泵与压缩机-离心式压缩机

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1、泵与压缩机主讲:冯进长江大学机械工程学院§2离心压缩机离心式压缩机是属于速度式透平压缩机的一种。在早期，离心压缩机只适用于低、中压力和大气量的场合。近十几年来，在离心压缩机在设计、制造方面，不断采用新技术、新结构和新工艺，使其工作性能和可靠性不断提高，离心压缩机被用来压缩和输送各种石油化工生产过程中的气体，应用范围有了很大提高，在石油天然气输送中也越来越多的被采用。§2.1离心压缩机的主要部件及基本工作原理一、离心式压缩机的主要部件离心式压缩机的零件，可以归结为两类，即转动件和不转动件。通常将转动的零件称为转子，不转动的零件称为定子。1.转子部件离心式压缩机

2、中属于转子部件的零件有：主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等，各零件通过热装法与轴联成整体。(1)叶轮叶轮是离心压缩机中唯一的作功部件。由于叶轮对气体作功，增加了气体的能量，因此气体流出叶轮时的压力和速度都有明显增加。(2)主轴主轴的作用是支撑旋转零件和传递扭矩。(3)平衡盘平衡大部分或全部轴向力。(4)推力盘经平衡盘平衡后的剩余轴向力，通过推力盘传递止推轴承，实现轴向力的完全平衡。(5)联轴器通过联轴器，将原动机的动力传给压缩机。2.定子部件离心压缩机的定子部件有：机壳、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗壳、密封、轴承等。(1)扩压器扩压器的流通截面逐渐扩大

3、，将速度能有效的转变为压力能，是离心压缩机中的转能装置。(2)弯道弯道是设置于扩压器后的气流通道，其作用是将扩压后的气体由离心方向改变为向心方向，以便引入下一级叶轮去继续进行压缩。(3)回流器回流器的作用是使气流以一定方向均匀地进入下一级叶轮入口。在回流器中一般都装有隔板和导向叶片。(4)吸气室吸气室其作用是将进气管(或中间冷却器出口)中的气体均匀地导入叶轮。(5)蜗壳蜗壳其主要作用是将从扩压器(或直接从叶轮)出来的气体收集起来，并引出机器。二、基本工作过程气体由吸气室吸入，通过叶轮对气体作功后，使气体的压力、速度、温度都得到提高，然后再进入扩压器，将气体的

4、速度能转变为压力能。当通过一个叶轮对气体作功、扩压后不能满足输送要求时，就必须把气体引入下一级继续进行压缩。为此，在扩压器后设置了弯道、回流器，使气体由离心方向变为向心方向、均匀地进入下一级叶轮进口，继续获得能量。气体流过了一个“级”，再继续进入第二、第三级压缩后，经蜗壳及排出管被引出至中间冷却器。冷却后的气体再经吸气室进入第四级及以后各级继续压缩，最后由排出管输出。由于气体在压缩过程中温度不断升高，在高温下压缩气体，使消耗的动力增加。为了降低动力消耗，需要在气体温度达到某一值后，对气体进行冷却。因此，在压缩过程中采用了中间冷却器。三、离心压缩机的特点与其它

5、型式的压缩机相比，离心压缩机有以下特点：(1)排量大如某油田输气离心压缩机的排气量为510m3／min，年产30万吨合成氨厂中合成气压缩机的排气量达2000～3000m3／h。目前在产量大于600吨／日的合成氨厂中主要的工艺用压缩机几乎都采用了离心压缩机。(2)结构紧凑占地面积及重量都比同一气量的活塞式压缩机小得多。(3)运转可靠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。(4)输送的气体不与机器润滑系统的油接触。(5)转速较高适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可充分利用大型石油化工厂的热能，节约能源。(6)还

6、不适用于气量太小及压力比过高的场合。(7)一般比活塞式压缩机的效率低。(8)离心压缩机的稳定工况区较窄。§2.2气体在级中流动的概念及基本方程气体在离心压缩机级中气体的流动实际上是属于三元非定常流动，而且气体又有粘性和可压缩性，因此气体在级中的流动是很复杂的。所以，在工程上往往作一些假设，将复杂的三元非定常流动简化为一元定常流动进行分析，认为流道中同一截面上各点的气流参数是相同的，而且在保持稳定工作条件下，气流参数不随时间而变。一、欧拉方程式离心泵的欧拉方程式对离心压缩机也完全适用。离心压缩机理论能头欧拉方程式为：由叶轮叶片进、出口速度三角形，按余弦定理有：

7、因此将它们代入基本能量方程得：在设计离心压缩机时，气体沿径向进入叶轮叶道，则α1＝900，c1u=0。这时其中：根据连续性方程式，在定常流动时，通过任意截面i的气体质量流量是一定的，它与进口截面s的气体质量流量的关系为:它和体积流量的关系为:叶轮出口处气流的径向分速度c2r为：定义，称为流量系数，可写为：叶片阻塞系数τ可用下式计算：式中z为z叶片数，δ为叶片厚度为，Δ为折边宽度。二、级的总功耗和功率叶轮工作时所消耗的功用于两方面，一方面是叶轮通过叶片对叶道内的气体作功，称为叶片功LT，它就是气体获得的理论能头HT；另一方面是叶轮本身在旋转时存在轮阻损失和内漏

8、损失所消耗的功(轮阻损失功Ldf,,内漏损失功Ll)