康勇版本过程流体机械33离心式压缩机中能量损失

3.3离心式压缩机中能量损失•3.3.1级中各种能量损失损失种类：泄漏损失HL总损失轮阻损失Hdf流动损失Hhyd摩擦损失分离损失冲击损失二次流损失尾迹损失波阻损失流动损失LLthHHdfdfthHL（1）泄漏损失由于压力差作用，高压气体向低压区流动，形成泄漏损失。主要发生在：①叶轮端盖处；级间，为内泄漏。②轴的两个外伸端，为外泄漏。采用的密封形式：①端盖与级间采用迷宫密封（齿形密封）。②轴外伸端采用浮环油膜密封。级间密封叶轮前密封•泄漏损失功与功率：WHqNkgJHHthLmLthLL迷宫密封实际泄漏量：吸气比容。迷宫密封齿数。泄漏系数。式中：aaabamLvZskgvZpppDsq73.0~67.022（2）轮阻损失叶轮旋转时，轮盘、轮盖侧面及轮外缘与气体发生摩擦而产生的损失为轮阻损失。轮阻损失功：轮阻损失功率：近似计算式：kgJHHthdfdf03.0~01.0dfthdfmdfWHqNWDuNdf2232210054.0(3)流动损失①摩擦损失：气体与流道壁面的摩擦损失。沿程摩擦阻力损失：②分离损失：流通面变大时沿壁产生倒流和旋涡区，出现分离损失。减少分离损失应保证：θ≤6°~8°③冲击损失：流量不在额定流量下，气流将在进口处冲击叶片的工作面或非工作面，造成冲击损失。（叶片式扩压器也会存在）④二次流损失：在叶道、弯道转弯处，出现两边压力差，则压力大的流速低，压力小的流速高，高流速向低处流动，形成二次涡流，即二次流损失。⑤尾迹损失：叶片尾部由于有一定宽度，外缘形成气流旋涡区，产生尾迹损失⑥波阻损失：流道内气流速度达到音速c=a（M=c/a=1)，气流传输波会发生叠加，形成压缩波，称为激波或波障。波障内能量损失很大，为不可逆过程。气流通过波障时将遇到很大阻力，穿过时会有很大能量损失，即波阻损失。临界流量：22mhmfcdlHsmvpkkfqcrv31112•3.2性能、调节与控制•3.2.1离心压缩机的性能反映压缩机性能的参数：以体积流量为主参数，可作出如下性能曲线：（一）性能曲线也叫特性曲线，在转速一定、进口条件一定时。（1）单级中能量压头H的性能曲线：能量方程：级中有效能量头：,,,,NHpqtotvvvvpolvqqNqHq,,,LdfhydabbatotHHHccvdpH222111mmababapolppRTmmvdpH其中流动损失主要有：（2）整台压缩机性能曲线冲击损失沿程摩擦阻力损失式中：shhmfshfhydHcdlHHHH22RTHqHHqHqNqNqHpolvtotpolvpolmvv1曲线：曲线：曲线：曲线NηHpolεqvNHηε•性能曲线分析：①有效压头Hpol受各种损失影响，以沿程摩擦损失和冲击损失影响最大。②压力比ε随流量增大而减小。③效率η在额定流量下最高，效率最高时为设计工况点或额定工况点，要求压缩机尽可能的在此点附近工作。④功率N一般随流量增加而增大。当压力比ε下倾较快时，N曲线也下倾。⑤当转速不同时，性能曲线发生均匀变化。如：n1n2n3。曲线随转速升高而升高曲线随转速升高而平移。曲线随转速升高而升高vvvqqqN•(一）喘振工况当流量减少时，机器会出现喘振，此工况为喘振工况。离心压缩机在启动初期或停机时，总要经过喘振工况。当流量减少到一定值时都有一个喘振点。（1）喘振机理压缩机流量减少：气流进入叶轮时正冲角很大，冲角：1111,0AAi0QQ喘振机理：压缩机流量减少，气流进入叶轮时正冲角很大，使叶片非工作面上的气流严重分离，并由一个或几个叶道开始，逐步向其它叶道扩展，沿叶轮旋转反方向发展，这种现象为“旋转脱离”。随着旋转脱离的进一步扩大，气流受到严重阻塞，排出压力降低，当管网中气体压力高于压缩机出口压力时，管网气流会倒流，反向冲击叶轮。当气流灌满叶道后，又出现正向流动。这种周期性、低频率、大振幅的正反气流震荡现象为喘振。喘振特点：小流量时出现，低频率、大振幅、周期性震动，机器发出异常噪音、吼叫、爆音，声音较高。管网容积愈大，震动愈严重。喘振影响因素：吸入流量降低，管网反向压力大，气流进口冲角大于零。喘振的危害：使机器性能恶化，压力和效率显著降低，异常噪音，机器震动，轴承及密封损坏，转子叶轮发生碰撞。防止喘振的措施：①操作者具备标注喘振线的能力，随时了解工况点位置②在停机或减速时，应先降压后降速，防止管网回压。③叶轮进口有导叶的压缩机，要随时调节叶轮导叶，保持冲角为零。④在压缩机出口设置旁通管或回流管，保证足够的气流返回到压缩机进口。⑤在进、出口安装温度、流量、压力监视仪器，一旦发现异常及时报警，操作联动、停机联动。⑥一旦进入喘振区应立即加大流量或停机。出现严重喘振时，应停机开缸检查，查看是否有机件损坏。（二）堵塞工况当流量增大时，气流速度升高，流道某喉部气流流速将达到临界状态，即流速等于音素c=a（M=1）。这时流量为最大流量qmax，若想再提高流量，则会出现激波（波障），气流穿过波障时将有很大波阻损失，压力不再升高，流量也不能再增加，这种工况称为“堵塞工况”。•3.3.2压缩机与管网联合工作•整套装置连接形式：压缩机→管道→设备（装置）通常：管道+设备——称为管网系统压缩机管网设备（装置）（一）管网特性曲线管道沿程压力损失：设备内工作压力：管网进口总压力：管网特性曲线：总阻力损失系数局阻AAqccdlpppvg22222rp2vrgrAqpppp二次抛物线）(vqpqvp特性曲线分析：①管道内摩擦阻力越大，曲线越陡。②当无管道时：③当无设备时：rpp2vAqpPqvp=pr2vAqp（二）压缩机与管网联合工作压缩机与管网为串联连接，遵守质量守恒和能量守恒定律。压缩机排气量等于管网的进气量：排气压力等于管网所需压力：整个系统才能达到平衡，稳定工作。稳定工作点为两特性曲线的交点，A点。A点上满足：A点尽量在高效率区若：r管机管机mmvvqqqq管机pppppqqqvvv管机管机点平衡。最终到达沿压缩机性能曲线后移则：机Apqv,Apqv•3.3.3压缩机的各种调节方法为满足实际供气量和压力的需要，压缩机远行工况点可人为调节，进气量多少可人为控制。（1）压缩机出口节流调节在压缩机出口安装一个节流阀，靠阀的开度大小来调节流量大小。特点：简单、方便，但功率浪费大。原理：阀关小时，流量减小，管网阻力增大，管网特性曲线变陡。注意：流量太小时，会进入喘振区。（2）压缩机进口节流调节压缩机进口安装节流阀，控制进口流量和压力。特点：简单、方便，省功率，应用广泛。原理：阀开度大小，改变压缩机吸入参数，使压缩机特性曲线变化。注意：流量太小时，也会进入喘振区。AA1AA1(3)改变压缩机转速调节压缩机转速，使其特性曲线变化，工况点也随之变化。特点：最省功、经济，调节范围宽，无其它损失；但要求原动机速度可调或有调速机构。原理：压缩机速度变化，特性曲线变化。注意：流量太小时，也会进入喘振区（4）叶轮进口导叶、扩压器叶片调节转动导叶或扩压器叶片，使气流无冲击进入，避免气流冲击和喘振发生。特点：经济性好，损失少，但机构复杂。原理：减少压缩机内部冲击损失，使压缩机特性曲线变平缓。可避免或减小喘振区。n1n2n3qvpqp(5)压缩机的串联与并联两台或几台压缩机串联或并联后，使特性曲线成倍增加，工况点提高。特点：简单、方便，省功率，满足系统要求，但增加设备。原理：压缩机特性叠加，使流量或压力倍增。串联：并联：串联并联2121vvvqqqppp2121pppqqqvvvqpqp•3.3.4相似理论及应用相似理论在许多流体机械中被广泛应用，特别是叶轮式流体机械•相似理论的用途：⑴相似设计（模化设计）——新产品仿造（产品系列化、标准化、通用化）⑵相似计算（性能参数换算）——两相似机或一机因n不同而进行的其它参数的换算。⑶相似实验（模型实验）——用模型替代实物进行实验。利用相似理论进行设计、制造和实验在科技、工程等领域具有广泛的应用价值。•一.相似理论的内容•三大相似条件：①几何相似——几何参数相似•②运动相似——运动参数相似•③动力相似——动力参数相似•（1）几何相似：定义：两台机器（设计机与模型机）若几何相似，则各对应尺寸成比例，并且此比例相等，为一尺寸常数λL；对应角度相等。模型机尺寸参数：设计机尺寸参数：表达式：////121121......LDDbDDDDb'2'1'2'1',,,,bbDDD2121,,,,bbDDD尺寸相似常数。L////112222AAAAAAZZ•（二）运动相似定义：两台机器若运动相似，则内部流体的流型相似，即对应点的速度大小成比例，且各比例相等，为一常数λC；速度方向相同。•表达式：方向角相等：实际是叶轮的进口、出口速度三角形相似。2/21/12/21/1ω1u1c1αβu’1ω‘1C’1////'12111211icicccucccuC运动相似常数。•（三）动力相似定义：两台机器若动力相似，则流道内对应点上同类力大小成比例，且为一常数λf；力的方向对应相同。流体机械内有：质量力、惯性力、粘滞力、弹性力等表达式：///fFFFFFF惯粘弹惯粘弹f动力相似常数。离心压缩机满足特征马赫数相等：泵满足雷诺数相等：（四）热力相似两机的热力过程相似。表达式：特征马赫数uuMM2/2eeRR/polpolmmkk///222'2''2/2kRTuMRTkuMuu特征马赫数：•二.相似理论的应用离心压缩机主要用于：1.相似设计：参照样机设计出相似的新机器。2.性能计算：利用模型机参数换算出相似机的性能参数.规定：模型机、样板机、使用过的机器为已知机器，参数右上角“，”。如：新设计机、新型机，其参数及尺寸待定/////totLnqNHitotLnqNHi•（1）相似设计(模型设计）已知一台性能好的样机（模型机），设计一台完全相似的新机器。实际是按比例缩小或放大。模型机尺寸为已知：1.几何尺寸计算/1/2/1/2/1lbbDDLininvviiLTRRTqqAA求出：////2新机器尺寸：LLLLLllbbbbDDDD//22/11/22/11;;;;其它参数：///nTRRTniiL////2/2poliipolLpolHTRRTHnnH////21totiiiiLtotNTRRTppN/1/212/pppp即：•（2）相似性能换算已知模型机参数：①转速间关系：②流量：③压力比：/////itotLnqNHi2/2///DDTRRTnnLininL尺寸相似常数：新机器转速：进口流量质量流量：////2///211qRTTRppqTRRTqqininininLmininvLi/11/2212/1/2/pppppppp或：即④能量头：⑤功率：⑥效率：'2'2/2/211polLpoltotLtotHnnHHnnH或///totmtotmtottothqhqNN关系式：/3//51totiiLtotNnniN得：polpol/3.3.5转子的临界转速2175.03.1ccnnn175.0cnn为确保机器安全运转，要求工作转速n远离第1、2阶临界转速：nc1、nc2。临街转速一般实验标定（或普劳尔传递矩阵法计算）校核条件：对于刚性转子：对于柔性转子：为防止出现轴承的油膜振荡，工作转速应低于2倍的第1临界转速12cnn3.3.6压缩机选型轴流式压缩机•轴流