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1、第八章离心式压缩机原理1离心式压缩机的结构及应用排气压力超过34. 3X 104N/m2以上的气体机械为压缩机。压缩机分为容积式 和透平式两大类，后者是属于叶片式旋转机械，又分为离心式和轴流式两种。透 平式主要应用于低中压力，大流量场合。离心式压缩机用途很广。例如石油化学工业中，合成氨化肥生产中的氮，氢 气体的离心压缩机，炼油和石化工业中普遍使用各种压缩机，天然气输送和制冷 等场合的各种压缩机。在动力工程中，离心式压缩机主要用于小功率的燃气轮机， 内燃机增压以及动力风源等。离心压缩机的结构如图8-1所示。高压的离心压缩机由多级组成，为了减少 后级的压缩功，还需要中间冷却，其主要可分为转子和定子
2、两大部分。分述如下：1转子。转子由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等主要部件组成。2定子。由机壳、扩压器、弯道、回流器、轴承和蜗壳等组成。图8-1离心式压缩机纵剖面结构图（1:吸气室2:叶轮3:扩压器4:弯道5:回流器6:涡室7，8:密封9:隔板密封 10：轮盖密封11：平衡盘12:推力盘13:联轴节14:卡环15:主轴16:机壳17: 轴承18:推力轴承19 :隔板20:导流叶片） 2离心式压缩机的基本方程一、欧拉方程离心式压缩机制的流动是很复杂的，是三元，周期性不稳定的流动。我们在 讲述基本方程一般采用如下的简化，即假设流动沿流道的每一个截面，气动参数 是相同的，用平均值表示，这就是用一
3、元流动来处理，同时平均后，认为气体流 动时稳定的流动。根据动量矩定理可以得到叶轮机械的欧拉方程，它表示叶轮的机械功能变成 气体的能量，如果按每单位质量的气体计算，用心表示，称为单位质量气体的理 论能量：& = G 店 2 - 如(81)式中匚和分别为气体绝对速度的周向分量，和叶轮的周向牵连速度，下标1 和2分别表示进出口。利用速度三角形可以得到欧拉方程的另一种形式：2222r-f 2li叭_书严7(82)lk 2 2 2二、能量方程离心式压缩机对于每单位质量气体所消耗的总功以，可以认为是由叶轮对气 体做功城，内漏气损失A和轮组损失所组成的。首先根据能量守恒定律可以得到:P2 P1 式中弘为输入
4、的热量，尸为内能，和P为压能,宀2为动能。那么（8-3）P2Pl)(83)式表示：叶轮对气体所做功加上外界传入的热量等于压缩机内气体的内能, 压能和动能的增加之和。可以把内漏气损失和轮阻损失看成是传入到气体内的热 量久，因为损失右和。转化成热量会使机内气体的温度升高。那么：右+=弘(8-4)就会得到rf 2 _ r-2_ rf 2(85)(86)7（D+七林+七丄那么压气机所做的总功等于气体的焓增和动能的增加。三、伯诺里方程对于可压缩的气体，压缩机中的伯诺里方程可以用下式表示:弊+仏1 P占式中：強为压缩机中从进口 1到出口 2之间的流动损失，积分人P表示压缩机 压缩过程的压缩功，与变化的过程
5、有关。（8-6 ）式可以从热力学第一定律和能 量方程（9-3）式得出，热力学第一定律的微分形式为：du-dq- pdv（8_7）即系统能量的增加等于传入的热量与绝对功之和，其中卩为比容，积分（8-7） 式得到：(8-9)观是流动损失，駕、站为出口和进口的焓。上两式与式（8-4）（8-5）结合可以得到式（8-6）式，（8-6）与式（8-2） 比较，得出：(8-10)式（8-10）中人Q为压缩功表示为了提高压力所做的功，压力的提高由叶轮通道进出口的动能减少 2 和离心力所做的功（2）组成，并且要减去流动损失部分。压缩功与叶轮中的气体变化过程有关。1. 等温过程。用表示压缩功虬=空二一空必=应爲In
6、生二应爲血血1 Q 山卩耳Pi（8-11）2. 绝热过程对于完全绝热过程肌=0 = 0。其过程方程为:P二常数绝热过程压缩功爲为:(8-12)3.多变过程的压缩功为:四、压缩过程在TS图上的表示热力学第二定律的表达式为:(814)式中S为熵。在TS图中，覘为过程曲线下的面积，如图8-2(a)表示。图 82(b)图 82 (a)同样，从过程起点1至终点2,热量彳为：q】宓如图8-2(b)所示，为吸入热量根据热力学第一定律可以得出：羽=血=6空一应空等温过程在TS图上为水平线，当从丹至血点时（A，即从图8-4上的1点至抖点，此时应该传出热量如2,其值由图8-4中的面积处1卽表示，即：北=-貯血=叫
7、（8-18）式（8-18）表示传出的热量为等温过程中的压缩功。绝热过程在ST图上为垂直线，即为图8-4中的10线。绝热过程中，传入的热量知同时没有流动损失，即如那么dS=O,S=常数，故又称为等熵过程，此时压缩功心可表示为：(819)即為相当于等压压缩从卽至巴，也相当于沁所围的面积，同时可以看出：abXa ah2t2it所以等熵压缩功大于等温压缩功，差值为2惻1,这是由于等熵压缩的终点 温度高，压缩功就必然大。3. 多变过程实际的压缩过程比较复杂，可用多变过程表示，在多变过程中鞋工, 如“，为了简单分别讨论：a.在多变过程中存在流动损失，无传入的热量，即%八,航此种多变过程由图85 (a)中1
8、2曲线表示。丁图8-5 (a) 多变过程线路图 8-5 (b)多变压缩功为唧(820)解为图85 (a)中的a2”221ba所围的面积。而理论功：为:+仏7-空+當炉(821)其中观为图8-5 (a)中时2处所围的面积，在不考虑动能变化时，城为22f2.cba 所围的面积，在图8-5 (a)中流动损失所做的功观即为损失转化为热量传入系 统，此热量为观。当有热量弘传入时，总功血为:(8-22)hoi = hk + 堺 Q =右皿 + hyd + 堺 Q + 2 _当不考虑动能变化时，此时即为滋巴么加所围的面积。此时图8-中12肚为+仏b.有热交换的多变过程，考虑比较简单的铳，虹N羊的情况，可用图
9、 8-5 (b)中的曲线12表示，此时过程为放热过程知0 o綽仍由图8-5(b)中面积TAbda表示，弘为d22titcbd，而仏为hXcb那么在不考虑动能变化时，咕=抵-飾-4诡+即屈-0Q7任-芯)以为a2tt2da所围的面积。此种多变过程为放热过程，由于有冷却那么n C七。五、总耗功和功率对于压缩机的一个工作级，其理论功率可用加表示:(w)，叫7为有效质量流量。同理，总功率回为:式中：为轮阻损失功率,哄为漏气损失。(821a)可用下式表示:其中：応=焕如和切=竄 那么：必=附他轴=%/伽儿） 那么总功率为:(821b)1000(kw)轮阻功率为:遵 _ WOO (kw)(821c)漏气功率为:N,=1000(kw)(8-21d)六、滞止参数的表示:令厂为滞止温度（即总温好），其表示为:C*5寸T* =T + =Z +(822a)或令总=kP!TM为马赫数M = aic，那用厂表示时，总功可以写成:(822b)/为滞止焓。滞止压力戸，可以用绝热过程表示出:*C2p =p+p在绝热流动中，咖=，那么如果有流动损失存在2 -1(8-32b)叶轮的反作用度为:(833)总能量一压力的动能増量_松-松爲-松 气体从叶轮中得到的总功二飞厂二沪硏4进气道进气道的形式有
