过程流体机械（第四章 离心压缩机）

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1、过程流体机械42012.034.1离心压缩机的典型结构与工作原理离心式压缩机的发展状况两极化发展大型化，微型化多轴化发展较高压级与较低压级不同轴高效化发展采用三元叶轮，浮环密封或干气密封提高压缩机的效率离心压缩机的典型结构及特点离心压缩机的典型结构通过能量转换，使气体压力提高的机器称为压缩机用旋转叶轮实现能量转换，使气体压力主要沿径向离心方向流动从而提高压力的机器称为离心压缩机离心压缩机出口的气体压力在200kPa以上，出口压力低于这个值的旋转叶轮式压缩机成为通风机和鼓风机级的典型结构级是离心压缩机使气体增压的基本单元级分三种型式：首级、中间级、末级中间级由叶轮、扩压器

2、、弯道、回流器组成首级由吸气管和中间级组成末级由叶轮、扩压器、排气蜗室组成固定部件包括扩压器、弯道、回流器及排气蜗室等为了简化研究，通常只分析与计算级中几个特征截面上的气流参数吸气管进口截面叶轮进口截面叶轮叶道进口截面叶轮出口界面扩压器进口截面扩压器出口（即弯道进口）截面弯道出口（即回流器进口）截面回流器出口截面本级出口（即下一级进口）截面排气蜗室进口截面排气蜗室出口（即末级出口或段出口，或整个机器出口）截面离心叶轮的典型结构叶轮是外界（原动机）传递给气体能量的部件，是最重要的部件闭式叶轮常见，它的漏气小、性能好、效率高，但因轮盖影响叶轮强度，使圆周速度受到限制，小于3

3、00~320m/s半开式叶轮强度较高，圆周速度可达450~550m/s，叶轮作功量大、单级增压高，但效率较低双面进气叶轮适应大流量，且叶轮轴向力本身得到平衡叶片的弯曲形式和出口角叶轮结构型式通常还按叶片的弯曲形式和叶片出口角来区分后弯型叶轮通常被采用，它的级效率高，稳定工作范围宽前弯型叶轮由于气流在这种叶道中流程短转弯大，其级效率较低，稳定工作范围较窄，仅用于通风机径向叶轮级性能介于后弯型叶轮和前弯型叶轮之间扩压器的典型结构无叶扩压器叶片扩压器无叶扩压器结构简单，级变工况的效率高，稳定工作范围宽，常采用叶片扩压器由于叶片的导向作用，气体流出扩压器的路程短，扩压器外径不需

4、太大，结构较紧凑，但结构复杂，变工况的效率较低，稳定工作范围较窄弯道和回流器使气流转向以引导气流无预旋的进入下一级，通常它们不再起降速增压作用吸入室将进气管道中的气流吸入，并沿环形面积均匀地进入叶轮排气蜗壳将叶轮出口或扩压器出口环形面积中的流体收集、导向进入排气管道之中离心压缩机的特点与往复活塞压缩机比较优点流量大进气量可达6000m3/min以上转速高离心压缩机转子只作旋转运动，几乎没有不平衡质量，转动惯量较小，运动件与静止件保持一定间隙，因而转速可以提高，转速一般为5000~20000rpm结构紧凑机组重量与占地面积比用同一流量的活塞压缩机小得多运转可靠，维修费用低

5、缺点单级压力比不高高压力比所需的级数比活塞式的多。目前排气压力在70MPa以上的，只能使用活塞压缩机不能适用于太小的流量因为转速高，流通截面积较大由于离心压缩机的优点显著，故现代大型化肥、乙烯、炼油、冶金、制氧、制药等生产装置中都采用了离心压缩机离心压缩机作为一种高速旋转机器，对材料、制造与装配均有较高的要求，因而这种机器的造价较高，但它所创造的价值也是十分可观的离心压缩机的基本工作原理连续方程基本表达式假定气体作定常（稳态）一元流动，则在叶轮出口的表达式反映流量与叶轮几何尺寸及气流速度的相互关系叶轮出口处的流量系数叶轮出口处的通流系数j2r的取值范围径向型叶轮：0.2

6、4~0.40后弯型叶轮：0.18~0.32强后弯型叶片（b2A≤30˚）：0.10~0.20由于对于多级压缩机同在一根轴上的各叶轮中的容积流量都要受到相同的质量流量和统一转速的制约，故（3-2）式常用来校核各级叶轮出口相对宽度的合理性欧拉方程欧拉方程是用来计算原动机通过轴和叶轮将机械能转换给流体的能量，故它是叶轮机械的基本方程欧拉功理论能量头方程的物理意义欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系只要已知叶轮进出口的流体速度，就可以计算出1kg流体与叶轮之间机械能转换的大小方程式用于任何气体与液体只需将等式右边各项的进出口符号调换一下，亦适用于叶轮式原动机如汽轮机、燃

7、气轮机等若气体流入压缩机的叶轮进口时无预旋，即c1u=0，如果叶片数无限多，则b2=b2A。然而，对有限叶片数的叶轮，由于其中的流体受哥氏惯性力的作用和流动复杂性的影响，出现轴向涡流等，使b2≠b2A出口流体出现滑移，出口绝对速度切向分量难以确定，但是可用斯陀道拉公式计算斯陀道拉公式滑移系数对于闭式后弯叶轮理论能量头系数（周速系数）经验证实对于一般后弯型叶轮，斯陀道拉提出的公式计算结果与实验结果较接近有限叶片数比无限叶片数的作工能力有所减少，这种减少并不意味着能量的损失能量方程假定外界不传递热量，q=0能量方程的物理意义能量方程是既含机械