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1、3.13 离心式压缩机的压缩过程离心式压缩机消耗的功率离心式压缩机中进行的是一个连续的压缩过程。如果不考虑压缩机进、出口的动能、位能的变化，根据稳定流动能量方程，有Wi + Q = mR (h2 - h1 )对于一个可逆的绝热压缩过程，压缩机消耗的内功全部用于蒸气的压缩（理想过程）。实际压缩过程，内功一部分用于压缩蒸气，使其压力提高；另一部分用于克服摩擦（高速流动）、涡流、泄漏等各种损失消耗的功率，而这部分能量最终转变为热能，又回到制冷剂蒸气中，使蒸气出口的熵增加。因此，压缩过程并不是等熵压缩过程，而是一多变压缩过程，且多变指数 m k（绝热指数）。内部各项损失用多变效率来衡量。wpp =wi
2、=0.7 0.84，估算时 =0.76。压缩机消耗的内功率Wi = mR (h2 - h1 )单位质量内功wi = h2 - h1多变能量头 单位质量多变压缩功，用 w表p示w=vdppp离心式压缩机消耗的内功包含多变压缩功与内部各项损失。wi = wp + 损失离心式压缩机消耗的内功率W= m w = mwp/ iR iRp用绝热效率 来衡量离心式压缩机中内部的各项损失，则压缩机内功率为W = Wad= m (h- h ) /iR2. s1ss绝热效率与压缩比、绝热指数、多变效率有关，一般在 0.620.83之间。1内功率中消耗于多变压缩的能量头为p (h2. s - h1 )wp = p
3、wi =s多变效率wpp =wi机械效率wim =ws绝热效率 = wadswi离心式压缩机的轴功率还应考虑轴承、轴封等摩擦损失，通常用机械效率 来衡量这部分损失。因此，离心式压缩机的轴功率为W = W / = m w/ simRppm叶轮供应的多变能量头气流在叶轮中的流动是一个复合运动1相对于叶片来说，气体沿叶片通道流过叶轮，此速度称相对速度，用 w 表示；2气流随叶轮一起旋转，这种旋转速度称为圆周速度，用 u 表示；因此，气流通过叶轮的绝对速度 c应为相对速度 w 和圆周速度 u 的矢量和，即c = w + u如果通过叶轮的制冷剂质量流量为 mR ,kg/s ，叶轮旋转的角速度为，则叶轮进
4、口处u1 = r1叶轮出口处u2 = r22进口处：单位时间内气体在圆周方向的动量mR c1u对于主轴的动量矩mR c1u r1出口处：动量mR c2u动量矩mRc2u r2一般的离心式压缩机中，蒸气都是轴向进入叶轮的，即 1u 0。这样，旋转叶轮产生的理论能量头为wth = u2 c2 u根据速度三角形c= u- cctg = u (1 - c2r ctg)2u22r222u2 = c2r流量系数2u2= c2u= 1 - c2r ctg2 功系数u2u2= 1- 2ctg2w= u2理论能量头th 2根据动量矩原理，外力矩 T 应等于单位时间内叶轮进出口动量矩之差，即T = mR (r2
5、c2u - r1c1u )如果每秒的角速度为 ，每秒钟叶轮传给气态制冷剂的功量为 T，因此，每kg气体从叶轮得到的理论功量为wth = T= (r2 c2u - r1c1u )= u 2c2u - u1c1u mR欧拉方程理论能量头wth = u22 (1- c2r ctg2 )u2u 22 对于一定直径的叶轮，转速一定，此值是一定的。因此wth与 (1 -c2 r ctg2 )u2有关，即与叶轮的结构有关。= 1 - ctg22压缩机的功与流量的关系从这个关系可以看到1.对于后弯叶片， ? 90, 理论能量头随流2量的增加而减小；2.对于径向叶片， 2 = 90,理论能量头与流量无关；3.对
6、于前弯叶片， 90，理论能量头随2流量的增加而增加。3叶轮理论能量头中，其中一大部分是用于提高蒸气压力的多变能量头，还有一部分用于摩擦、涡流等的损失。用水力系数 来表示理论能量头中用于多变能量头的份数，即wp= (u2 )h2= h 能量头系数wp = u22 将式= 1 -2 ctg 2两边乘以2则得= 2- ctg2222理论上叶轮提供的功率2上式表示了叶轮理论上供给蒸气的功率与流量的变化关系。1后弯叶片，功率可能出现最大值，随 的增加而增加，到最大值后又减小；2前弯叶片和径向叶片，功率将随着流量的增加而增大，或是说有超负荷特性。因此，一般都采用后弯叶片。离心式压缩机的最大圆周速度wp=
7、p wad = u22s4要获得更大的能量头，必须提高u2。当叶轮直径一定时，主要是提高n 。u 2 （n）的提高受两个因素的限制：1.材料强度的限制u 2 300 m/s2.气体动力特性的限制叶轮流道内的流速不能超过声速如果流道内出现超声速区，就会出现冲击波与分离现象，能量损失会急骤升高，叶轮供应的能量 头会急骤减 少。入口处声速a1 =kRT1R气体常数， 8314/， 分子量3.14 离心式压缩机的特性与调节离心式压缩机的特性离心式压缩机叶轮的理论能量头为2c2rwth = u2 (1 -ctgu22 )通常用马赫数来判别流道内是否出现超声区。M =由于 不易确定，在离心式压缩机中引入M
8、 u 2 = u2假想的马赫数a1当 M u2 1.41.6时，流道内可能出现声速。由此可见， a1与制冷剂性质有关（ k， R）。1. 分子量小的制冷剂（如氨、丙烷等），声速大；叶轮中一般就达不到声速，圆周速度的提高主要受材料强度的限制；2. 分子量大的制冷剂（如 R123、 R22 等），声速小；叶轮中很容易达到声速。因此，圆周速度的提高就受气体动力特性的限制。根据质量守恒定律，进出口质量流量相等，有mR = c2r A2= VRv2v1VRv2c2r =A2 v1因此有wth= u22 (1 - VR v2 ctg2 )wth = f (VR )A2 v1u25对于结构一定、转速一定的压缩机， u2 , A2 , 2 都是常数。一般说，v2 / v1 的变化也不大，则理论能量头与流量基本上成直线关系。对于后弯叶片（ 90）VR wth 当流量小于 S点的流量时，由于轴向涡流的影响，蒸气不能均匀地流入各个流道，流道内的汽流发生严重脱离现象，叶轮输出的能量头突然下降，导致排汽管的汽体倒流。倒流回的汽体使叶轮中的流量增加，排出压力又升高，排出汽体。而后，流量又不足，排出压力下降，汽体又倒流。如此周期性地反复进行，这种现象称喘振现象。
