离心压缩机.

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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通道为例 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 大分离团占据通道的大部分 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 流量下降 旋转分离 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 压缩机性能恶化 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

3、加了压缩机的流量 但浪费了部分压缩功 多 消耗了能量 也损失了部分气体 不适用污染性气体 部分气流放空法 三 离心压缩机的性能 调节与控制 当流量逐渐变小 接近喘振流量时 流量传感器检测到后 控制系统发出指令 启动伺服马达 打 开防喘振阀 将压缩 机输送的多余气体放 空 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 流量增大时 级中流道某最小截面

4、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 严重的分离现象致使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 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 在一定转速和 进口条件下 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

5、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逐渐增加 但当 qv曲线向

6、下倾斜很快时 功率 曲线呈先增后将趋势 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 鼓风机 压缩机 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

7、等 的总称 对于离心式 压缩机 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 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p f qv 管网终端的压力可表示为 p pr p 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

8、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

9、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 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

10、 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

11、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 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 等压调节 等 流 量 调 节 三 离心压缩机的性能 调节与控制 1 离心压缩机流动相似理论应具备的条件 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 符合相似条件的性能换算 三 离心压缩机的性能 调节与控制 3 相似理论的应用价值 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

12、造工艺 铆接 焊接 精铸等 l控制叶轮圆周速度 l进行叶轮强度计算 有限元法等 2 转子临界转速 临界转速 转子角速度与转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 为了确保运行的安全性 工作转速应远离第1 2阶临界转速 校核条件是 对于刚性转子 n 0 75nc1 对于柔性转子 转速高于一阶或二阶临界转速 1 3nc1 n 0 7nc2 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 亦称平衡活塞 四 离心式压缩机的可靠性 c 选择止推轴承 d

13、 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 压缩机应达到的技术指标 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 动平衡试验是在动平衡机上进行的 转子在旋转的情况 最好达到工作转速 下 检查其不平衡情

14、况 并设法消除其不平衡力矩的影响 五 离心式压缩机的选型 压缩机转子的动静平衡试验 1 静平衡试验 静平衡是动平衡的基础 主要用于检查和修正转子上的叶轮等零 部 件的单独平衡情况 静平衡试验检查零件的重心是否正好与旋转轴心重合 若重合 则它能在任意转 角位置保持平衡 否则只能在重心位于轴线的正下方时才能静止不动 静平衡修正是指通过静平衡试验 找出不平衡质量 附加该质量 使其达到平衡 并在对称位置设法去掉等量不平衡质量 使被检查的零 部件达到静平衡 2 动平衡试验 转子经过严格的静平衡后 但仍不可避免地存在着极其微小的偏心 旋转时仍会产生不平衡力 特别是因为每个零件的不平衡质量不在同一个 平面内

15、 因此它们还会产生力矩 使轴线发生挠曲 从而产生振动 因此 还需对转子作动平衡试验 2 压缩机的经济指标 l产品价格 追求高性价比 l供货时间 满足生产要求 l使用寿命 一般在10 15年 3 考虑压缩机性能调节方式 4 设备及仪表的配备 阀门调节 不经济 变转速调节 提倡 导叶调节等 五 离心式压缩机的选型 中间冷却器 检测系统 压力 温度 流量 速度等的测量仪器 控制系统 防喘振 联锁紧急停车等控制装置 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 i 轴流式压缩机的工作原理 动力 透平 式压缩机可分为 离心式 轴流式 斜流式三种 五 离心式压缩机的选型 装在转鼓上的

16、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 流体在级内沿平行轴 线方向流动 故称为轴流式 ii 轴流式压缩机的特点 五 离心式压缩机的选型 l流量大 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压力小 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效率高 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变工况适应性差 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 iii 斜流式风机 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 l较小流量 窄叶轮 b2 D2 0 025 的离 心压缩机 级效率低 l一般流量 50 5 103 m3 min 一般离 心式 0 025 b2 D2 0 065 l较大流量 双吸叶轮式压缩机 l更大流量 三元叶轮 0 065 b2 D2 式 l非常大流量 轴流式压缩机 i