壓縮機(jī)中能量損失課件

1、壓縮機(jī)中能量損失 3.1.5 級(jí)中各種能量損失級(jí)中各種能量損失 損失種類損失種類： 泄漏損失泄漏損失 HL 總損失總損失 輪阻損失輪阻損失 Hdf 流動(dòng)損失流動(dòng)損失 Hhyd 摩擦損失摩擦損失 分離損失分離損失 沖擊損失沖擊損失 二次流損失二次流損失 尾跡損失尾跡損失 波阻損失波阻損失 流動(dòng)損失流動(dòng)損失LLthHHdfdfthHL（1）泄漏損失）泄漏損失 由于壓力差作用，高壓氣體向低壓區(qū)流動(dòng)，形成泄由于壓力差作用，高壓氣體向低壓區(qū)流動(dòng)，形成泄漏損失。漏損失。 主要發(fā)生在：主要發(fā)生在： 葉輪端蓋處；級(jí)間，為內(nèi)泄漏。葉輪端蓋處；級(jí)間，為內(nèi)泄漏。 軸的兩個(gè)外伸端，為外泄漏。軸的兩個(gè)外伸端，為外泄漏。

2、 采用的密封形式：采用的密封形式： 端蓋與級(jí)間采用迷宮密封（齒形密封）。端蓋與級(jí)間采用迷宮密封（齒形密封）。 軸外伸端采用浮環(huán)油膜密封。軸外伸端采用浮環(huán)油膜密封。 級(jí)間密封級(jí)間密封葉輪前密封葉輪前密封 泄漏損失功與功率泄漏損失功與功率：WHqNkgJHHLthLmLthLLL迷宮密封實(shí)際泄漏量迷宮密封實(shí)際泄漏量：吸氣比容。迷宮密封齒數(shù)。泄漏系數(shù)。式中：aaabamLvZskgvZpppDsq73.067.022 （2）輪阻損失）輪阻損失 葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪盤(pán)、輪蓋側(cè)面及輪外緣與氣體發(fā)生摩擦而產(chǎn)生的損失為輪阻損失。 輪阻損失功：輪阻損失功： 輪阻損失功率：輪阻損失功率： 近似計(jì)算式：近似計(jì)算式：kg

3、JHHLthdfdfdf03. 001. 0dfthdfmdfWHqNWDuNdf2232210054. 0(3) (3) 流動(dòng)損失流動(dòng)損失 摩擦損失：氣體與流道壁面的摩擦損失。摩擦損失：氣體與流道壁面的摩擦損失。 沿程摩擦阻力損失：沿程摩擦阻力損失： 分離損失：流通面變大時(shí)沿壁產(chǎn)生倒流和旋渦區(qū)，出現(xiàn)分離損失。分離損失：流通面變大時(shí)沿壁產(chǎn)生倒流和旋渦區(qū)，出現(xiàn)分離損失。 減少分離損失應(yīng)保證：減少分離損失應(yīng)保證： 68 沖擊損失：流量不在額定流量下，氣流將在進(jìn)口處沖擊葉片的工作面或非工沖擊損失：流量不在額定流量下，氣流將在進(jìn)口處沖擊葉片的工作面或非工 作面，造成沖擊損失。（葉片式擴(kuò)壓器也會(huì)存在）作

4、面，造成沖擊損失。（葉片式擴(kuò)壓器也會(huì)存在） 二次流損失：在葉道、彎道轉(zhuǎn)彎處，出現(xiàn)兩邊壓力差，則壓力大的流速低，二次流損失：在葉道、彎道轉(zhuǎn)彎處，出現(xiàn)兩邊壓力差，則壓力大的流速低， 壓力小壓力小 的流速高，高流速向低處流動(dòng)，形成二次渦流，即二次流損失。的流速高，高流速向低處流動(dòng)，形成二次渦流，即二次流損失。 尾跡損失：葉片尾部由于有一定寬度，外緣形成氣流旋渦區(qū)，產(chǎn)生尾跡損失尾跡損失：葉片尾部由于有一定寬度，外緣形成氣流旋渦區(qū)，產(chǎn)生尾跡損失 波阻損失：流道內(nèi)氣流速度達(dá)到音速波阻損失：流道內(nèi)氣流速度達(dá)到音速 c = a （M= c / a =1)，氣流傳輸波會(huì)發(fā)，氣流傳輸波會(huì)發(fā) 生疊加，形成壓縮波，稱

5、為激波或波障。波障內(nèi)能量損失很大，生疊加，形成壓縮波，稱為激波或波障。波障內(nèi)能量損失很大， 為不可逆過(guò)程。氣流通過(guò)波障時(shí)將遇到很大阻力，穿過(guò)時(shí)會(huì)有很為不可逆過(guò)程。氣流通過(guò)波障時(shí)將遇到很大阻力，穿過(guò)時(shí)會(huì)有很 大能量損失，即波阻損失。大能量損失，即波阻損失。 臨界流量：臨界流量：22mhmfcdlHsmvpkkfqcrv31112 3.2 3.2 性能、調(diào)節(jié)與控制性能、調(diào)節(jié)與控制 3.2.1 離心壓縮機(jī)的性能離心壓縮機(jī)的性能 反映壓縮機(jī)性能的參數(shù)： 以體積流量為主參數(shù)，可作出如下性能曲線：（一）性能曲線（一）性能曲線 也叫特性曲線，在轉(zhuǎn)速一定、進(jìn)口條件一定時(shí)。 （1）單級(jí)中能量壓頭）單級(jí)中能量壓頭

6、 H 的性能曲線：的性能曲線： 能量方程：能量方程： 級(jí)中有效能量頭： ,NHpqtotvvvvpolvqqNqHq,LdfhydabbatotHHHccvdpH222111mmababapolppRTmmvdpH 其中流動(dòng)損失主要有： （2）整臺(tái)壓縮機(jī)性能曲線）整臺(tái)壓縮機(jī)性能曲線 沖擊損失沿程摩擦阻力損失式中：shhmfshfhydHcdlHHHH22RTHqHHqHqNqNqHpolvtotpolvpolmvv1曲線：曲線：曲線：曲線NHpol qvNH 性能曲線分析：性能曲線分析： 有效壓頭 Hpol 受各種損失影響，以沿程摩擦損失和沖擊損失 影響最大。 壓力比 隨流量增大而減小。 效率

7、 在額定流量下最高，效率最高時(shí)為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)或額定 工況點(diǎn)，要求壓縮機(jī)盡可能的在此點(diǎn)附近工作。 功率 N 一般隨流量增加而增大。當(dāng)壓力比 下傾較快時(shí)，N 曲線也下傾。 當(dāng)轉(zhuǎn)速不同時(shí)，性能曲線發(fā)生均勻變化。 如：n1 n2n3 。曲線隨轉(zhuǎn)速升高而升高曲線隨轉(zhuǎn)速升高而平移。曲線隨轉(zhuǎn)速升高而升高vvvqqqN (一）喘振工況一）喘振工況 當(dāng)流量減少時(shí)，機(jī)器會(huì)出現(xiàn)喘振，此工況為喘振工況。 離心壓縮機(jī)在啟動(dòng)初期或停機(jī)時(shí)，總要經(jīng)過(guò)喘振工況。不同轉(zhuǎn)速下，流量減少到一定值時(shí)都有一個(gè)喘振點(diǎn)。（1）喘振機(jī)理）喘振機(jī)理 壓縮機(jī)流量減少，氣流進(jìn)入葉輪時(shí)正沖角很大， 沖角： 使葉片非工作面上的氣流嚴(yán)重分離，并由一個(gè)或幾個(gè)

8、葉道開(kāi)始，逐步向其它葉道擴(kuò)展，沿葉輪旋轉(zhuǎn)反方向發(fā)展，這種現(xiàn)象為“旋轉(zhuǎn)脫離”。隨著旋轉(zhuǎn)脫離的進(jìn)一步擴(kuò)大，氣流受到嚴(yán)重阻塞，排出壓力降低，當(dāng)管網(wǎng)中氣體壓力高于壓縮機(jī)出口壓力時(shí)，管網(wǎng)氣流會(huì)倒流，反向沖擊葉輪。當(dāng)氣流灌滿葉道后，又出現(xiàn)正向流動(dòng)。這種周期性、低頻率、大振幅的正反氣流震蕩現(xiàn)象為喘振這種周期性、低頻率、大振幅的正反氣流震蕩現(xiàn)象為喘振。1111,0AAi喘振特點(diǎn)： 小流量時(shí)出現(xiàn)，低頻率、大振幅、周期性震動(dòng)，機(jī)器發(fā)出異常噪音、 吼叫、爆音，聲音較高。管網(wǎng)容積愈大，震動(dòng)愈嚴(yán)重。喘振影響因素： 吸入流量降低，管網(wǎng)反向壓力大，氣流進(jìn)口沖角大于零。喘振的危害： 使機(jī)器性能惡化，壓力和效率顯著降低，異常噪

9、音，機(jī)器震動(dòng)，軸承及密封損壞，轉(zhuǎn)子葉輪發(fā)生碰撞。防止喘振的措施： 操作者具備標(biāo)注喘振線的能力，隨時(shí)了解工況點(diǎn)位置 在停機(jī)或減速時(shí)，應(yīng)先降壓后降速，防止管網(wǎng)回壓。 葉輪進(jìn)口有導(dǎo)葉的壓縮機(jī)，要隨時(shí)調(diào)節(jié)葉輪導(dǎo)葉，保持沖角為零 。 在壓縮機(jī)出口設(shè)置旁通管或回流管，保證足夠的氣流 返回到壓縮機(jī)進(jìn)口。 在進(jìn)、出口安裝溫度、流量、壓力監(jiān)視儀器，一旦發(fā) 現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警，操作聯(lián)動(dòng)、停機(jī)聯(lián)動(dòng)。 一旦進(jìn)入喘振區(qū)應(yīng)立即加大流量或停機(jī)。出現(xiàn)嚴(yán)重喘 振時(shí)，應(yīng)停機(jī)開(kāi)缸檢查，查看是否有機(jī)件損壞。（二）堵塞工況 當(dāng)流量增大時(shí)，氣流速度升高，流道某喉部氣流流速將達(dá)到臨界狀態(tài)，即流速等于音素 c = a （M=1）。這時(shí)流量為最大

10、流量 qmax ，若想再提高流量，則會(huì)出現(xiàn)激波（波障），氣流穿過(guò)波障時(shí)將有很大波阻損失，壓力不再升高，流量也不能再增加，這種工況稱為“堵塞工況”。 3.2.2 3.2.2 壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作 整套裝置連接形式：整套裝置連接形式： 壓縮機(jī)壓縮機(jī) 管道管道 設(shè)備設(shè)備（裝置） 通常：管道+設(shè)備稱為管網(wǎng)系統(tǒng) 壓縮機(jī)管管 網(wǎng)網(wǎng)設(shè)設(shè) 備備（裝 置）（一）管網(wǎng)特性曲線（一）管網(wǎng)特性曲線 管道沿程壓力損失： 設(shè)備內(nèi)工作壓力： 管網(wǎng)進(jìn)口總壓力： 管網(wǎng)特性曲線： 總阻力損失系數(shù)局阻AAqccdlpppvg22222rp2vrgrAqpppp二次拋物線）(vqp qvp特性曲線分析：特性曲線分

11、析： 管道內(nèi)摩擦阻力越大，曲線越陡。 當(dāng)無(wú)管道時(shí)： 當(dāng)無(wú)設(shè)備時(shí)：rpp 2vAqp Pqvp=pr2vAqp （二）壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作（二）壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作 壓縮機(jī)與管網(wǎng)為串聯(lián)連接，遵守質(zhì)量守恒和能量 守恒定律。 壓縮機(jī)排氣量等于管網(wǎng)的進(jìn)氣量： 排氣壓力等于管網(wǎng)所需壓力： 整個(gè)系統(tǒng)才能達(dá)到平衡，穩(wěn)定工作。 穩(wěn)定工作點(diǎn)為兩特性曲線的交點(diǎn)，A點(diǎn) 。 A點(diǎn)上滿足：點(diǎn)上滿足： A 點(diǎn)盡量在高效率區(qū)點(diǎn)盡量在高效率區(qū) 若： r管機(jī)管機(jī)mmvvqqqq管機(jī)pppppqqqvvv管機(jī)管機(jī)點(diǎn)平衡。最終到達(dá)沿壓縮機(jī)性能曲線后移則：機(jī)Apqv,Apqv 3.2.3 3.2.3 壓縮機(jī)的各種調(diào)節(jié)方法壓縮機(jī)的各種

12、調(diào)節(jié)方法 為滿足實(shí)際供氣量和壓力的需要，壓縮機(jī)遠(yuǎn)行工況點(diǎn)可人為調(diào)節(jié)，進(jìn)氣量多少可人為控制。（1）壓縮機(jī)出口節(jié)流調(diào)節(jié)）壓縮機(jī)出口節(jié)流調(diào)節(jié) 在壓縮機(jī)出口安裝一個(gè)節(jié)流閥，靠閥的開(kāi)度大小 來(lái)調(diào)節(jié)流量大小。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、方便，但功率浪費(fèi)大。 原理：閥關(guān)小時(shí)，流量減小，管網(wǎng)阻力增大， 管網(wǎng)特性曲線變陡。 注意：流量太小時(shí)，會(huì)進(jìn)入喘振區(qū)。 （2）壓縮機(jī)進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)）壓縮機(jī)進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié) 壓縮機(jī)進(jìn)口安裝節(jié)流閥，控制進(jìn)口流量和壓力。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、方便，省功率，應(yīng)用廣泛。 原理：閥開(kāi)度大小，改變壓縮機(jī)吸入?yún)?shù)， 使壓縮機(jī)特性曲線變化。 注意：流量太小時(shí)，也會(huì)進(jìn)入喘振區(qū)。AA1AA1 (3) 改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速改變壓縮機(jī)

13、轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，使其特性曲線變化，工況點(diǎn) 也隨之變化。 特點(diǎn)：最省功、經(jīng)濟(jì)，調(diào)節(jié)范圍寬，無(wú)其它損失； 但要求原動(dòng)機(jī)速度可調(diào)或有調(diào)速機(jī)構(gòu)。 原理：壓縮機(jī)速度變化，特性曲線變化。 注意：流量太小時(shí)，也會(huì)進(jìn)入喘振區(qū) （4）葉輪進(jìn)口導(dǎo)葉、擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié)）葉輪進(jìn)口導(dǎo)葉、擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉或擴(kuò)壓器葉片，使氣流無(wú)沖擊進(jìn)入， 避免氣流沖擊和喘振發(fā)生。 特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性好，損失少，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜。 原理：減少壓縮機(jī)內(nèi)部沖擊損失， 使壓縮機(jī) 特性曲線變平緩。 可避免或減小喘振區(qū)。n1n2n3qvpqp (5) 壓縮機(jī)的串聯(lián)與并聯(lián)壓縮機(jī)的串聯(lián)與并聯(lián) 兩臺(tái)或幾臺(tái)壓縮機(jī)串聯(lián)或并聯(lián)后，使特性曲線成倍增加，工況點(diǎn)提高。

14、 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、方便，省功率，滿足系統(tǒng)要求，但增加設(shè)備。 原理：壓縮機(jī)特性疊加，使流量或壓力倍增。 串聯(lián)： 并聯(lián)： 串聯(lián) 并聯(lián)2121vvvqqqppp2121pppqqqvvvqpqp 3.2.4 相相 似似 理理 論論 及及 應(yīng)應(yīng) 用用 相似理論在許多流體機(jī)械中被廣泛應(yīng)用，特別是葉輪式流體機(jī)械。 相似理論的用途：相似理論的用途： 相似設(shè)計(jì)（模化設(shè)計(jì)）新產(chǎn)品仿造 相似計(jì)算（性能參數(shù)換算）兩相似機(jī)或一機(jī)因n不同 而進(jìn)行的其它參數(shù)的換算。 相似實(shí)驗(yàn)（模型實(shí)驗(yàn)）用模型替代實(shí)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 利用相似理論進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和實(shí)驗(yàn)在科技、工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 一一.相似理論的內(nèi)容相似理論的內(nèi)容 三大相

15、似條件： 幾何相似幾何參數(shù)相似 運(yùn)動(dòng)相似運(yùn)動(dòng)參數(shù)相似 動(dòng)力相似動(dòng)力參數(shù)相似 （1）幾何相似：）幾何相似： 定義： 兩臺(tái)機(jī)器（設(shè)計(jì)機(jī)與模型機(jī)）若幾何相似，則各對(duì)應(yīng)尺寸成比例，并且此比例相等，為一尺寸常數(shù) L；對(duì)應(yīng)角度相等。 模型機(jī)尺寸參數(shù)： 設(shè)計(jì)機(jī)尺寸參數(shù)： 表達(dá)式：表達(dá)式：/121121.LDDbDDDDb2121,bbDDD2121,bbDDD尺寸相似常數(shù)。L/112222AAAAAAZZ （二）運(yùn)動(dòng)相似（二）運(yùn)動(dòng)相似 定義： 兩臺(tái)機(jī)器若運(yùn)動(dòng)相似，則內(nèi)部流體的流型相似，即對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度大小成比例，且各比例相等，為一常數(shù) C ；速度方向相同。 表達(dá)式： 方向角相等： 實(shí)際是葉輪的進(jìn)口、出口速度三

16、角形相似。2/21/12/21/11u1c1u11C1/12111211icicccucccuC 運(yùn)動(dòng)相似常數(shù)。 （三）動(dòng)力相似（三）動(dòng)力相似 定義： 兩臺(tái)機(jī)器若動(dòng)力相似，則流道內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)上同類力大小成比例，且為一常數(shù) f ；力的方向?qū)?yīng)相同。 流體機(jī)械內(nèi)有：質(zhì)量力、慣性力、粘滯力、彈性力等 表達(dá)式：表達(dá)式：/fFFFFFF慣粘彈慣粘彈f 動(dòng)力相似常數(shù)。 離心壓縮機(jī)滿足特征馬赫數(shù)相等： 泵滿足雷諾數(shù)相等：（四）熱力相似（四）熱力相似 兩機(jī)的熱力過(guò)程相似。 表達(dá)式：表達(dá)式：特征馬赫數(shù)uuMM2/2eeRR /polpolmmkk/22222/2kRTuMRTkuMuu特征馬赫數(shù)： 二二.相似理論的

17、應(yīng)用相似理論的應(yīng)用 離心壓縮機(jī)主要用于： 1 . 性能計(jì)算性能計(jì)算 ： 利用模型機(jī)參數(shù)換算出相似機(jī)的性能參數(shù). 2. 相似設(shè)計(jì)：相似設(shè)計(jì)：參照樣機(jī)設(shè)計(jì)出相似的新機(jī)器。 規(guī)定：模型機(jī)、樣板機(jī)、使用過(guò)的機(jī)器為已知機(jī)器， 參數(shù)右上角“ ，”。 如： 新設(shè)計(jì)機(jī)、新型機(jī)，其參數(shù)及尺寸待定/totLnqNHitotLnqNHi (1) 相似性能換算相似性能換算 已知模型機(jī)參數(shù)： 轉(zhuǎn)速間關(guān)系：轉(zhuǎn)速間關(guān)系： 流量流量： 壓力比壓力比：/itotLnqNHi2/2/DDTRRTnnLininL尺寸相似常數(shù)：新機(jī)器轉(zhuǎn)速：進(jìn)口流量質(zhì)量流量：/2/211qRTTRppqTRRTqqininininLmininvLi/11/2212/1/2/pppppppp或：即 能量頭能量頭： 功率：功率： 效率：效率： 22/2/211polLpoltotLtotHnnHHnnH或/totmtotmtottothqhqNN關(guān)系式：/3/51totiiLtotNnniN得：polpol/ （二）相似設(shè)計(jì)（二）相似設(shè)計(jì)(模型設(shè)計(jì)）模型設(shè)計(jì)） 已知一臺(tái)性能好的樣機(jī)（模型機(jī)），設(shè)計(jì)一臺(tái)完全相似的新機(jī)器。實(shí)際是按比例縮小或放大。 模型機(jī)尺寸為已知：模型機(jī)尺寸為已知：1.幾何尺寸計(jì)算幾何尺寸計(jì)算 /1/2/1/2/1lbbDDLininvviiLTRRTqqAA求出：/2 新機(jī)器尺寸新機(jī)器