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1、离心式压缩机,过程流体机械,机械设备,1对于多级离心压缩机，若要达到同样的压力比，压缩重气体时，所需的多变压缩功_,因而级数就_；反之，压缩轻气体时，所需的多变压缩功_，因而级数就要_。 2离心压缩机的工作特性可简要地表示为在一定转速和进口条件下的_与流量、_与流量的性能曲线。就压力比与流量的性能曲线而言，在一定转速下增大流量，压缩机的压力比将_，反之则_。 3.压缩机性能曲线的左边受到_的限制，右边受到_的限制，在这两个工况之间的区域称为压缩机的_。,内容回顾：,4.喘振机理、危害及预防措施？ 5.离心压缩机常用的调节方法？ 6.某压缩机原在图I所示的 A 点正常运转，后来由于某种原因，进气
2、管被异物堵塞而出现喘振，试借助图I分析其原因。,图I-3-3,3.3 安全可靠性,3.3.1 叶轮强度 3.3.2 转子临界转速 3.3.3 轴向推力的平衡 3.3.4 抑振轴承 3.3.5 压缩机密封 3.3.6 机械故障诊断,3.3.1 叶轮强度,由于离心叶轮高速旋转所产生的离心力及与轴过盈配合所产生的压紧力等，会使叶轮内部产生很大的应力，为保证安全运转，需要进行叶轮强度计算。 闭式叶轮由轮盘、轮盖和叶片构成，从强度观点看，轮盖可视为轮盘的一个特例。而沿周向分散的叶片，可假定为沿周向均匀分布的由特定材料制成的盘形夹层。故叶轮强度计算主要是轮盘应力计算。目前轮盘应力计算有二次法、递推一代入法
3、和有限元法。 应当指出，由于叶轮的重要作用和特殊地位，通常均选用优质的材料，考究的制造工艺和偏于安全的圆周速度uz，故叶轮的安全可靠性，一般是可以有所保证的。,3.3.2 转子临界转速,n2nc1,为了确保机器运行的安全性，要求工作转速远离第1、2阶临界转速，其校核条件是,对于刚性转子,对于柔性转子,为了防止可能出现的轴承油膜振荡，工作转速应低于二倍的第一阶临界转速，即,n0.75nc1,1.3nc1n0.7nc2,3.3.3.1转子承受的轴向推力 （1）闭式叶轮轴向推力的计算 （2）半开式叶轮轴向推力的计算,3.3.3 轴向推力的平衡,3.3.3.1 闭式叶轮轴向推力情况,3.3.3.2 半
4、开式叶轮轴向推力情况,3.3.3.2 轴向推力的平衡措施 （1）叶轮对排 （2）叶轮背面加筋 （3）采用平衡盘（也称平衡活塞）,3.3.4.1 滑动轴承的基本工作原理 3.3.4.2 几种常用的抑振轴承,3.3.4 抑振轴承,3.3.4.1 滑动轴承的基本工作原理,3.3.4.2 几种常用的抑振轴承,3.3.5 压缩机密封结构,1 压缩机中常见的密封形式 2 迷宫密封 浮环油膜密封 机械密封和干气密封,压缩机中常见的密封形式,迷宫密封,1 迷宫密封的结构形式 2 密封原理 3 迷宫密封设计及使用中应注意的问题,迷宫密封的机构形式,分整体和镶片两种结构，这种迷宫密封的结构特点是密封齿的伸出高度不
5、一样，而且高低齿相间排列，与之相配的轴表面，是特制的凹凸沟槽，这种高低齿与凹凸沟槽相配的结构，使平滑的密封间隙变成了曲折式，因此，增加了流动阻力，提高了密封效能。,常用于叶轮盖板和平衡盘处,迷宫密封的原理,当气流漏过齿缝时，因流通截面突然变小而产生加速降压的收敛膨胀过程（节流），其温度、压力降低但速度增加；,当气流从齿缝漏入两齿间空腔时，由于截面突然扩大，使气流形成很强的漩涡，从而使速度几乎消失而转化成热能，气体温度基本恢复而压力不变。,迷宫密封的特点是：必须有一定的漏气量。故不可能实现完全密封。,设计和使用中应注意的问题,浮环油膜密封,密封机理：套于轴上的圆环，其内壁与轴存在一定的间隙。轴旋
6、转时，轴表面带动密封液进入偏心的间隙内。产生流动压效应，使环浮动抬 升，环内壁 脱离轴表面 而变成非接 触状态。在 此状态下利 用周向狭长 间隙的节流 作用而达到 阻漏的目的,机械密封和干气密封,干气密封： 类似机械密封，节省油封装置， 10MPa,3.3.5.1机械故障诊断的必要性 3.3.5.2 故障诊断监测系统 3.3.5.3故障监测技术 3.3.5.4机械故障诊断方法,3.3.6 机械故障诊断,3.3.5.1机械故障诊断的必要性,所谓故障是指机器丧失工作效能的程度，但通常故障是能修复或排除。 长期以来采用的是定期预防性维修制度，即到一定时间不出故障也要停机大修，解体检查，一些部件还不到
7、使用寿命就得更换，造成维修费用很大和停产时间很长等损失。如采用机器故障诊断技术，则可改为预防性维修制度，根据故障诊断结果，确定适时的停机和局部维修，这样就大大延缓停机大修的时间，甚至不必定期停机大修，从而节省了维修费用，增加了持续生产的时间。,3.3.5.2 故障诊断监测系统,3.3.5.2 故障诊断监测系统,机器故障诊断的过程一般包括如下的主要环节 (1)机器状态参数的检测，即信号采集； (2)信号处理，提取故障特征信息； (3)确定故障的发生部位、类型和程度； (4)对确定的故障作防治处理与监控。,3.3.5.3故障监测技术,3.3.5.3 故障监测技术,a振动信号的采集应用各类测振传感器
8、检测机器振动的位移、速度和加速度，并转为电信号送入分析处理器。 b振动信号的处理它是将传感器感受到的各种激振力作用的复杂信号加工处理，提取与故障有关的特征信息，并从模拟量变化为数字量 ，然后送人数字运算电路或电子计算机进行信号分析处理，最后获得用于故障分析的数字或图形。,(1)机器振动检测技术 (2)热红外技术 (3)声发射技术 (4)噪声分析技术 (5)润滑油的光谱、铁谱分析技术,3.3.5.4机械故障诊断方法,3.3.5.4 机械故障诊断方法,机器故障诊断中除了检测状态参数和信号处理之外，更重要的是根据提取的特征信息进行故障识别与诊断，以确定故障发生的部位、类别和程度，然而这是一项相当复杂
9、与艰巨的工作。现今，故障诊断方法已有多种，如综合比较诊断法、特性变化诊断法、故障树诊断法、模糊诊断法、专家系统诊断法和神经网络诊断法等。其中，专家系统诊断法是一种智能化的计算机诊断系统，能使一般人员像专家一样识别与判断机械故障；而神经网络诊断法是一种由模仿人的大脑神经元网络结构而建立的一种非线性的动力学网络系统，可使专家更为准确地识别与判断机械故障。,3.4 选 型,3.4.1 选型的基本原则 3.4.2 选型分类 3.4.3 选型方法,3.4.1 选型的基本原则,1.提出产品应达到的技术指标 (1). 性能指标 流量、压力比、效率、功率和变工况适用范围；经常运行的工作点作为设计点，使经济性最
10、好 (2).安全指标 合理确定零部件的材料；转子动平衡允许的残留不平衡量；工作转速离开一、二阶临阶转速的数值；主要零部件的装配尺寸及其间隙；机器运行的震动值（振幅 ),2.提出产品的经济指标 (1)产品价格：质量与价格兼顾（2）供货时间(3) 使用寿命：1015年 3.选用性能调节方式 出口调节不经济，可变转速调节，经济性好、工况范围大 4. 提出必须配备的仪表 附属系统（冷却润滑）、检测系统（测压力、流量、温度、转速、振动量等，确定检测部位、选择仪器仪表）、控制系统（开、停车、防喘振、连锁紧急停车、自动调节维持高效工况点） 5. 其他事项 单台、小批量厂家可满足具体要求（转子转向、进排气位置
11、、机器高度等）,3.4.2 选型分类,3.4.2.1 按气体流量与压力选型 3.4.2.2 轴流式与离心式压缩机的性能比较 3.4.2.3按工作介质选型 3.4.2.4按机器结构特点选型 3.4.2.5原动机选型,按流量和压力选型,轴流式压缩机的工作原理,轴流式压缩机级：动叶和静叶构成。叶栅的概念,轴流式与离心式的性能比较,(1)轴流压缩机适用于更大的流量 (2)轴流式的级压力比低 (3)轴流压缩机的效率高 (4)轴流压缩机的变工况特性较差,(1) 轴流压缩机适用于更大的流量,Dt,Dh,通流面积：,进气速度,(2) 轴流式的级压力比低,在轴流级中气流方向基本平行于轴线，径向分速cr，由于动叶
12、前后的u1u2，由欧拉方程可知， 故级中获得的能量比离心式的少。因而有效压缩功小，级压力比低。一个转子上的级数有限，故它不使用于高压力比的场合。,(3) 轴流压缩机的效率高,效率高：流经动静叶栅的流线弯曲小，流程短，流动损失小；机翼型叶片，分离损失小,由于相当薄的机翼型动、静两排叶片都对来流方向十分敏感，且两排叶片靠得很近 随着流量的增减，内部正负冲角的增大，使级压力比变化剧烈，其一qv曲线很陡，一qv曲线左右都下降得厉害。故轴流式的变工况适应性较差。但若各级静叶全部可调，能具有很好的变工况适应性.,(4) 轴流压缩机的变工况特性较差,轴流离心压缩机性能曲线对比,3.4.2.3 按工作介质选型
13、,(1)按轻气体与重气体选型 (2)按工作介质的性质及排气压力是 否很高选型 (3)按气固、气液两相介质选型,压缩轻气体: 应尽可能选用优质材料以提高叶轮的u2，并选用叶片出口角较大，叶片数较多的叶轮，以尽可能的提高单级的压力比，从而减少级数。 压缩重气体: 单级离心压缩机，但应注意u2的数值不能太大，否则还将受马赫数较大的影响而使效率下降，变工况范围缩小。,(1) 按轻气体与重气体选型,(2) 按工作介质的性质及排气压力选型,如工作介质有毒、易燃、易爆、贵重和排气压力很高，则选用的机器应具有密封严密的轴端密封装置，对防介质泄漏可提出极小的允许漏量，甚至不允许有丝毫的泄漏。 另外，应对温度的提
14、高有一定的限制，这就需要选用带有中间冷却的压缩机。其压缩机如何分段，则需按对温度升高的限制程度和节省能耗综合考虑。,(3) 按气固、气液两相介质,气体中含有固体颗粒或液滴的两相介质 按两相流理论进行设计 通流部件特别是叶轮、叶片应选用耐磨损、耐锈蚀的材料或表面喷涂硬质合金等进行特殊的表面处理。,. 产品选型： 商品机型 由已知条件要求直接查找产品 目录选型，简单（单级）选型 . 厂商选型： 设计机型（技术装备储备） 由已知条件要求，方案计算、初 选型式与制造厂商议选型（大企 业常用） . 软件选型： 优化机型 已知条件要求，软件优化选型与性能预测，委托厂商设计制造 选型软件（美国、中科院、西交
15、大） 价格、成本、厂商协作等问题,3.4.3 选型方法,3.4.4 选型事例 通用空气压缩机选型事例（理想气体） 已知数据 输送空气（标准）流量 qVN 、进口压力 pin 、进口温度 tin 、出口压力 pout 出口温度 tout ；电机驱动 初选方案 压比（余量 2 6 （3-62）式） 级数（单机 1.4 1.5） 冷却型式（分段、中冷） 本例 9.4（无压力余量 9.1），选 6 级 2 段 1 中冷器 单级单 1.59 1.37（平均 1.45） 选取参数（根据设计标准、设计手册、参考资料等） 结构参数：（各段相同）转速 n ； （分段相同）叶轮直径 D2、叶轮圆周速度 u2 叶片
16、出口角2A、叶片数 Z、叶片厚度2 性能系数：流量系数2r（0.284 0.18）、 轮阻损失系数df（ 0.022 0.037） 漏气损失系数l（0.010.023） 效率参数：多变效率pol（0.78 0.75）、机械效率m（0.97） 气体参数：绝热指数 k、气体常数 R ，（标准状态）压力 pN 、温度 TN 比容比 kV2（kV2 v0 / v2 2 /0 qV0 / qV2 ）,性能计算 质量流量 qm（余量 1 5 3-60 式，标准流量换算） 叶轮出口通流系数2（3- 3 式） 理论（级）能头 Hth （3-10 式） 总能头 Htot （3-32 式） 多变能头 Hpol（导自 3-34 式） 级压比 （3-19 式或 3-31 式） 级出口压力 p0（ p0）
