn)方向一致 則c1u 0 稱為正預(yù)旋 反之 c1u 0 稱為負(fù)預(yù)旋 理論能量頭隨正預(yù)旋而減小 隨負(fù)預(yù)旋而增大 且與葉輪直徑比的平方有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 負(fù)預(yù)旋角增大時(shí) 壓縮機(jī)性能曲線向右上方移動(dòng) 但其效率曲線變化不大 144 進(jìn)氣預(yù)旋調(diào)節(jié)比進(jìn)口出口節(jié)流調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性好 但可轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉的機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜 故在離心壓縮機(jī)中實(shí)際采用得不多 而在軸流壓縮機(jī)中廣泛采用 145 采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié)具有葉片擴(kuò)壓器的離心壓縮機(jī) 其性能曲線較陡 且當(dāng)流量減小時(shí) 往往首先在葉片擴(kuò)壓器出現(xiàn)嚴(yán)重分離導(dǎo)致喘振 但如能改變擴(kuò)壓器葉片的進(jìn)口角以適應(yīng)來流角 則可避免上述缺點(diǎn) 從而擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍 146 147 減小葉片的進(jìn)口角可使性能曲線向小流量區(qū)大幅平移 使喘振流量大為減小 而同時(shí)壓力和效率變化很小這種調(diào)節(jié)方式能很好地滿足流量調(diào)節(jié)的要求 但改變出口壓力的作用很小 這種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜因而較少采用 148 改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)如原動(dòng)機(jī)可改變轉(zhuǎn)速 則調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法可改變壓縮機(jī)性能曲線的位置 轉(zhuǎn)速減小性能曲線向左下方移動(dòng)可以按用戶要求 在出口壓力不變的條件下改變流量也可以按用戶要求 在流量不變的條件下改變出口壓力 149 150 151 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)其壓力和流量的變化都較大 從而可顯著擴(kuò)大穩(wěn)定工況區(qū) 且并不引起其他附加損失 亦不附加其他結(jié)構(gòu) 因此是一種經(jīng)濟(jì)簡便的方法切割葉輪外徑與減小轉(zhuǎn)速有大體相同的性能曲線變化 但它是不可逆的 在不得已時(shí)采用 152 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)比較進(jìn)口節(jié)流 進(jìn)氣預(yù)旋和改變轉(zhuǎn)速的經(jīng)濟(jì)性改變轉(zhuǎn)速經(jīng)濟(jì)性最佳進(jìn)氣預(yù)旋經(jīng)濟(jì)性次之 153 目前大型離心壓縮機(jī)大都用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng) 它可無級(jí)變速 對(duì)性能調(diào)節(jié)十分有利如有可能 也可以同時(shí)采用兩種調(diào)節(jié)方法 以取長補(bǔ)短 調(diào)節(jié)效果更佳 下圖為同時(shí)采用改變轉(zhuǎn)速與改變擴(kuò)壓器角度聯(lián)合調(diào)節(jié)的性能曲線變化情況 154 155 附屬系統(tǒng)輸送氣體的管網(wǎng)系統(tǒng)增 減 速設(shè)備油路系統(tǒng)包括潤滑 密封油路系統(tǒng) 156 157 水路系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) 158 壓縮機(jī)的控制用于調(diào)節(jié)或穩(wěn)定操作自動(dòng)控制系統(tǒng)用于機(jī)器的啟動(dòng) 停車 原動(dòng)機(jī)的變轉(zhuǎn)速 壓縮機(jī)工況點(diǎn)保持穩(wěn)定或變工況調(diào)節(jié) 以使壓縮機(jī)盡量處于最佳工作狀態(tài) 159 用于保證機(jī)器安全自動(dòng)控制系統(tǒng)還與各檢測(cè)系統(tǒng)和在線實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)連鎖控制 實(shí)現(xiàn)緊急 快速 自動(dòng)停車 以確保機(jī)器的安全 160 4 3安全可靠性 離心壓縮機(jī)屬于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械 涉及到 部件的強(qiáng)度部件的剛度轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)振動(dòng)學(xué) 161 葉輪強(qiáng)度由于離心葉輪高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的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 162 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速若轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度與轉(zhuǎn)子彎曲振動(dòng)的固有圓周頻率相重合 則轉(zhuǎn)子發(fā)生的強(qiáng)烈共振會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的破壞 此時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 一旦轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速 則轉(zhuǎn)子運(yùn)行平穩(wěn) 163 為了確保機(jī)器的安全運(yùn)轉(zhuǎn) 要求轉(zhuǎn)子的工作轉(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n 0 75nc1對(duì)于柔性轉(zhuǎn)子1 3nc1 n 0 7nc2 164 軸向推力的平衡轉(zhuǎn)子承受的軸向力流體作用在葉輪上的軸向力由兩部分組成 由葉輪兩側(cè)的流體壓力不相等引起由流經(jīng)葉輪的流體軸向分動(dòng)量的變化產(chǎn)生 165 166 流體作用在各個(gè)葉輪上的軸向力之和就是轉(zhuǎn)子承受的軸向推力 為防止轉(zhuǎn)子在軸向推力的作用下軸向移動(dòng) 要安裝推力軸承 如果軸向力過大 必須設(shè)法把大部分軸向力平衡掉 以保證推力軸承工作的可靠性 167 168 軸向推力的幾種平衡措施葉輪對(duì)排葉輪順排不能抵消軸向力葉輪對(duì)排可以抵消大部分軸向力對(duì)排對(duì)高壓壓縮機(jī)更為適用 但轉(zhuǎn)子的軸向尺寸有所增加 會(huì)降低轉(zhuǎn)子的1階臨界轉(zhuǎn)速 169 170 葉輪背面加筋在輪盤背面加幾條徑向筋片 相當(dāng)于增加一個(gè)半開式葉輪 以降低靠內(nèi)徑處的壓力 故可使葉輪的軸向力有所減少 見圖 這種措施對(duì)流體密度大的高壓壓縮機(jī)減小葉輪軸向力十分有效 171 172 采用平衡盤 平衡活塞 在末級(jí)葉輪之后的軸上安裝一個(gè)平衡盤 見圖 并使平衡盤的另一側(cè)與吸氣管相通 靠近平衡盤端面安裝迷宮密封 這樣可以使轉(zhuǎn)子上的軸向力大部分被平衡掉上述三種措施中 采用最多的是平衡盤 173 174 抑制軸承 自學(xué) 軸端密封為防止軸端尤其是與原動(dòng)機(jī)連接端 軸與固定件之間間隙中的氣體向外泄漏 需要專門設(shè)置軸端密封 175 對(duì)于高壓氣體 貴重氣體 易燃易爆氣體和有毒氣體等更應(yīng)嚴(yán)防漏氣迷宮密封可以作為軸端密封使用 但只能用于允許有少量氣體泄漏的機(jī)器中 對(duì)于嚴(yán)防軸端氣體泄漏的情況 迷宮密封只能作為輔助密封 176 機(jī)械密封機(jī)械密封又稱端面接觸式密封特點(diǎn)線速度可達(dá)70m s 且使用壽命長 端面接觸式密封可達(dá)三年 177 178 液膜密封液膜密封是在密封間隙中沖注帶壓液體 以阻滯被封介質(zhì)泄漏 由于它將固體間的摩擦轉(zhuǎn)化為液體摩擦 故又稱為非接觸式密封 又由于密封間隙中還設(shè)置了可以浮動(dòng)的環(huán)以減小密封間隙 從而減小帶壓液體的用量 故又稱為浮環(huán)密封 179 180 在正常工作情況下 浮動(dòng)環(huán)與軸不會(huì)發(fā)生接觸摩擦 故運(yùn)行平穩(wěn)安全 使用壽命長 并特別適合于大壓差 高轉(zhuǎn)速的場合在離心壓縮機(jī)等高速葉輪機(jī)械中 這種液膜浮動(dòng)環(huán)密封裝置得到了廣泛的應(yīng)用 181 干氣密封干氣密封始用于上世紀(jì)90年代 是一種新型軸端密封 其結(jié)構(gòu)與機(jī)械密封相似 但有一個(gè)端面開有槽 工作時(shí)兩端面在氣壓的作用下自動(dòng)分開 并保持一定的動(dòng)態(tài)間隙 故也屬于非接觸式密封 182 與液膜密封不同 干氣密封采用氣膜密封 這樣既節(jié)省了密封油系統(tǒng) 從而節(jié)省了占地 維護(hù)和能耗 又使工作介質(zhì)不被油污染 特點(diǎn)干氣密封結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 泄漏量甚微 省去了密封油系統(tǒng) 183 但它們對(duì)密封氣的要求較高 如果密封氣不潔凈 帶有油滴或顆粒 都會(huì)使干氣密封失效或者損壞目前國內(nèi)使用的干氣密封最高壓力可達(dá)30MPa 壽命可達(dá)8年 184 離心壓縮機(jī)機(jī)械故障診斷 自學(xué) 185 4 4透平壓縮機(jī)選型 p125 選型的基本原則提出產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)性能指標(biāo)流量指質(zhì)量流量或容積流量 進(jìn)口容積流量須注明進(jìn)口氣體狀態(tài) 186 標(biāo)準(zhǔn)容積流量是指在氣體壓力為101 325kPa 溫度為0 C狀態(tài)下的容積流量壓力比壓縮機(jī)出口法蘭處的壓力與進(jìn)口法蘭處的壓力之比效率 應(yīng)指明效率的定義和要求的數(shù)值功率 可指出具體數(shù)值或計(jì)算 187 提出變工況穩(wěn)定工作的適用范圍 說明其定義 也可以再提出大流量和小流量各占的比例明確經(jīng)常運(yùn)行的工況點(diǎn)離心壓縮機(jī)是僅按一個(gè)工況點(diǎn)的性能參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造的 該工況點(diǎn)一般是最佳工況點(diǎn)即最高效率點(diǎn) 188 如果擔(dān)心壓力比和流量達(dá)不到性能參數(shù)所規(guī)定的要求 可適當(dāng)增加一個(gè)余量 流量多加1 5 流量大 壓力比小的壓縮機(jī)選取小的數(shù)值 反之 取大值進(jìn)出口壓力升多加2 6 壓力升較大的選取小的數(shù)值 反之 選取大的數(shù)值 189 安全指標(biāo)材料強(qiáng)度允許的動(dòng)不平衡殘量1 2階臨界轉(zhuǎn)速主要零部件的裝配尺寸及其公差機(jī)器運(yùn)行的振動(dòng)值機(jī)器允許的振動(dòng)值是主要的安全指標(biāo) 190 提出產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)品價(jià)格離心壓縮機(jī)的價(jià)格十分昂貴 合理的價(jià)格是重要的考慮因素 但產(chǎn)品的質(zhì)量 滿足使用工況要求的程度 效率 安全可靠性 壽命 尤為重要 要統(tǒng)籌兼顧離心壓縮機(jī)的質(zhì)量與價(jià)格 191 供貨時(shí)間離心壓縮機(jī)多為單臺(tái)或小批量生產(chǎn) 生產(chǎn)廠商往往不能在短時(shí)間內(nèi)立刻供貨 可根據(jù)工廠建設(shè)速度決定供貨時(shí)間 推遲交貨會(huì)影響開工生產(chǎn)日期 提早交貨 貨到后不能及時(shí)啟用 會(huì)浪費(fèi)保修期 造成不必要的損失 192 使用壽命使用壽命的提出取決于壓縮機(jī)的更新?lián)Q代周期和所處的工藝流程的有效期選擇適當(dāng)?shù)膲勖鼤?huì)更經(jīng)濟(jì)合算 因此 使用壽命不必要求過長 否則機(jī)器的價(jià)格就會(huì)抬高 193 選用性能調(diào)節(jié)方式在實(shí)際生產(chǎn)過程中往往會(huì)由于生產(chǎn)上的工藝要求 需要改變壓縮機(jī)的近氣流量和排氣壓力 這就需要調(diào)節(jié)壓縮機(jī)以改變運(yùn)行工況點(diǎn)當(dāng)生產(chǎn)工藝要求窄的變工況范圍時(shí) 可采用閥門調(diào)節(jié) 訂貨時(shí)不提調(diào)節(jié)方式的要求 194 當(dāng)生產(chǎn)工藝要求寬的變工況范圍時(shí) 可選用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)或進(jìn)氣導(dǎo)葉調(diào)節(jié)等調(diào)節(jié)方式 相應(yīng)地要求原動(dòng)機(jī)可變轉(zhuǎn)速 或者增加進(jìn)氣導(dǎo)葉可調(diào)輔助裝置等 在選型訂貨時(shí)也要予以確定 195 提出必須配備的設(shè)備儀表在選型訂貨時(shí)必須確定附屬系統(tǒng)的供貨范圍 如冷卻器 油站 測(cè)量儀器和控制系統(tǒng)等 需要制造廠家提供的 在訂貨時(shí)一定要提出來 196 其他事項(xiàng)由于壓縮機(jī)往往是單臺(tái)或小批量生產(chǎn) 用戶可提出各種具體的要求 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向進(jìn)排氣管的方位機(jī)器的高度隨機(jī)備件 專用工具及其數(shù)量 197 選型分類按氣體流量與壓力選型各類壓縮機(jī)的流量與壓力適用范圍容積式壓縮機(jī)適用于小流量 其中活塞壓縮機(jī)的排氣壓力很高透平式壓縮機(jī)適用于大流量 其中離心壓縮機(jī)的排氣壓力較高 198 199 按流量選型流量的大小是與機(jī)器類型和結(jié)構(gòu)的相對(duì)尺寸有關(guān)的相對(duì)概念較小流量選用窄葉輪的離心壓縮機(jī) 如果流量再小 選用容積式在流量約為50 5 103m3 min選用離心壓縮機(jī)比較合適較大流量的壓縮機(jī)或級(jí) 可選用雙面進(jìn)氣的葉輪 200 若流量更大 約在1 20 103m3 min 而排氣壓力不高 約1MPa或壓力比約在10以下 可選用軸流式壓縮機(jī)按壓力選型按排氣壓力的大小選型 相對(duì)于進(jìn)口為一個(gè)大氣壓的空氣而言 選用 壓縮機(jī)排氣壓力在0 2MPa以上 201 鼓風(fēng)機(jī)排氣壓力在0 115 0 2MPa通風(fēng)機(jī)排氣壓力在0 115MPa以下 表壓在1500mmH2O以下 鼓風(fēng)機(jī) 通風(fēng)機(jī)大多為離心式的 少部分為軸流式的 其工作原理 結(jié)構(gòu)形式等與壓縮機(jī)類同 不作專門介紹 202 軸流式與離心式壓縮機(jī)的性能比較軸流式壓縮機(jī)適用于更大的流量葉輪進(jìn)口流通面積較大 流速也比較大軸流式的級(jí)壓力比較低其級(jí)中獲得的能量比較少 故有效壓縮功小 即壓力比較低 203 軸流壓縮機(jī)的效率高氣流流經(jīng)軸流級(jí)動(dòng)葉柵的流線彎曲小 路程短 另外葉片為流線型機(jī)翼葉片 流動(dòng)損失較小軸流壓縮機(jī)的變工況特性較差氣流流量的增減對(duì)內(nèi)部正負(fù)沖角的增大影響較大 使級(jí)壓力比變化較劇 性能曲線較陡 效率曲線左右下降得較厲害 適應(yīng)性差 204 205 軸流式壓縮機(jī)適用于流量大 壓力比不太高的場合 其效率很高 可達(dá)90 節(jié)能顯著 因此 近期也在我國民用工業(yè)如發(fā)電 冶金 煉油 化工等領(lǐng)域中被選用 206 按工作介質(zhì)選型按輕氣體與重氣體選型由于壓縮功與氣體常數(shù)R成正比 而R與氣體的相對(duì)分子量成反比 故壓縮較輕氣體所消耗的有效壓縮功較大 因而選用的壓縮機(jī)級(jí)數(shù)會(huì)比較多 因此必須選用葉輪材質(zhì)優(yōu)良圓周速度較高 葉片出口角較大 葉片數(shù)較多的葉輪 提高壓力比以降低級(jí)數(shù) 207 而壓縮重氣體所需的壓縮功就小 則可選用較少的級(jí)數(shù) 甚至選用單級(jí)離心壓縮機(jī)在選型或設(shè)計(jì)時(shí) 不應(yīng)使圓周速度過大 圓周速度越大 馬赫數(shù)就越大 效率越低 變工況范圍越小 208 按工作介質(zhì)的性質(zhì)和排氣壓力選型如果工作介質(zhì)有毒 易燃 易爆 貴重 并且排氣壓力很高 則應(yīng)選用密封性能很好的壓縮機(jī) 允許的泄漏量極小 甚至不允許泄漏另外 為了安全起見 對(duì)溫度的提高要有所限制 可選用帶有中間冷卻器的壓縮機(jī) 209 按氣固 氣液兩相介質(zhì)選型若氣體中含有固體顆?；蛞旱?應(yīng)根據(jù)氣體中所含固體顆粒或液滴的濃度 大小等參數(shù) 要求壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)制造單位 按兩相流理論進(jìn)行設(shè)計(jì) 而通流部件特別是葉輪 葉片應(yīng)選用耐磨損 耐銹蝕的材料或進(jìn)行表面噴涂硬質(zhì)合金等特殊的表面處理 210 按機(jī)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選型單級(jí)離心壓縮機(jī)若被輸送氣體的相對(duì)分子量大或者要求的壓力比不高 則應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡單的單級(jí)壓縮機(jī)為了提高單級(jí)離心壓縮機(jī)的壓力比 可選用半開式徑向型葉片的葉輪 211 多級(jí)多軸結(jié)構(gòu)由于多級(jí)離心壓縮機(jī)逐級(jí)容積流量不斷減小 而一個(gè)轉(zhuǎn)子或直線式串聯(lián)的多個(gè)轉(zhuǎn)子上的葉輪轉(zhuǎn)速都相同 難以滿足性能好 效率高的要求可采用多軸結(jié)構(gòu) 利用轉(zhuǎn)速不同來滿足各級(jí)出口相對(duì)寬度的要求 212 213 多缸串聯(lián)機(jī)組若要求的壓力比很高或輸送的氣體很輕即使壓力比不大 但功耗卻很大時(shí) 需要選用兩缸或多缸壓縮機(jī)串聯(lián)的機(jī)組 214 氣缸結(jié)構(gòu)上 下中分型氣缸一般多級(jí)離心壓縮機(jī)多選用上 下中分型的氣缸 并將進(jìn)氣管和排氣管與下半缸相連 便于拆裝豎直剖分型該型式多用于葉輪安裝在軸端的單級(jí)壓縮機(jī) 多級(jí)壓縮機(jī)很少采用 215 高壓筒型氣缸該機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是外氣缸有鍛造厚壁圓筒與端蓋構(gòu)成 因裝配需要還有內(nèi)氣缸 不分段無中間冷卻器 軸端有嚴(yán)防漏氣的特殊密封 216 217 葉輪結(jié)構(gòu)與排列一般采用閉式葉片后彎式葉輪 因?yàn)樗阅芎?效率高為了提高單級(jí)壓力比 使結(jié)構(gòu)簡單緊湊 可選用半開式徑向直葉片的葉輪 其前面加上一個(gè)沿徑向葉片扭曲的導(dǎo)風(fēng)輪 減小氣體的沖擊損失 218 為適應(yīng)較大的流量 可選用具有葉片扭曲的三元葉輪 以改善性能提高效率為了提高葉片的做功能力 同時(shí)又可減少葉片進(jìn)口區(qū)的葉片堵塞 可選用長 短葉片相間排列結(jié)構(gòu)的葉輪 以增加葉片數(shù)多級(jí)壓縮機(jī)的葉輪可以順向排列 也可以對(duì)向排列 選用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況確定 219 擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)一般多級(jí)離心壓縮機(jī)多選用無葉擴(kuò)壓器有的單級(jí)或個(gè)別多級(jí)離心壓縮機(jī)選用有葉擴(kuò)壓器或葉片可調(diào)的有葉擴(kuò)壓器軸流離心混合型壓縮機(jī)前面的各級(jí)采用軸流式葉輪 最后幾級(jí)采用離心式葉輪 220 原動(dòng)機(jī)選型選用高速 變速的工業(yè)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)選用交流電動(dòng)機(jī)選用可變轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)變頻交流電動(dòng)機(jī) 221 選型方法可根據(jù)已知輸送氣體 流量 進(jìn) 出口壓力 溫度等條件和要求直接查找生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄來選型 222 根據(jù)已知條件和要求 進(jìn)行初步的方案計(jì)算 以選擇合適的機(jī)器 型式 結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)等 并與制造廠商商討選型提出已知條件和要求 委托制造廠利用現(xiàn)成的軟件進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化選型與性能預(yù)測(cè) 使選型的機(jī)器效果最佳 223