过程流体机械课件,过程装备要控制工程,离心压缩机2解析

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1、过程流体机械 离心压缩机 第三章 离心压缩机 主 要 内 容 一 离心压缩机的典型结构 二 离心压缩机的工作原理 三 离心压缩机的性能、调节与控制 四 离心压缩机的可靠性 五 离心压缩机的选型 三 离心压缩机的性能、调节与控制 l离心压缩机的性能 压缩机的喘振 压缩机的堵塞工况 性能曲线 压缩机与管网联合工作 l相似理论在压缩机中的应用 l离心压缩机的调节方法及特点 主 要 内 容 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （1）压缩机的喘振工况最小流量工况 旋转脱离（以B叶道为例） i 喘振的机理 1. 离心压缩机的性能 流量减少冲角i 很大非 工作面上边界层严重分离有效 通道减小气体向两侧分流：

2、流向A叶道的冲角减小，边界层分离情况缓解； 流向C叶道的冲角增大，边界层分离情况严重 结论：分离团按叶轮旋转的反方向作旋转移动，其旋转运 动的角速度小于叶轮的角速度 流量进一步减少大分离团占据叶道的大部分排出压 力大幅下降压缩机减为零流量管网气体倒流入压缩机， 压力下降压缩机开始排气管网压力升高旋转分离 喘振。 喘振现象 该过程正流、倒流周而复始，这种周期性的低频率、大 振幅的气流振荡现象，称为喘振。 ii 喘振的危害 压缩机的压力和效率显著降低； 出现异常的噪声、爆音； 引起振动，导致压缩机的轴承和密封损坏。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 iii 防喘振的措施 该方法增加了压缩机的流量，

3、但浪费了部分压缩功 ，多消耗了能量，也损失了部分气体。 部分气流放空法 三 离心压缩机的性能、调节与控制 该方法适于处理有毒、易燃、易爆等不宜放空的气 体，但也浪费了部分压缩功。 部分气流回流法 三 离心压缩机的性能、调节与控制 降低压缩机的转速，可使流量减少而不发生喘振现象 设置导叶转动机构，避免流量减少时进气冲角过大而引发 喘振。 操作人员严格监控，及时报警处理。 （2）压缩机的堵塞工况最大流量工况 级中流道某最小截面处气体达到临界状态，此时气体流量 已达最大，不可能再增加。 流量增大使叶片工作面上发生分离，当流量达最大值时 ，叶轮做功全变为能量损失，压力不再升高。 三 离心压缩机的性能、

4、调节与控制 （3）压缩机的性能曲线 i 压缩机性能的主要参数 qvin/(m3/min) n流量（qv 或qm ） n压力比（排气压力p、压 差p、能量头H） n效率 n功率N 随着进气量的变化，其它各性能参数将发 生相应的变化，所以常以曲线形式来表现压缩 机的性能变化关系，即压缩机的性能曲线。 工况：性能曲线上的某一点即为压缩机的某一运行工作状态 ，简称工况。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 通常将曲线上效率最高的点称为最 佳工况点，一般是压缩机设计计算的工 况点。 选用压缩机时，应尽量使其运行在 最佳工况点上，以减少能耗。 ii 最佳工况点 iii 稳定工作范围 在喘振工况（最小流量）和

5、堵 塞工况（最大流量）之间的区域称 为压缩机的稳定工作范围。 压缩机变工况的稳定工作范围 越宽越好。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 u随着流量的减小，压缩机能提供的压力比增大，在最小 流量时，压力比达最大； u离心压缩机有最大流量和最小流量两个极限值，排出压 力也有最大值和最小值； u效率曲线有最高效率点，即最佳工况点，一般也是压缩 机的设计工况点； u功率曲线一般随流量增加而向上倾斜，但当-qv曲线向 下倾斜很快时，功率曲线也可能先向上倾斜而后逐渐向 下倾斜。 iv 离心压缩机性能曲线的特点 三 离心压缩机的性能、调节与控制 v 离心压缩机性能曲线的变化规律 三 离心压缩机的性能、调节与

6、控制 离心式压缩机的性能曲线随着气体介质、进气状态、转 速而发生变化。 vi 离心压缩机性能曲线的测试 n开始时调节阀全开，即达压缩机的最大流量； n将阀门逐渐关小，即依次减小流量，记录测量数据； n直到压缩机出现不正常情况，即喘振工况，此时流量 为压缩机的最小流量。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 压缩机的性能曲线大多是由实验获得的。 管网：一般是指压缩机连接的进气管路、排气管路以及这些管 路上的附件及设备（容器、阀件等）的总称。对于离心式压 缩，管网只是指压缩机后面的管路及全部装置。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （4）压缩机与管网联合工作 p pr 三 离心压缩机的性能、调节与控制

7、 i 管网特性曲线管网阻力曲线 管网特性曲线：管网情况一定时，通过管网的气体流量与保证这 个流量通过管网所需要的压力之间的关系曲线，即pf（qv） 管网终端的压力可表示为：pprp pr Aqv2 其中 pr：气体被送入的设备的内压力 p：包括管网中的摩擦损失和局部阻力损失； A：总阻力的计算系数 ii 压缩机与管网联合工作压缩机的工作点 三 离心压缩机的性能、调节与控制 稳定工作点： n压缩机排气量管网进气量 n压缩机的排压管网需要的端压 n1，1a，1b不同阀门开度下的 管网特性曲线； n2，3压缩机特性曲线。 用“小扰动法”分析压缩机平衡工况的稳定性，如果小扰 动过后，工况仍回到原来的平

8、衡工况点，则工况是稳定的； 否则是不稳定的。 iii 平衡工况的稳定性 三 离心压缩机的性能、调节与控制 压缩机串联工作可增大气 流的排出压力，压缩机并联工 作可增大气流的输送流量。 vii 压缩机的串联和并联工作 三 离心压缩机的性能、调节与控制 vi 压缩机变工况工作下的喘振现象 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （1）压缩机出口节流调节 即调节压缩机出口管路中的阀门开度，以改变管网特性曲线，来适应工 艺流程对流量或压力的特定要求。 2. 压缩机的各种调节方法及其特点 特点：（1）不改变压缩机的特性曲线； （2）减小或增大阀门开度，可减小或增大流量； （3）该方法简单易行，操作方便； （4

9、）要产生阀门节流损失，使系统效率下降，经济性差。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （2）压缩机进口节流调节 改变进气管中的阀门开度，可改变压缩机性能曲线的位置，从而达到改 变输送气体的流量或压力的调节目的。 特点： （1）节省功率； （2）使压缩机能够在更小流量下稳定工作； （3）节流阻力带来一定的压力损失，导致排 气压力降低。 进气压力与流量 的关系曲线 压缩机的 性能曲线 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （3）采用可转动的进口导叶调节 特点： （1）调节范围大，经济性好； （2）可转动导叶的机构比较复杂。 在压缩机叶轮入口前设置一圈 可绕本身轴线转动的导向叶片， 改变导向叶片的角度，可

10、改变进 入叶轮叶道的气流方向，产生不 同程度的预旋（正预旋和负预旋 ），从而改变压缩机的性能曲线 ，达到调节工况的目的。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （4）采用可转动的扩压器叶片调节 采用可转动的扩压器叶片，可改变扩压器叶片的进口角， 从而改变压缩机的性能曲线。 特点： （1）可很好地满足流量的调节要求，经济性好； （2）对压力调节的作用较小，调节机构结构复杂。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （5）改变压缩机转速的调节 当原动机可改变转速时，可调节转速来改变压缩机的性能曲 线位置，以实现变工况要求。 特点： l具有压力、流量调节范围 大，不产生其它附加损失 的优点； l当转速减小时，

11、喘振边界 线向小流量方向移动，扩 大了稳定工况范围； l适用于汽轮机、燃气轮机 驱动的压缩机；对电动机 驱动的，则需配备变频调 速机构，设备复杂化，且 价格昂贵。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （1）相似理论的应用价值 3. 相似理论在离心压缩机中的应用 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （2）离心压缩机流动相似理论应具备的条件 三 离心压缩机的性能、调节与控制 （3）符合相似条件的性能换算 四 离心式压缩机的可靠性 1. 叶轮强度 确保叶轮安全运行的措施： l选择优质材料； l选择优良的制造工艺； l控制叶轮圆周速度; l进行叶轮强度计算。 2. 转子临界转速 临界转速： 转子角速度与转

12、子弯曲振动的固有频率相重合，则转子发生 共振导致破坏。此时转子的转速称为临界转速。 远离临界转速，可保证转子不发生共振，运转平稳。 方法：计算转子临界转速，按要求校核。 四 离心式压缩机的可靠性 3. 轴向力的平衡 （a） 叶片对称排列 （b） 设置平衡盘 四 离心式压缩机的可靠性 （c） 选择止推轴承 （d） 叶轮轮盘背面加筋 四 离心式压缩机的可靠性 4. 轴端密封 （1） 机械密封 （2） 浮环油膜密封 五 离心式压缩机的选型 （1）产品应达到的技术指标 1. 选型的基本原则 i 性能指标 l流 量：质量流量qm（kg/h）或进口容积流量qvin（m3/h） l压力比：压缩机出口法兰处的

13、压力与进口法兰处压力之比 l效 率：一般采用多变效率、机械效率 l功 率 明确经常运行的工况点：使经常运行工况点的流量与压力比处 于最佳工况点（设计制造时用到余量系数） ii 安全指标 主要零部件的选材、不平衡量、主要零部件的间隙、振动值等 （2）产品的经济指标 l产品价格 l供货时间 l使用寿命 （3）考虑性能调节方式 （4）设备及仪表的配备 阀门调节、变转速调节、导叶调节等 五 离心式压缩机的选型 中间冷却器、检测系统、控制系统等 轴流式压缩机的工作原理及特点 2. 选型分类 五 离心式压缩机的选型 装在转鼓上的动叶片对气体做功；装在壳体上的静叶片 起导流和扩压作用，二者构成一个基元级。

14、i 轴流式压缩机的工作原理 五 离心式压缩机的选型 ii 轴流式压缩机的特点 五 离心式压缩机的选型 l轴流式压缩机进口截面积比离心式压缩机叶轮进口的截 面积大的多，且流速高，所以其处理的气体量比离心式 压缩机大得多。 l轴流式压缩机中气流的方向平行于轴线，径向分速度为 零，基元级提供的理论功少，所以其不适用于压力比较 高的场合。 l轴流式压缩机中气流流经动静叶片的流线弯曲小，路程 短，机翼型叶片的流动损失小，所以其效率很高。 l当流量变化时，轴流式压缩机的级内会造成很大的冲击 损失，所以其对变工况的适应能力较差。 （1）按流量和压力选型 2. 选型分类 五 离心式压缩机的选型 i 按流量选型

15、 l窄叶轮的离心压缩机 l双吸叶轮式压缩机 l三元叶轮式压缩机 l轴流式压缩机 ii 按压力选型 l压缩机：0.2MPa以上 l鼓风机：0.1150.2MPa l通风机：0.115MPa以下 五 离心式压缩机的选型 （2）按工作介质选型 u压缩轻气体所需的压缩功大，可选用较多级数的压缩机或 多缸串联的压缩机机组；或适当提高叶轮速度、增加叶轮 的叶片数等。 u压缩重气体所需的压缩功小，可选用较少级数的压缩机或 单级离心压缩机。 u当工作介质易燃、易爆、有毒或排气压力很高，须选用具 有严密轴端密封装置的压缩机；对排气温度有限制的，需 选用带有中间冷却器的压缩机。 u若气体中含有固、液两相介质时，应

16、选用叶轮具有良好耐 磨损、耐锈蚀的压缩机。 五 离心式压缩机的选型 （3）按结构特点选型 五 离心式压缩机的选型 l按压缩机的结构： 单级、多级、多列、多缸、多级多轴等 l按气缸结构： 剖分式、高压筒型等 l按叶轮结构： 闭式后弯型、半开式径向直叶轮、三元叶轮、长短叶 片相间的叶轮、顺排或对排叶轮等 l按扩压器结构： 无叶片式、有叶片式 3. 选型方法 五 离心式压缩机的选型 本 章 小 结 一 离心压缩机的典型结构 了解：离心压缩机的主要组成部分及结构；叶轮结构及类型。 掌握：“级”的典型结构及作用；转子轴向力的产生及平衡盘工作原理。 二 离心压缩机的工作原理 掌握：气流在叶轮中流动的速度三角形；四个方程的含义及基本表达式；级 内的能量损失及原因、级的总能量分配情况。 应用：能够利用四个方程进行简单计算。 三 离心压缩机的性能、调节与控制 掌握：喘振的机理、危害及防止措施；压缩机的性能曲线；压缩机与管网联 合工作；压缩机压力和流量的调节方法。 了解：离心式