离心式压缩机的功耗及效率详细介绍.pdf

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1、离心式压缩机的功耗及效率详细介绍压缩机气体需要消耗的能，大型离心压缩机由原动机（如汽轮机.燃动机等）驱动，原动机轴端所传递的功率包括压缩机轴承、齿轮箱及联轴节等传动部分的机械损失以及压缩机内功率。内功率指的是压缩机转子对气体所消耗的功率。压缩机转子是通过叶轮向气体传递能量的。叶轮除对气体作功外，叶轮的轮盘、轮盖的外侧面及轮缘与周围气体的摩擦所产生的轮阻损失、叶轮出口高压气体漏回到叶轮低压端的漏气损失也都要消耗功。对整个压缩机来说，叶轮对气体作功转换成下列三个部分：提高气体的静压能（压缩功），使气体从进口压力提高到出口压

2、力。提高气体的动能。在一般情况下，动能的提高不大，常常可以忽略不计。克服气流在级中的流动损失。这部分流动损失，是指气流在叶轮内和级的固定元件（如吸气室、扩压器、弯道、回流器、蜗壳等）内的流动损失。总之，压缩机级的中功耗有五部分组成，即静压能提高、动能的变化、流动的损失、轮阻损失和漏气损失组成的，但只有静压能的提高对气体的升压是有用的。1、气体的压缩过程：静压能的提高与气体的压缩过程有关。热力学把气体的压缩过程分为：等温压缩过程、绝热压缩过程和多变压缩过程。压缩机中气体的实际压缩过程是多变压缩过程，但可忽略与外界的热交换

3、。现分析各压缩过程中的静压能提高（压缩功）。设压缩机进出口参数分别为P1、V1、T1和P2、V2、T2，压缩气体的所需能量的单位Kg.m/Kg表示，它表示压缩1kg气体所需的能量。1.1等温压缩T=Const（恒定）等温压缩功为His=RTLn(P2/P1)(Kg.m/Kg)（表明等温压缩能量直接与进气温度、气体常数和Ln(P2/P1)成正比）1.2绝热压缩气体在压缩过程中与外界无热交换且无气体流动损失和摩擦损失。绝热压缩后气体温度：T2/T1=(P2/P1)(k-1)/k绝热压缩功为：Had=K/(K-1)RT1((

4、P2/P1)(k-1)/k-1)(Kg.m/Kg)（k为绝热指数，对理想气体它等于比热容比）（绝热即等熵压缩功与进气温度成正比；与气体常数成正比，即与气体分子量成反比；与压力比的（k-1)/k次方成正比；还与气体的绝热指数有关，其他条件相同时一般k越大，压缩功越大）1.3多变压缩过程：此过程存在流动损失和磨擦损失，外界可以有热交换或者无热交换。多变过程气体温度计算式为：T2/T1=(P2/P1)(M-1)/M多变压缩功为：m/(m-1)（RT1(ω(m-1)/m-1)）(Kg.m/Kg)（ω=P2/P1）以上式中R为气

5、体常数，多变压缩功与m有关；与进气温度成正比；与气体常数成正比；即与气体分子量成反比（被压缩气体组份越轻则R越大）；多变过程和理论绝热过程的公式具有同样形式，只是绝热指数K代以多变指数m。多变指数和绝热指数不同，它不仅和气体的种类有关，而且与设备结构有关系。对于离心式压缩机来说，多变指数m大于绝热指数K。机器设计和控制的愈合理，则m愈接近K值。2、压缩机过程分析讨论2.1三种典型压缩过程，如气体温度和压比相同，则等温压缩过程需要的压缩功最小，排气温度最低,等于进气温度。这是一种理想情况，实际上只能接近而不能达到。多变压

6、缩过程需要的能量头最大，所以多级压缩机常做成多段，增加段间冷却器从而使压缩过程向等温压缩过程靠近，对于具有中间冷却器的压缩机常用等温效率来衡量机器的完善程度。2.2同质量流量的同种气体来说，如初温度相同，当压缩比相同，其功耗也相同。例如把气体从10个大气压压缩到100个大气压，与从1个大气压压缩到10个大气压所需要的功耗相同。2.3气体所需的压缩功与气体的性质有关，对轻气体，因为气体R大，所以在相同压比下需要的压缩功就比压缩重气体大（从压缩表达式可以看出），但由于同一压缩机及压缩同一体积流量的不同气体，所提供的叶片功是

7、相同的，也即叶片与气体性质无关，所以在同一压力比要求下，压缩轻气体需要的级数比重气体多。2.4多变过程是具有损失的过程，多变指数m反映多变压缩过程所需功的大小。损失使气体得到附加热量，采用中间冷却器，目的是为了向等温压缩过程靠近。各个不同压缩过程在P-V图和T-S图上的表示如下图2、图3所示。各个过程的压缩功就是各压缩过程线纵坐标及P=P1、P=P2两条等压线所包括的面积。压缩机的效率压缩机或级的效率主要是用来说明传给气体的机械能的利用程度。由于有三种压缩过程，则相应的把压缩机效率分为多变效率ηpol、绝热效率ηad和

8、等温效率ηis。多变效率指由压力P1增加到P2所需要的多变压缩功与实际消耗的功之比。目前离心式压缩机的多变效率为0.7～0.84左右。绝热效率指由压力P1增加到P2时绝热压缩功与实际所需消耗的功之比。等温效率指由压力P1增加到P2时等温压缩功与实际所需消耗的功之比。实际的压缩机不可能实现没有损失的绝热压缩过程，但它可以作为比较标准