1、第3章 離心壓縮機高福祥第3章 離心壓縮機3.1 離心壓縮機典型結構與工作原理3.2 性能、調節與控制3.3 安全可靠性3.4 選型3.1 離心壓縮機典型結構與工作原理3.1.1 離心壓縮機的典型結構與特點離心壓縮機是利用旋轉葉輪實現能量轉換，使氣體主要沿離心方向流動從而提高氣體壓力的機器（1）結構型式：水平剖分型和垂直剖分型。（2）結構組成：機殼，轉子，定子，以及輔助系統。3.1.1.1 離心壓縮機的典型結構垂直剖分型結構高壓圓筒型和豎直剖分型壓縮機裝置系統圖3.1.1.2 級的典型結構 級是離心壓縮機使氣體增壓的基本單元，有三種型式，即：首級、中間級、末級。3.1.1.3 離心葉輪的典型結

2、構葉輪是主要的做功元件，它將外界（原動機）的能量傳遞給氣體，使氣體增壓。葉輪組成及種類：按葉輪結構型式閉式葉輪：性能好、效率高；由于輪蓋的影響，葉輪圓周速度受到限制。半開式葉輪：效率較低，強度較高。雙面進氣葉輪：適用于大流量，且軸向力平衡好。 按葉輪葉片型式后彎型葉輪：2A 90，級效率高，穩定工作范圍寬。徑向型葉輪： 2A 90 ，性能介于后彎型和前彎型之間。 前彎型葉輪： 2A90，級效率較低，穩定工作范圍窄。氣體在旋轉葉輪中的流動與速度三角形相對速度（w）：與葉片的切線方向一致。牽連速度（u）：絕對速度（c）：圓周速度與相對速度的合成。三者之間的關系可以用速度三角形表示。3.1.1.4

3、擴壓器的典型結構葉輪出口的氣流絕對速度較大，為了提高級的增壓比和效率，設置了擴壓器使氣流降速增壓。無葉擴壓器：結構簡單，級變工況較好，效率高，穩定工作范圍寬。葉片擴壓器：結構復雜，變工況性能差，效率較低，穩定工作范圍窄。工作原理：氣體流動連續性定律：得到：降速升壓主要依靠加大直徑來實現。動能轉變為壓力能和克服流動損失的能量。動量矩守恒定律：根據能量守恒定律：綜合上兩式：3.1.1.5 其他結構彎道：使氣流轉向發生改變。回流器：引導氣流無預旋進入下一級。吸入室：引導，使氣體均勻進入葉輪。排氣蝸殼：收集、引導氣體進入排氣管道中。3.1.1.6 離心壓縮機的特點 （1）優點 流量大； 轉速高； 結構

4、緊湊； 運轉可靠。 （2）缺點 單級壓力比不高，高壓力比所需的級數比活塞式的多。 由于轉速高，流通截面積較大，故不能適用于太小的流量。3.1.2 離心壓縮機的基本工作原理3.1.2.1 連續方程（1）連續方程的基本表達式 氣體作定常一元流動，流經機器任意截面的質量流量相等，其連續方程表示為：方程說明：隨著氣體在壓縮過程中壓力不斷提高，其密度不斷增大，容積流量沿機器不斷減小。式中：qm為質量流量 kg/s,qv為容積流量m3/s,為氣流密度,f 為截面面積,c2r為垂直該截面的法向流速。（2）連續方程在葉輪出口的表達式 連續方程在葉輪出口處的表達式，反映流量與葉輪幾何尺寸及氣流速度的相互關系。

5、式中：D2為葉輪外徑, b2為葉輪出口處的軸向寬度, 為葉輪出口的相對寬度。考慮到葉輪結構的合理性和級效率,通常要求 。 為葉輪葉輪出口處的流量系數,它對流量、理論能量頭和級效率均有較大的影響，根據經驗的選取范圍，不同類型葉輪取值不同。2為 葉輪出口的通流系數（或阻塞系數）。說明：葉論出口連續方程式常用來校核各級葉輪選取 的合理性。表示鉚接葉輪中連接盤、蓋的葉片折邊；無折邊的銑制、焊接葉輪，=0。3.1.2.2 歐拉方程歐拉方程是用來計算原動機通過軸和葉輪將機械能轉換給流體的能量，稱為葉輪機械的基本方程。由流體力學的動量矩定理導出，其表達式：也可表示為：式中Lth 為葉輪輸出的歐拉功 ，Hth

6、為每千克流體所接受的能量稱為理論能量頭，單位是kJ/kg。歐拉方程的物理意義：歐拉方程指出的是葉輪與流體之間的能量轉換關系，它遵循能量轉換與守恒定律；只要知道葉輪進出口的流體速度，即可計算出一千克流體與葉輪之間機械能轉換的大小、而不管葉輪內部的流動情況；該方程適用于任何氣體或液體，既適用于葉輪式的壓縮機，也適用于葉輪式的泵；推而廣之只需將等式右邊各項的進出口符號調換一下，亦適用于葉輪式的原動機如汽輪機、燃氣輪機等。原動機的歐拉方程為葉片數有限的理論能頭：軸向旋渦 液體由于存在慣性力，產生軸向渦流，方向與葉輪轉動方向相反。結果 使得相對速度和絕對速度產生滑移。無預旋：一般情況下氣體是從徑向流入葉

7、道入口，簡稱徑向進入葉輪或氣流無預旋進入葉輪。此時有限多葉片相對速度的分布工作面一側相對速度小，非工作面一側相對速度大。為此，斯陀道拉提出了計算周向分速的半理論半經驗公式：滑移速度與葉輪結構、葉道中流動情況及流體性質有關。滑移系數得到有限多葉片的理論能頭的計算公式： 此方程為離心壓縮機計算能量與功率的基本方程式。說明： 主要與葉輪圓周速度有關、流量系數、葉片出口角和葉片數有關。式中： 稱為理論能量頭系數或周速系數。 3.1.2.3 能量方程 能量方程用來計算氣流溫度（或焓）的增加和速度的變化。根據熱力學的能量轉換與守恒定律，當氣體在級中作穩定流動時，取級中任意兩截面a、b間的系統作為考察對象，

8、則對單位質量氣體有：能量方程的物理意義：能量方程是既含有機械能又含有熱能的能量轉化與守恒方程，它表示由葉輪所作的機械功，轉換為級內氣體溫度（或焓）的升高和動能的增加；該方程對有粘無粘氣體都是適用的，因為對有粘氣體所引起的能量損失也以熱量形式傳遞給氣體，從而使氣體溫度（或焓）升高；離心壓縮機不從外界吸收熱量，而由機殼向外散出的熱量與氣體與氣體的熱焓升高相比較是很小的，故可認為氣體在機器內作絕熱流動，其q=0；該方程適用任一級，也適用于多級整機或其中任一通流部件，這由所取的進出口截面而定。 例如對于葉輪而言，能量方程表示為 對于擴壓器而言，能量方程表示為對任意截面而言，能量方程表示為由此可以得到溫

9、差的計算公式：3.1.2.4 伯努利方程 應用該方程將流體獲得的能量區分為有用能量和能量損失，并引入壓力參數，表示出壓力的增加，將機械功與級內流體壓力升高的靜壓能聯系起來，其表達式為：式中 為級進出口靜壓能頭的增量, 為級內的流動損失。上式根據熱力學第一定律和能量方程推導求得。假設氣體在某流道中由界面a向界面b作穩定流動，并在這股氣流上建立動坐標系，由于氣流與外界無質量交換，可看作封閉的熱力系統，則得到：實際上，氣體是相對靜止坐標系流動，有氣體進、出界面的開口熱力系統。因此，單位質量氣體從界面a流向界面b實際得到的熱量應包括兩部分：一是從系統外傳入的熱量，二是由于氣體的流動所有的能量損失轉化的

10、熱量，即：如果考慮內漏氣損失和輪阻損失,上式表示為式中 為葉輪消耗的總功, 為級內每千克氣體獲得的總能量頭, 為級中總能量損失。 設流出葉輪的有效氣體的質量為qm，流出葉輪后從輪蓋密封處漏回葉輪入口的質量流量為qm l，實際從葉輪中流出的總質量為：由葉輪對總質量qmtot氣體所消耗的功率為：如果此時輪阻損失消耗的功率Ndf，則葉輪消耗的總功率為：由于葉輪是級內唯一做功元件，故級的總功率就是葉輪的總功率，或稱級的內功率。葉輪對每千克有效氣體的總耗功（總能量）為伯努利方程的物理意義:通用伯努利方程也是能量轉化與守恒的一種表達式,它表示葉輪所做機械功轉換為級中流體的有用能量(靜壓能和動能增加)的同時

11、,由于流體具有粘性,還需付出一部分能量克服流動損失或級中所有的損失；它建立了機械能與氣體壓力p、流速c 和能量損失之間的相互關系；該方程適用一級，亦適用于多級整機或其中任一通流部件，這由所取的時出口截面而定 ；對于不可壓流體，其密度為常數，則可直接解出，因而對輸送水或其他液體的泵來說應用伯努利方程計算壓力的升高是十分方便的。而對于可壓縮流體，還需知道p=f（）的函數關系及熱力學基礎知識才可解決。對于葉輪而言：或對于某一固定部件，如擴壓器3.1.2.4 壓縮過程與壓縮功 根據熱力過程不同，確定每千克氣體所獲得的壓縮功，即有效能量頭。對于多變過程，則多變壓縮功為式中 稱為多變壓縮有效能量頭，簡稱為

12、多變能量頭。能量頭系數：能量頭與 之比，那么多變能量頭系數表示為或多變能頭系數的大小，表示葉輪圓周速度用來提高氣體壓力比的能量利用程度。思考題：5個基本方程都解決了哪些問題？連續方程：壓縮機結構設計。歐拉方程：氣體經過高速旋轉的葉輪獲得多少能量。能量方程：獲得的能量使氣體的溫度和動能增加。伯努利方程：能量如何進行分配。熱力過程方程和壓縮功的表達式關聯：氣體壓力升高到規定值需要多少有效能量頭。作業：1.DA120-61壓縮機的低壓缸某級，D2=380mm，2A=42，Z=16，n=13800r/min， c2=200m/s，2=21.1 ，若氣體無預旋進入葉片，試求Hth和 Hth ，并說明兩者

13、的區別。2.已知某壓縮機進口截面處的氣流溫度Tin=303K， cin=13.6m/s，R=291.5J/kgk，k=1.4， pin=0.91105Pa，多變指數系數 Htot=57317J/kg，及各關鍵截面處的氣速： c0=87.4m/s， c1=133.6m/s， c2=199.8m/s， c4=122.5m/s， c0=4.05m/s。試計算各關鍵截面處的氣流溫度，壓力和比容。3.1.3 級內的各種能量損失級中能量損失包括三種：流動損失、漏氣損失、輪阻損失3.1.3.1 級內的流動損失 （1）摩阻損失 產生原因：流體的粘性是根本原因。從葉輪進口到出口有流體與壁面接觸，就有邊界層存在，

14、就將產生摩阻損失。大小： 為摩阻系數 ，是Re與壁面粗糙度的函數。通常離心壓縮機中氣流的Re大于臨界雷諾數，在一定的相對粗糙度下，是常數，則hf與qv2成正比。減小措施：（2）分離損失產生原因：通道截面突然變化，速度降低，近壁邊界層增厚，引起分離損失。大小：大于沿程摩阻損失。受流道形狀、壁面粗糙度、氣流雷諾數、氣體湍流程度影響。減少措施：控制通道的當量擴張角 ；控制進出口的相對速度比（3）沖擊損失 產生原因：流量偏離設計工況點，使得葉輪和葉片擴壓器的進氣沖角i0，在葉片進口附近產生較大的擴張角，導致氣流對葉片的沖擊，造成分離損失。減少措施：控制在設計工況點附近運行；在葉輪前安裝可轉動導向葉片。

15、大小：采用沖擊速度來表示，正沖角損失是負沖角損失的1015倍。（4）二次流損失產生原因：葉道同一截面上氣流速度與壓力分布不均勻，存在壓差，產生流動，干擾主氣流的流動，產生能量損失 。在葉輪和彎道處急劇轉彎部位出現。減少措施：增加葉片數，避免急劇轉彎。大小：葉道的彎曲，氣流速度方向的變化急劇與否。（5）尾跡損失 產生原因：葉片尾部有一定厚度，氣體從葉道中流出時，通流面積突然擴大，氣流速度下降，邊界層發生突然分離，在葉片尾部外緣形成氣流旋渦區，尾跡區。尾跡區氣流速度與主氣流速度、壓力相差較大，相互混合，產生的能量損失。減少措施：采用翼型葉片代替等厚葉片；將等厚葉片出口非工作面削薄。大小：與葉道出口

16、速度，葉片厚度及葉道邊界層有關。3.1.3.2 漏氣損失（1）產生漏氣損失的原因存在間隙；存在壓力差。出口壓力大于進口壓力，級出口壓力大于葉輪出口壓力，在葉輪兩側與固定件之間的間隙、軸端的間隙，產生漏氣，存在能量損失。密封型式：機械密封，干氣密封，浮環油膜密封，梳齒密封（2）密封件的結構形式及漏氣量的計算結構形式：在固定部件與輪蓋、隔板與軸套、軸的端部設置密封件，采用梳齒式（迷宮式）密封。工作原理：利用節流原理。減小通流截面積，經多次節流減壓，使在壓差作用下的漏氣量盡量減小。即通過產生的壓力降來平衡密封裝置前后的壓力差。密封特點：非接觸式密封，有一定的泄漏量。設計中應注意：減小齒逢間隙；增加密

17、封齒數；加大齒片間的空腔和流道的曲折程度。漏氣量計算：漏氣量大小取決于裝置前后壓力差、密封結構型式、齒數和齒縫間隙截面積。分兩種情況計算：由連續方程和伯努利方程可知通過齒頂間隙的漏氣量，1）軸封處向機外泄漏的外泄漏，其大小取決于裝置前后壓力差。如果密封裝置前后壓力差小，氣體流過齒縫的速度低于音速，這時利用不可壓縮流體計算漏氣量。如果壓力差比較大（即達到某一臨界值），最后一個齒縫間隙的氣速達到臨界音速，使裝置發生堵塞工況，漏氣不再隨裝置前后壓力差的增大而增加，則最后一個齒縫間隙中的氣體比容最大，最先達到音速。流速達到臨界音速時，漏氣量計算 式中為流量修正系數，一般 ，為齒頂間隙處的通流面積，Z為

18、密封齒數，下標a、b為密封前、后的幾何位置。 ，k為等熵指數，如空氣的等熵指數k=1.4,B=0.684。臨界壓力比的確定：2） 輪蓋密封的漏氣量及漏氣損失系數輪蓋密封處的漏氣能量損失使葉輪多消耗機械功，它應包括在葉輪所輸出的總功之內，應單獨計算。因單級葉輪所能達到的增壓不大，一般達不到臨界壓力比。應用式（3-23）并根據實驗與分析簡化，可得輪蓋密封處的漏氣量為若通過葉輪出口流出的流量為，則可求得輪蓋處的漏氣損失系數為式中一般取，Z=46齒，齒頂間隙 ， 。該漏氣損失系數在計算總能量頭時，將會被用到。 3.1.3.3 輪阻損失產生原因葉輪旋轉，輪蓋、輪盤的外緣和輪緣與周圍的氣體發生摩擦，產生的

19、損失大小：與輪盤的粗糙度，相對側隙及雷諾數有關。利用等厚度圓盤在水中作低速旋轉實驗，分析計算得輪阻損失功率為：對于離心葉輪，得到：得到輪阻損失系數思考題：1.離心壓縮機主要能量損失有哪些？2.流動損失包括哪些損失？3.下列設計是為了減小哪些流動損失？有葉擴壓器；采用翼型葉片；提高葉輪流道的加工精度；增加葉片數；在葉輪前加可轉動的導葉；4.迷宮密封的特點。5.輪阻損失與哪些因素有關？3.1.4 多級壓縮機3.1.4.1 采用多級串聯和多缸串聯的必要性 壓縮機運行安全，設計合理。對于要求增壓比或輸送輕氣體的機器需要兩缸或多缸串聯起來形成機組。 多級串聯理由：壓縮機壓比高而單級壓力比低，需采用多級壓

20、縮；多缸串聯的理由：3.1.4.2 分段與中間冷卻以減少耗功降低氣體的溫度，節省功率，采用分段中間冷卻器。如果段數為N，則中間冷卻器的個數為N-1個。經過各段間冷卻器存在壓力損失；中間冷卻器和管道的阻力降，加大功率消耗。因此，要合理選擇壓縮機的段數。考慮壓縮機的具體結構、冷卻器的布置、輸送冷卻水的泵耗功、設備成本與環境條件等綜合因素。采用分段冷卻要考慮下列因素：滿足用戶的要求被壓縮介質的特性屬于易燃、易爆（如H2、O2等）則段出口的溫度宜低一些，對于些某化工氣體，因在高溫下氣體發生不必要的分解或化合等化學變化，或會產生并加速對機器材料的腐蝕，這樣的壓縮機冷卻次數必需多一些。用戶要求排出的氣體溫

21、度高，以利于化學反應（由氮氫化合生成氨）或燃燒，則不必采用中間冷卻，或盡量減少冷卻次數。段數確定后，根據總耗功最小的原則，確定每一段的最佳壓力比。3.1.4.3 級數與葉輪圓周速度和氣體分子量的關系（1）減少級數與葉輪圓周速度關系葉輪材料強度的限制 不同材料對圓周速度的限制不同。葉輪馬赫數的限制 氣流的 升高，級效率下降、性能曲線變陡、工況范圍變窄。葉輪相對寬度的限制 相對寬度變小，造成效率下降。減少級數，結構緊湊。為滿足要求，需提高葉輪的圓周速度。（2）級數與氣體分子量的關系 氣體分子量對馬赫數的影響因此，壓縮重氣體應主要考慮馬赫數的影響，限制了u2的提高，不考慮葉輪材料的影響；反之，壓縮輕

22、氣體，應主要考慮葉輪材料強度的影響。氣體分子量對所需對所需壓縮功的影響由多變壓縮功表示為：說明：多變壓縮功的大小與氣體的分子量和等熵指數有關，尤其是對多變壓縮功的影響較大，因此要達到同樣的壓力比，壓縮重氣體時，所需的級數少。3.1.5 功率與效率3.1.5.1 單級總耗功、功率和效率（1） 單級總耗功、總功率考慮葉輪在旋轉過程中所消耗的功，故一個葉輪對1kg氣體的總耗功為：則流量為 的總功率為：對于閉式后彎型葉輪，一般 。總能量頭分配如圖所示。（2）級效率按照不同的定義，級效率有以下幾種，分述如下：多變效率 是級中的氣體由 升高到 所需的多變壓縮功與實際總耗功之比，表示為 通常 ,因而有該式得

23、出，已知多變效率，則可算出多變指數，反之亦然。同理：等熵效率與等溫效率分別是氣體由壓力 升高到 所需等熵壓縮功或等溫壓縮功與實際總消耗功之比。（3）多變能量頭系數 由多變能量頭系數定義得：上式表明：多變能量頭系數與葉輪的周速系數、多變效率、漏氣損失系數和輪阻損失系數的相互關系。在比較效率的高低時，應在相同條件下比較并注意：與所指的通流部件的進出口有關。與特定的氣體壓縮熱力過程有關。與運行工況點有關。通常使用較多的是級的多變效率，其由級的性能實驗獲得，或由與其相似的模型級性能實驗獲得，或由產品性能的資料獲得。效率值的大小也間接反映了能量損失多少的問題。3.1.5.2 多級離心壓縮機的功率和效率（

24、1）多級離心壓縮機的內功率多級離心壓縮機所需的內功率可表示為諸級總功率之和，即：（2）多級離心壓縮機的效率多級離心壓縮機的效率通常指的是內效率，而內效率是各級效率的平均值。對于帶有中間冷卻的機器有時還用等溫效率。等溫效率：（3）機械損失、機械效率和軸功率機械損失 在軸承、密封、聯軸器以及齒輪箱中所引起的機械摩擦損失。軸功率 原動機傳遞給壓縮機軸端的功率，它表示為為機械效率，其一般隨內功率的增大而升高，與傳動形式有關。 （4）原動機的輸出功率選擇電機時，應留有足夠的余量，以保證機器的安全運行，故選取原動機的額定功率一般為：思考題1.葉輪圓周速度的提高受哪些因素的限制？2.壓縮重氣體與輕氣體所需的

25、級數什么不同？3.總能量頭是如何進行分配的？4.已知多變效率如何確定壓縮過程指數。3.1.6 實際氣體3.1.6.1 實際氣體的壓縮性系數（1）壓縮性系數 實際氣體的分子間距較小，當氣體溫度進一步降低，壓力進一步升高，則氣體分子的間距接近于液體分子的間距。工程上常用實際氣體狀態方程：式中：Z為壓縮性系數。對于理想氣體Z=1；對于實際氣體表示該氣體偏離理想氣體的程度。（2）Z的計算方法根據對比態原理，一切氣體在相同的對比壓力 和對比溫度 下，具有相同的對比體積 ，因此具有相同的壓縮性系數。對于不同分子結構的氣體，壓縮性系數可表示為對比壓力和對比溫度的不同函數形式，從而確定壓縮性系數。實際我們由對

26、比壓力和對比溫度查通用壓縮性系數圖來確定Z。但當Tcr 2.5時其不再適用。3.1.6.2 實際混合氣體（1）凱法則 在確定實際混合氣體的虛擬臨界熱力參數 和 時，最方便的是凱提出的按摩爾成分加權的混合法則，它表示為凱法則使用有較大的局限性，僅適用于各組分的臨界壓力和臨界比體積比較接近，任意兩組分的臨界溫度要滿足（2）徐忠法則 為了方便快速且保持相當的精確度，徐忠建議使用以下的半經驗混合法則。（3）極性的混合法則 劉云飛和徐忠提出了適用于包含極性混合物的混合法則。3.1.6.3 實際氣體的過程指數與壓縮功 對于實際氣體，相應的壓縮功 3.1.7 三元葉輪的應用為滿足離心壓縮機對增大流量、提高效

27、率、提高單級壓力比，并具有較寬的變工況范圍的要求，研制開發了三元葉輪。三元葉輪特點：葉片既彎又扭，氣流參數變化均勻； 液流流動更加符合實際情況；多變效率達80%86%； 變工況的工作范圍寬。 3.2 性能、調節與控制3.2.1 離心壓縮機的性能3.2.1.1 性能曲線、最佳工況點與穩定工作范圍 （1）性能曲線（特性曲線）在一定轉速和進口條件下的壓力比與流量、效率與流量的性能曲線。離心壓縮機工作性能最主要的參數是壓力比、效率和流量。為將其工作性能形象表示出來，一般以曲線的形式表示，就得到了壓縮機的性能曲線。性能曲線由實驗確定。工況點級的性能曲線的形成當級一定、轉速一定，則無限多葉片理論能頭與葉輪

28、入口容積流量成直線關系。那么對于有限多葉片理論能頭與葉輪入口容積流量仍成直線關系。對于流動損失，由于無法定量計算，因此：按摩阻損失對待并考慮變工況下的沖擊損失得到了性能曲線Hpolqin，但這一曲線在只在壓縮機設計 中使用而工程應用中采用更為直觀的qin曲線。經換算得：換算得到的qin曲線和Hpolqin曲線形狀相似。性能曲線的一般特點：隨流量的減小，壓縮機提供的壓力比將增大。在最小流量時，達到最大。流量和壓力比的關系是一一對應的，流量與其他參數的關系也是一一對應的。流量有最大和最小兩個極限流量；排出壓力也有最大值和最小值。效率曲線有最高效率點，離開該點的工況效率下降很快。功率曲線一般隨流量增

29、加而向上傾斜，但當壓力比流量曲線向下傾斜很快時，功率曲線可能先向上傾斜而后逐漸向下傾斜。（2）最佳工況點性能曲線上的效率最高點稱為最佳工況點，一般是該機器設計計算的工況點。（3）不同轉速下的性能曲線因理論能頭正比于轉速的平方，同一臺壓縮機壓縮同一種介質、在同樣的進氣條件，高轉速的曲線在上方。喘振曲線等效率曲線高轉速時喘振流量大于低轉速的喘振流量。3.2.1.2 壓縮機的喘振與堵塞（1）壓縮機喘振的機理旋轉脫離流量減小 邊界層分離 旋轉脫離壓縮機喘振流量進一步減小 脫離團阻塞葉道 出口壓力顯著下降 倒流 整個壓縮機系統發生周期性的低頻大振幅的氣流振蕩現象，就稱為喘振。現象：級進出口參數產生強烈脈

30、動，葉片振動，機器噪音增大。喘振的內因：流量過小，小于壓縮機的最小流量，導致機內出現嚴重的氣體旋轉脫離；喘振的外因：管網有一定容積，且壓力高于壓縮機的排壓，造成氣流倒流，產生大幅度的氣流脈動。脈動的頻率和振幅與管網容量有關。（2）喘振的危害壓縮機性能惡化，壓力、效率降低；出現異常噪聲、吼叫和爆音；機組出現強烈振動，使得壓縮機的軸承、密封損壞，轉子和固定部件發生碰撞，造成機器嚴重破壞。喘振原因：操作者和運行人員的要求：應具有備標識喘振的壓縮機性能曲線的能力，隨時了解壓縮機工況點處在性能曲線圖上的位置；運行操作從員應了解壓縮機的工作原理，隨時注意機器所在的工況位置；熟悉各種監測系統和調節控制系統的

31、操作，盡量使機器不致進入喘振狀態。（3）防喘振的措施降低運行轉速，可使流量減少而不致進入喘振狀態，但出口壓力隨之降低；在首級或各級設置導葉轉動機構以調節導葉角度，使流量減少時的進氣沖角不致太大，從而避免發生喘振。在壓縮機出口設置旁通管道，讓壓縮機通過足夠的流量，以防進入喘振狀態。在壓縮機進口設置溫度、流量監視儀表，出口設置壓力監視儀表，一旦出現異常或喘振及時報警；設有與防喘振控制操作聯動或與緊急停車聯動。系統設計要求：（4）壓縮機的阻塞工況（最大流量工況）產生原因：流量增大，氣流的沖角達到較大的負沖角，在葉片工作面上發生邊界層分離，葉片做功全部轉變為能量損失，壓力不再升高，僅用于維持在該流量下

32、流動；在流道最小截面處出現了聲速，邊界層分離區急劇擴大，壓縮機達到了阻塞工況，此時壓力得不到提高，流量不再增大。（5）穩定工作范圍在性能曲線上，處于喘振工況和阻塞工況之間的區域，稱為穩定工作范圍。衡量壓縮機性能好壞，除要求有較高的壓力比和較高的效率外，還有較寬的穩定工作范圍。說明：級與多級壓縮機的性能曲線形狀基本一致，但由于受逐級氣流密度的變化與影響，級數愈多，壓縮機的性能曲線愈陡。喘振流量愈大，阻塞流量愈小，穩定工作范圍愈窄。3.2.1.3 壓縮機與管網聯合工作 （1）管網特性曲線管網特性曲線 :指通過管網的氣體流量與保證這個流量通過管網所需要的壓力之間的關系曲線，即p=f（qv）曲線。每一

33、種管網都有自己的特性曲線，其決定于管網本身的結構和用戶要求。有三種形式：管網阻力與流量無關；可用 表示的二次曲線；上面兩種形式的混合。（2）壓縮機與管網聯合工作平衡工作點當離心壓縮機向管網輸送氣體時，如果氣體流量和排出壓力相當穩定（即波動很小），說明壓縮機和管網的性能協調，處于穩定操作狀態。壓縮機性能曲線與管網性能（阻力）曲線的交點稱為平衡工作點。平衡工作點具有的條件：壓縮機的容積流量等于管網的進氣量；壓縮機提供的排壓等于管網需要的端壓。（3）平衡工況的穩定性平衡工況穩定工況點與不穩定工況點穩定工況點的判別：通常壓縮機的喘振點位于駝峰曲線的頂點的左支，故曲線左支不再畫出。3.2.1.4 壓縮機

34、的串聯與并聯串聯：增大氣流的排出壓力；并聯：增大氣流的輸送流量。不適于管網阻力較大的系統。要求：需保證壓縮機的特性與管網特性相互匹配，防止使用不當出現問題。串聯和并聯操作適用于流量或壓力需長時間增加的操作，在風機或離心泵中使用普遍，在壓縮機不常應用。3.2.3 壓縮機的各種調節方法及特點調節的目的：使壓縮機適應變工況下操作，保持生產系統的穩定。調節的方法：等壓調節和等流量調節。調節原理：設法改變壓縮機的性能曲線和改變管網性能曲線，其實質是改變壓縮機的工況點。3.2.3.1 壓縮機出口節流調節 方法：調節壓縮機出口管道中節流閥門的開度。特點：改變管網阻力特性曲線；減小閥門開度，減小流量，反之亦然

35、；閥門關小，管網阻力損失增大，系統效率降低；方法簡單，操作方便。僅在風機和小型壓縮機上采用。3.2.3.2 壓縮機進口節流調節方法：調節進口管道中閥門開度。特點：比出口節流調節節省功率；改變壓縮機性能曲線的位置，達到調節輸送氣體的流量和壓力的目的；壓縮機性能曲線向小流量方向移動，使其在更小流量下穩定運行。帶來一定壓力損失使排氣壓力降低。簡便常用的方法。 3.2.3.3 采用可轉動的進口導葉調節（又稱進氣預旋調節） 方法：在葉輪之前設置進口導葉，并用專門機構，使各個葉片繞自身的軸轉動，從而改變導向葉片的角度，使葉輪進口氣流產生預旋。分為正預旋和負預旋。特點：改變壓縮機性能曲線；經濟性好于進出口節

36、流調節；機構復雜，實際應用不多，一般只在風機上使用。3.2.3.4 采用可轉動的擴壓器葉片調節方法：改變擴壓器葉片的進口角，適應來流角。特點：改變壓縮機性能曲線；擴大了穩定工作范圍喘振流量減小，對于等壓下調節流量有利；壓力、效率變化小，很少單獨使用；調節機構復雜。應用不多。3.2.3.5 改變壓縮機轉速的調節方法：利用原動機改變轉速。特點：改變壓縮機性能曲線位置；流量和壓力的變化較大，擴大了穩定工況范圍；經濟簡便的方法，不增加附加能量損失，不需改變壓縮機的結構，但驅動機必須是可調速的。3.2.3.6 三種調節方法的經濟性比較及聯合采用兩種調節 （1）進口節流、進氣預旋和改變轉速比較改變轉速最為

37、經濟。（2）兩種方法聯合使用穩定工作范圍擴大。例如：改變轉速和改變擴壓器葉片角度對上述調節方法做一綜合比較：改變轉速的調節方法，經濟性最好，調節范圍廣，適用于蒸汽輪機、燃氣輪機驅動的壓縮機。壓縮機進口節流調節方法，方法簡單，經濟性較好，且具有一定的調節范圍，在轉速固定的壓縮機、鼓風機等采用。轉動進口導葉調節方法，調節范圍較廣，經濟性也好，但結構較復雜。轉動擴壓器葉片調節方法，使壓縮機性能曲線平移，對減小喘振流量，擴大穩定工作范圍很有效，經濟性也好，但結構復雜，目前該法很少單獨采用，有時同轉速調節法聯合使用。出口節流調節方法最簡單，但經濟性最差，目前只在通風機和小功率的壓縮機、鼓風機上使用。同時

38、采用兩種調節方法，可取長補短，最有效地擴大壓縮機的穩定工作范圍。3.2.4 附屬系統3.2.4.1 輸送氣體的管網系統 注意設計計算出管網系統在設計工況及變工況下，不同流量、流速下的管網系統各部件的阻力壓降，掌握阻力情況。3.2.4.2 增（減）速設備 3.2.4.3 油路系統設計時要保證按各用油處能帶走所需要帶走的熱量，考慮阻力降；操作時保證油溫、油壓、清潔。作用：潤滑、冷卻、密封、控制、支承高位油槽：3.2.4.4 水路系統3.2.4.5 檢測系統性能檢測：安全檢測：冷卻器的設計，冷卻水的使用。保證系統帶走所有的熱量，以使壓縮機正常工作。目的為機器安全運行、調節控制和故障診斷提供基本信息。

39、3.2.5 壓縮機的控制用于壓縮機的啟動、停車、原動機的變轉速、壓縮機工況點保持穩定或變工況調節，使壓縮機盡量處于最佳工作狀態。3.2.2 相似理論在離心壓縮機中的應用3.2.2.1 相似理論的應用價值 按照性能良好的模型級或機器，快速設計出性能良好的新機器；將模型化試驗的結果，換算成設計條件或使用條件下的機器性能；相似的機器可用通用性能曲線表示其性能；使產品系列化、通用化、標準化，利于產品設計制造，也利于產品的選型使用。利用相似理論中的一些規律，與試驗結合，有效解決一些復雜過程的研究和設計問題：大致有以下四方面用途：相似理論的主要任務在于揭示滿足相似所需的足夠條件，包括找出決定流動相似的相似

40、準數。在離心式壓縮機中的應用有重要意義。對于離心壓縮機的相似原理，主要是研究氣體在機內接受葉輪外功，進行能量交換過程中的流動相似問題。為簡化討論，僅研究理想氣體在一元穩定流動中的流動相似：3.2.2.2 離心壓縮機流動相似應具備的條件流動相似：流體流經幾何相似的通道或機器時，其任意對應點上同名物理量比值相等，就可認為機器的流動性能相似。相似條件：幾何相似、運動相似、動力相似、熱力相似。為了保證兩機流動相似必須具備的相似條件對于離心壓縮機要保持兩機流動相似必須具備的條件：幾何相似：兩機通流部件對應的線性尺寸之比為常數，對應角度相等。即幾何相似是物理現象相似的先決條件。運動相似：流動過程中兩機對應

41、點的同名速度大小成比例，且為一常數，速度方向角相同 。即實際上一般只要求葉輪進口速度三角形對應相似就滿足運動相似的要求。動力相似：指兩機對應點上作用的同名力大小成比例，且為一常數，力的方向對應相同。判別動力相似的判據是動力相似準數：表示粘性影響的決定性準數是雷諾數；表示可壓縮性影響的決定性準數是馬赫數。在氣體壓縮過程中，氣體參數的變化受氣體可壓縮性的影響，隨馬赫數的增大，其影響愈加顯著。所以，要保持兩機流動相似，各對應點的馬赫數應相等。為了簡化以不隨工況改變的機器特征馬赫數代替第一級進口馬赫數，即動力相似的條件是兩機的特征馬赫數相等。熱力相似：指氣體在兩機內的流動過程中，氣體的熱力過程相似，即兩機的氣體等熵指數應相等。等熵指數相等是兩機相似的必需條件。所以，要保持兩臺離心壓縮機流動完全相似，必須具備以下相似條件：幾何相似；葉輪進口速度三角形相似；特征馬赫數相等；氣體等熵指數相等。 3.2.2.3 符合相似條件的性能換算（1）符合相似條件的性能換算（完全相似） 兩臺機器符合相似條件時，只要知道一臺機器的性能參數，就可應用相似換算得到另