离心压缩机书

目录 3§3离心压缩机 3§3.1离心压缩机的典型结构与工作原理 3§3.1.1离心压缩机的典型结构与特点 3一、离心压缩机的典型结构 3二、级的典型结构 4三、叶轮结构 5四、扩压器的结构 5五、离心压缩机的特点 6§3.1.2离心压缩机的工作原理 6一、连续方程——计算质量流量与密度、容积流量的关系 7二、欧拉方程——计算流体获得能量与速度的关系 9三、能量方程——计算温度（或焓）的增加和速度的关系 10四、伯努利方程—— 12五、压缩过程与过程压缩功 13§3.1.3级内的各种能量损失 13一、级内的流动损失 14二、级的泄漏损失 15三、级内的轮阻损失 16§3.1.4多级压缩 16一、采用多级、多缸串联的必要性 16二、分段、中间冷却 17三、级数与圆周速度和分子量的关系 18§3.1.5功率与效率 18一、单级总耗功、总功率、效率 21二、多级总耗功、总功率、效率、轴功率 21§3.1.6实际气体 22一、实际气体的压缩因子 22二、实际混合气体 23三、实际气体的过程指数与压缩功 24§3.1.7三元叶轮的应用 24§3.2离心压缩机的性能、调节和附属设备 24§3.2.1离心压缩机的性能 24一、性能曲线、最佳工况点、稳定工况范围 25二、两大不稳定工况——喘振工况、堵塞工况 26三、压缩机与管网联合工作 27§3.2.2相似理论在离心压缩机中的应用 27一、相似理论在离心压缩机中的应用 28二、相似流动应具备的条件 28三、性能换算 29四、通用性能曲线 29§3.2.3压缩机的各种调节方法及其特点 29一、出口节流调节 29二、进口节流调节 29三、采用可转动的进口导叶调节（进口预旋调节） 30四、采用可转动的扩压器叶片调节 30五、改变转速调节 30六、切割叶轮调节 31§3.2.4附属设备 31§3.2.5压缩机的控制（不讲） 31§3.3安全可靠性 31§3.3.1叶轮强度 §3.3.2轴系的临界转速 31 32§3.3.3轴向推动的平衡 32一、叶轮上的轴向力 34二、轴向推力的平衡措施 34§3.3.4抑振轴承 34一、滑动轴承的基本工作原理 35二、滑动轴承的静态、动态特性 35三、半速涡动和油膜振荡 36四、防止油膜振荡的方法 36§3.3.5轴端密封 36一、机械密封 36二、液膜密封（浮环油膜密封） 36三、干气密封 36§3.3.6离心压缩机机械故障诊断 36一、机械故障诊断必要性 37二、机械故障诊断监测系统 37三、故障检测技术 37四、机械故障诊断技术的方法 37§3.4选型（透平压缩机选型） 38§3.4.1选型的基本原则 38一、提出产品应达到的技术指标 38二、提出产品的经济指标 39三、选用性能调节方式 39四、提出必须配备的仪表设备 39五、其它特殊 39§3.4.2选型分类 39一、按流量、压力选型 40二、轴流式、离心式压缩机的性能比较 40三、按工作介质选型 41四、按机器结构特点选型 41五、原动机选型 42§3.4.3选型的方法 42§3.4.4选型事例 42一、通用的空压机选型 42二、高压压缩机选型 42三、轴流压缩机选型 §3离心压缩机 §3.1离心压缩机的典型结构与工作原理 主要—结构、原理、实际气体、三元流动 一般说，提高气体压力的主要目标就是增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气体分子与分子间的距离。为了达到这个目标，除了采用挤压元件来挤压气体的容积式压缩方法以外，还有一种用气体动力学的方法，即利用机器的作功元件(高速回转的叶轮)对气体作功，使气体在离心场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩张流道中流动时这部分动能又转变成静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理或增压原理。 §3.1.1离心压缩机的典型结构与特点 一、离心压缩机的典型结构 压缩： 容积变化—空间（容积式） 能量变化—叶轮（离心式） 基本术语： 缸—— 级——一套叶轮 段——一次进出压缩机 定子——缸体、固定元件（扩压器、弯道、回流器、隔板）、吸气室、排气蜗壳 转子——转轴、叶轮 通流元件——吸气室、叶轮、扩压器、弯道、回流器、蜗壳。 各部分功能— 二、级的典型结构 首级——吸气室、叶轮、扩压器、弯道、回流器 中间级——叶轮、扩压器、弯道、回流器 末级——叶轮、（扩压器）、排气蜗壳 特征界面： 特征截面 ｉｎ 0 1 2 3 4 5 6 7 out 位置 吸气管进口 叶轮进口 叶道进口 叶轮出口 扩压器进口 扩压器出口 弯道出口 回流室出口 蜗壳 压缩机出口 三、叶轮结构 叶轮的作用——做功元件、外界（原动机）通过叶轮使气体获得能量。 ①按叶轮结构分为 · 开式——压缩机不用、泄漏、效率低 · 闭式——压缩机常用、不泄漏、效率高、受力差些、性能好 所受的限制： EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 · 半开式——效率低、强度高，做功大、单机增压高， · 双吸式——流量大、受力好，抗汽蚀。 比较闭式叶轮、半开式叶轮： 泄漏 效率 强度 作功 单级增压 闭式叶轮 无 高 低 低 低 低 半开式叶轮 有 低 高 高 高 高 ②按叶片的弯曲形式分为 方向 出口安装角 绝对速度 理论能量头 效率 类型 稳定范围 后弯叶片 转向与叶片弯曲方向相反 ＜90° 小 小 高 大、中、小型压缩机 宽 径向叶片 转向与叶片弯曲方向垂直 ＝90° 中 中 中 航空用（紧凑） 中 前弯叶片 转向与叶片弯曲方向相同 ＞90° 大 大 低 风机（作功不主要） 窄 水泵型叶片（强后弯叶片）： 方向角 ； 方向角 ； 叶轮进口速度三角形（叶道进口）——1 叶轮出口速度三角形——2 无预旋： 径向进入，即 决定 尽量符合 ——无冲击损失 四、扩压器的结构 扩压器的作用——将动能转化为压能，降速增压。 按结构分为： 方向角 由伯努利方程得到： （此即为扩压器的工作原理） 速度不变的元件（即不增压）： 五、离心压缩机的特点 离心压缩机、往复活塞压缩机的比较： 受污染程度 流量 单级压比 转速 结构 体积 运转可靠性 操作费 维修费 备机 离心压缩机 小 大 低 高（汽轮机） 简单 小 可靠 低 不需（三年内） 往复活塞压缩机 大 小 高 低 复杂 大 低 高 需 注意：离心压缩机高速运转，材料、制造、装配要求比较高。 §3.1.2离心压缩机的工作原理 应用：流体力学理论、热力学理论。 基本方程（内部流动规律），建立c、p、Ｔ之间关系. · 连续方程 · 欧拉方程 · 能量方程 · 伯努利方程 · 热力过程方程、压缩功公式 一、连续方程——计算质量流量与密度、容积流量的关系 前提：一元流动 利用质量守恒定律——流经任意截面积的质量流量相等。得到： 连续方程： 特殊地：在２－２截面 其中： —— —— —— 结论：该式用来校核多级压缩机各级叶轮 选择合理性 二、欧拉方程——计算流体获得能量与速度的关系 前提：一元定常流动 利用能量转换与守恒定律、动量矩定律 。得到： 欧拉方程： 表达式1： 表达式2： 其中： ——叶轮对叶片所作功，叶片功、欧拉功、叶片输出功。 ——1千克流体获得的能量，理论能量头。 物理意义： ①叶轮-流体之间的能量转换关系，遵循能量转换与守恒定律； ②只要知道叶轮进出口流速，就可得到 、 ，无需知道内部流动情况； ③适合——气体（可压缩、不少压缩）、液体、透平机械（叶轮机械，轴流、径流、混流）。 如离心泵、离心压缩机、轴流风机； ④适合——原动机、工作机。 原动机欧拉方程： 表达式1： 表达式2： 其中： ——叶轮由流体获得机械能； ——1千克流体输出能量头 讨论： 通常流体为无预旋进入叶轮，即 径向进入，即 ①理想情况下（无限多叶片） 假设叶轮无限多叶片，即按 流出，则 的关系如下： ②实际情况下（有限多叶片） 叶片数有限，叶片厚度不可忽略，不按 流出，有偏移。 原因：轴向涡流 则有限多叶片，无预旋 滑移系数 即得： 三、能量方程——计算温度（或焓）的增加和速度的关系 利用能量转换与守恒定律。得到： 在级内流体 时： 其中： ——欧拉功，外界对气体所做功； ——外界给气体输入的热量。一般，外界无热量输给压缩机，ｑ＝0。 物理意义： ①包含机械能、热能的能量转换、守衡； ； ②有无粘性的气体均适合； ③是绝热过程。离心压缩机不从外界吸热，而向外解放热极少，则认为 。 ④适用级、整机、任意通流元件。 级—— 叶轮—— 整机—— 扩压器—— 表明：静止流道中， 四、伯努利方程——反映机械能与速度、压力、流动损失之间的关系 通用伯努利方程： 若考虑轮阻损失、泄漏损失，则 即 其中： Ltot—级内叶轮消耗总功; Htot—级内每千克流体获得总能量头； H loss0 →0’—级内总能量损失； Hhyd0 →0’ —级内流动损失； Hdf0 →0’ —级内轮阻损失； Hl0 →0’ —级内泄漏损失。 物理意义： ①叶轮所作机械功转化为: 流体所获得总能量转化为: ②机械能 之间的关系; ③适用于级、整机、任意流通元件; 级—— 整机—— 或 叶轮—— 扩压器—— 则有: ④不可压缩流体 。 ——水力伯努利方程 五、压缩过程与过程压缩功 静压能 ，即有效能量头=压缩功/kg。 总能量头系数 总结： ①五个方程，可知流量、速度及温度的变化； ②一般压缩机、级的进出口 ，则 ，又 ，则叶轮机械能包括： ③ §3.1.3级内的各种能量损失 级内三大损失： 泄漏损失 轮阻损失 流动损失： · 摩阻（沿程摩擦阻力损失） · 分离（边界层分离损失） · 二次流损失 · 尾迹损失 · 冲击损失 · 波阻损失 一、级内的流动损失 流体能量损失的根本原因——粘性。 ①摩擦损失 部位——沿程 原因——拖动力＜粘滞力 摩擦损失的大小为 其中： ｌ——长度； ——平均水力直径； ——平均气速； λ——摩擦系数， ；Ｄ——表面粗糙度。 一般， 时，λ为常数，故 。 措施——粘性↓， ↓，采用直管、短路程。 ②分离损失 部位——扩张角、弯道处 原因——扩张流道、减速增压。 边界粘滞力太大，ｃ↓，ｐ↑，产生压差，出现倒流、旋涡，边界层变厚，边界层分离，造成能量损失。 固定流道中边界层分离严重，效率低，如扩压器。 叶轮流道中边界层分离轻，效率高，如叶轮。 措施—— · 减少弯道，减小扩张角； · 叶轮进出口处，要求 ，控制 。 ③冲击损失 部位——叶轮入口、叶片扩压器入口。 原因—— 工况流量 措施——使 ， ，即在设计工况下工作。 ④二次流损失 部位——弯道、叶轮、叶片扩压器 原因——轴向涡流，有压差，边界层分离 措施—— · 增加叶片数，减少轴向涡流； · 避免急转弯。 ⑤尾迹损失 部位——叶轮叶片尾部、扩压器叶片尾部。 原因——面积突然变大，尾部叶片两边的边界层汇合，旋涡，造成能量损失。 措施—— · 采用机翼型叶片； · 叶片尾部非工作面侧削薄。 ⑥波阻损失 部位——凹面、凹角，气速达到音速。 原因——达到音速的气流，通过凹面形成的压缩波时，出现能量损失且状态参数突变。 措施——防止气流达到音速，限制 。 二、级的泄漏损失 泄漏损失部分计算出来，部分计算到到流动损失中。 部位——固定部件与轮盖、隔板与轴套、轴端。 原因—— ，出现压差，出现压缩、膨胀循环，每次循环均有能量损失，并转化为热量。 措施——迷宫密封。 ①密封的原理——节流降压，减少通流截面积，使泄漏量尽量减少。 ②密封的形式——梳齿 曲折形 平滑形 阶梯形 径向排列 蜂窝形 ③泄漏量的计算 对每齿列出伯努力方程： 且 由质量守恒定律得： EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 特殊地轮盖与固定部件——轮盖密封处。 定义： 泄漏系数 三、级内的轮阻损失 部位——叶轮的轮盖、轮盘外侧，叶轮外缘。 原因——摩擦。 措施——将叶轮结构有由车削盘改为磨光盘。 定义： 轮阻系数 其中 ——轮阻功率。 §3.1.4多级压缩 一、采用多级、多缸串联的必要性 离心式压缩机单机压比低（1.2～1.5），最多9级——采用多级； 为了高增压或输送轻气体——采用多缸。 二、分段、中间冷却 目的——为省功、零冷却。 措施——分段，利用中间冷却器，而不采用气缸套冷却。 设置Ｎ段，则Ｎ－１中间冷却器。 已知 定义：省功比 其中： ——总压比； ——段压比， EMBED Equation.3 ； ——无冷却器总能量头； ——有冷却器总能量头。 总之，分段加中间冷却器要省功。 注意： ①出口气体易燃、易爆、（氢气、氧气），可以多设几段冷却；， ②工艺上要求温度较高，则段数少； ③中间冷却器、管道、水泵所耗功较大、水耗量也大时，少分几段； ④分段省功原则：各段压比相等，即 三、级数与圆周速度和分子量的关系 ①级数与 的关系 减少级数——降低成本，结构紧凑，减少零部件。 可见 。 所以，得到了高压比（或高 ）的方法： · 采用多级数——不可行； · ——受限制。 受到限制的因素（原因）： · 受到叶轮强度的限制； · 受到气流 的限制； EMBED Equation.3 。 · 受到 的限制； ｎ、 一定时， EMBED Equation.3 ，当 超过范围（0.025～0.065），则效率下降。 ②级数与分子量的关系 ａ．级数— 、强度的关系（不同的分子量μ） · ，此时需控制 ，因为此时 不影响叶轮强度，但影响 —— 受限制； · ，此时需控制叶轮强度，因为此时 不是主导因素。但 不可太大——强度受限制。 结论： 不可太大，只好采用多级。 ｂ．级数— 的关系（不同的分子量μ） 一定时，所消耗的压缩功 越少越好。 · 影响大 结论：压缩重气体好压缩，例如 。 · m影响小 §3.1.5功率与效率 内容：总耗功、功率、效率、轴功率。 一、单级总耗功、总功率、效率 总耗功（ ）、总功率（ ）、级效率（ ） ① 、 旋转叶轮消耗功： 欧拉功 （流动损失计在其中） 轮阻损失 泄漏损失 其中： ② 定义： （原因： 由能量方程、伯努利方程得到： 又由压缩功方程得到： 所以 。） 同理可得： ③多变能量头系数 定义： EMBED Equation.3 压缩功 效率 能量头系数 多变过程 等熵过程 等温过程 注意：比较效率时 · 位置——指明级，元件，整机； · 过程——指明多变，等熵，等温； · 工况——指明最佳工况点（最佳效率点），变工况点。 注意：能量损失无法定量写出，只能靠实测出效率，再得到能量损失的数值。 二、多级总耗功、总功率、效率、轴功率 内容：多级总耗功（ ）、总功率（ ）、效率（ ）、轴功率 1 耗功 2 （总功率）内功率 ③（效率）内效率,等温效率 等温效率（中间冷却器）： ④轴功率 （轴功率＝内功率＋机械损失） 其中： 内功率 机械效率 >2000kW ≥97～98% =1000～2000kW ＝96～97% <1000kW ≤96% ⑤原动机输出功率 作业：1、2 §3.1.6实际气体 内容: Z的计算方法 多组分气体的混合法则 实际气体的m 实际气体的 一、实际气体的压缩因子 理想气体： ，定义：三种说法 实际气体： 定义：对比态参数 对比压力、对比温度、对比比容分别为 。 其中 由气体物性表查得 对比态原理——任何不同性质的气体，只要有两个对比态参数相等，另一对比态参数必然相等。 ①两参数通用压缩性系数图 适合：球形分子结构气体——例如Ar,Ke,Xe。Zc=0.23～0.30。 ②三参数通用压缩性系数图 ω——偏心因子 适合：非极性和微极性气体。例如H2,He,Ne.。 ③四参数函数 X——极性因子 适合：极性气体。例如HCL,NH3,H2O(g)。 二、实际混合气体 内容：利用混合法则求混合气体的热力参数。 实际混合气体混合法则: ①凯法则 条件—— EMBED Equation.3 ②徐中法则 vcm= Tcm= Pcm= ③极性物质混合法则——略 ④补充： 体积百分数 质量百分数 摩尔百分数 分子量 等熵指数 气体常数 三、实际气体的过程指数与压缩功 ①理想气体： 等熵指数k,过程指数m. 过程方程 压缩功： ②实际气体： 等熵指数 过程指数 过程方程 压缩功： §3.1.7三元叶轮的应用 见图3—53 §3.2离心压缩机的性能、调节和附属设备 §3.2.1离心压缩机的性能 一、性能曲线、最佳工况点、稳定工况范围 ①性能曲线（即特性曲线、变工况性能曲线） 前提：一定的n、进气条件下。 特性曲线： · （ 容积进气量，指进气状态下） · （ 多指多变效率） · （ 指内功率， ） 运行工作状态——即工况。 鼓风机　　压缩机 ②最佳工况点—— ③稳定工况范围—— 最小流量工况（喘振工况）→最大流量工况（堵塞工况）。 稳定工况范围越宽越容易操作 二、两大不稳定工况——喘振工况、堵塞工况 1. 喘振工况 ①喘振的机理 ａ．旋转失速（旋转脱离） （正冲角）时， ,非工作面侧发生分离损失，有效叶道变窄发生旋转脱离，即 Ａ叶道 负冲角 变好 顺着 方向 Ｃ叶道 正冲角 变坏 逆着 方向 形成的脱离团以 旋转，方向与 相反。 几个叶道同时旋转脱离，形成几个脱离团，导致c、p沿周向脉动，脉动幅值小，频率高，对叶片产生交变应力，当频率与叶片因有频率一致时，发生共振。 ｂ．喘振（最小流量工况） 流量进一步变小，若干个脱离团形成一个大脱离团，占据整个叶道，气流受阻，性能曲线中断，叶轮仍做功，但压力不提高，于是p2下降。 由于管网有大容积，压力不会立刻下降，导致管网压力大于p2，则气流倒流，甚至由进气口喷出。当两压力持平时，气体由于叶轮的旋转，又开始正流，压力提高，向管网供气，流量变大。当管网压力回升时，流量又下降时，又倒流、正流——形成喘振。 ｃ．结论 · 旋转脱离是喘振的前奏； · 喘振是旋转脱离的进一步恶化的结果。 · 喘振内在因素——叶道中几乎充满了气体的脱离； · 喘振外在条件——管网的容积、管网的特性曲线。 ②喘振的危害 流量：正流、倒流 · 性能曲线中断：流量—正流、倒流；ｐ２—变大、变小；η—下降。 · 声音：出现噪音（呼哧）、吼叫、爆音。 · 机器—破坏密封、轴承，出现撞缸。 ③防喘振的措施： ①具备具有喘振警戒线的特性曲线，以及防喘振限（5～10％）； ②降低运行速度，可使流量减少而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低； ③设出口旁路,防止系统减量,多出的量打回压缩机进口，虽浪费功，但防喘振； 部分气体回流法、部分气体放空法： ④进出口装测定仪表：压力表、温度表、流量计，将防喘振与报警联锁或与紧急停车联动； ⑤设置导叶转动机构，调节导叶，防止出现正冲角。 注意：叶轮、扩压器中均有喘振发生 2.堵塞工况（最大流量工况） 原因——流量很大，ｉ＜０，工作面侧发生边界层分离损失； · 此时，叶轮功全部用来应付能量损失，出口压力几乎为0； · 流通面积非常小，流速达到音速，无论如何，流速不再变大，似乎阻塞。 3.多级性能曲线 稳定工况范围 单级 小 大 缓、低 宽 多级 大 小 陡、高 窄 衡量压缩机性能好坏： · 最佳效率高； · 效率曲线平坦； · 稳定工况范围宽． 4.举例：两级压缩机 最小流量时—— 最大流量时—— 得到：第２级先进入不稳定工况。 三、压缩机与管网联合工作 ①管网性能曲线 压缩机＋管网（或管网＋抽气机 ） 背压（端压）－（沿程阻力＋局部阻力）＝系统压力 ②压缩机与管网联合工作 M点 压缩机—— 管网—— △p=△p＇，则Ｍ点为平衡工作点。 Ma、M、Mb分别为管网1a、1、1b下，与压缩机联合工作的平衡工作点。 ③平衡工况的稳定性 平衡是否稳定—— 不稳定平衡 稳定工况的判别条件： 注意：通常喘振点为驼峰顶点。 举例说明，发生喘振的导致原因： ａ． ｂ． ｃ． ｅ． ｆ． ｇ． 错误： 开车——先升压后升速 停车——先降速后降压 应该： 开车——先升速后升压 停车——先降压后降速 四、压缩机的串、并联 压缩机的串联——压头↗、流量相等。 压缩机的并联——流量↗、出口压力相等。 当管网性能曲线较陡时，压缩机并联得不到大流量； 当管网性能曲线较缓时，压缩机串连得不到大压头。 §3.2.2相似理论在离心压缩机中的应用 几何相似——对应边成正比例，对应角相等。 流动相似——对应点的物理参数之比相等。 ， 一、相似理论在离心压缩机中的应用 ①性能换算 ②模化设计 ③作通用性能曲线 ④产品通用化、系列化、标准化。（有利于选型、设计、制造。） 二、相似流动应具备的条件 ①可压缩流体（压缩机） · 几何相似 · 运动相似——叶轮进口速度三角形相似 · 动力相似—— · 热力相似—— ②不可压缩流体（泵） · 几何相似 · 运动相似——叶轮进口速度三角形相似 补充： 两几何相似的机器，若流动相似，则其相似工况的效率相等。 三、性能换算 ①符合相似条件的性能换算 已知参数机：“” 待求参数机：“＇” ②近似符合相似条件的性能换算 两种情况： · ， · 四、通用性能曲线 性能曲线——与n、进气条件有关。 通用性能曲线——条件：流动相似；与n、进气条件无关，与 有关。 §3.2.3压缩机的各种调节方法及其特点 调节——即改变运行工况点的操作。 一、出口节流调节 特点： ①不变压缩机性能曲线 ，只变管网性能曲线 ； ②阀门关小，阻力线变陡，流量变小； ③阀门关小，局部损失↗，效率η↓，且 愈陡，η↓↓； ④方法简单易行。 二、进口节流调节 特点： ① ，则 下降； ②省功。若 不变，则 又 ，则 。 ③有压力损失，且排压p2下降。防喘振。 ④为使进口流场均匀，直管需很长。 三、采用可转动的进口导叶调节（进口预旋调节） 正预旋（正预旋角θ）负预旋（负预旋角θ） 特点： ①改变H～ ； ② ③η变化不大，Mｗ１不可太大，损失大，η↓； ④经济性好，结构复杂，多用在轴流压缩机上。 四、采用可转动的扩压器叶片调节 有叶片的扩压器的压缩机性能曲线较陡，易使扩压器先进入喘振，故用调节 适应 。 特点： ①改变H～ ； ②效率、压头变化很小； ③喘振量可以大为改变； ④结构复杂，使用较少。 五、改变转速调节 特点： ①改变H～ ； ②调节后，压头变化很大，因 ； ③只适用于可变速的压缩机； ④要考虑强度、性能、振动问题。 六、切割叶轮调节 特点： ①改变H～ ； ②适用于长期工况改变； ③不可恢复。 七、压缩机串并联调节 注意：三种调节方法的比较及采用两种调节方法联合工作 以进口节流调节为基准： 结论：按省功由多到少排序：改变转速＞进气预旋＞进口节流 其中改变转速省功多，但出现强度、性能、振动问题。 采用联合调节：改变转速，改变扩压器。 见图3—30 §3.2.4附属设备 ①管网系统 ②油路系统 ③水路系统 ④增（减）速系统 ⑤检测系统 性能检测：参数测量 ； 安全检测：振动、转速、功率、转子轴向位移、温度。 §3.2.5压缩机的控制（不讲） §3.3安全可靠性 §3.3.1叶轮强度 决定叶轮强度的因素：材料、加工、结构、 。 计算应力的方法： ①二次法 ②递推—代入法 ③有限元法 认为：轮盖（特殊轮盘）、叶片（特殊盘形夹层）、轮盘。 §3.3.2轴系的临界转速 ①轴系 · 横向弯曲振动——多 · 扭转振动——少 ②临界转速——当转子的转速与轴系的横向弯曲振动的固有频率一致，发生共振，此时的转速称 。 · 共有 阶（一阶 、二阶 、三阶 …… 阶 ）。 · 它们各自对应的的振幅不同。实际上，轴系的转速较小，故只研究一阶 、二阶 。 ③轴的分类 分为： · 刚性轴—— · 柔性轴—— （即要快速跳过 ） ——以上也称为临界转速的校核条件。 ④为防止发生油膜振荡，要求： ⑤应用 · 刚性轴——透平膨胀机、刮刀卸料离心机、活塞推料离心机； · 柔性轴——离心压缩机、上悬式离心机、高速分离机。 ⑥计算 的方法 · 解析法 · 近似计算法——邓克莱法 · 电算数值法——传递矩阵法 §3.3.3轴向推动的平衡 一、叶轮上的轴向力 · 流体对轮盘、轮盖的压差，造成的轴向力； · 流体流经叶轮，轴向分动量的变化，造成的轴向力。 ①闭式叶轮轴向力的计算 （注意：环隙中的气体，其 ） 因 ，则产生附加轴向力： 方向：高压→低压。 ②半开式叶轮轴向推动力的计算 二、轴向推力的平衡措施 要平衡轴向推力，又不可完全平衡掉，因为要防止轴向窜动。 平衡措施有： ①叶轮对排； ②叶轮背面加筋； ③加平衡盘； ④采用双吸轮。 §3.3.4抑振轴承 一、滑动轴承的基本工作原理 离心压缩机 · 为承受重力——采用径向轴承 · 为防窜动——采用轴向推力轴承 因离心压缩机转速高、转子质量大，故采用滑动轴承。 滑动轴承工作原理： 产生动压力ｐ，方向与ω相反，大小相等。为使Ｑａ变小，Ｑｂ变大，将轴托起，达到连续，Ｑａ变小，Ｑｂ变大，形成油楔。 二、滑动轴承的静态、动态特性 ①静态特性 静态——轴旋转后，被油托起，绕自身轴心 自转，为θ、ｅ一定的稳定运转，叫静态。 静态性能——油压、油量、承载能力、摩阻耗功、轴承温升。 ②动态特性 动态——轴旋转后，被油托起，发生自转（绕轴心）: ω——绕平衡位置 ——径向运动。干扰造成。 ——绕平衡位置涡动。干扰造成。 ——平衡位置 ——轴承几何中心 ——轴几何中心 三、半速涡动和油膜振荡 ①半速涡动 自转 绕 弹簧性质 涡动 绕 阻尼性质 干扰造成 涡动的特点： · 半速涡动； · 同向； · 涡动一旦发生，就在一个大的转速范围持续，且 。 涡动的形式： 涡动的形式 轨迹 力 危害性 收敛的 阻尼力＞推动力 无危害 稳定的 围绕 的椭圆 阻尼力＝推动力 一定范围内无危害 发散的 远离 阻尼力＜推动力 有危害 ②油膜振荡 油膜振荡——干扰造成半速涡动， ，当 即 ，则发生轴、轴承共振，即油膜振荡。振幅很大，且转速无论如何变化，涡动均不消失，机器很危险。 轴—— 涡动—— 结论：为避免油膜振荡，要求 。 四、防止油膜振荡的方法 ①转子方面——提高转子刚度， ，使 ，扩大稳定工作范围。 ②轴承方面——选用抑振轴承 五、抑振轴承简介 ①圆柱轴承——低速重载适用 ②椭圆轴承 ③多油叶轴承 ④多油楔轴承 ⑤可倾瓦轴承—活支四瓦，活支五瓦 ⑥垫块式止推轴承 §3.3.5轴端密封 ①迷宫密封——低压、无毒、不贵重气体，允许少量泄漏。 ②填料密封 ③机械密封 ④液膜密封 ⑤干气密封 一、机械密封 组成——动环、静环、弹簧。 动环： 周向——活动 径向——固定 二、液膜密封（浮环油膜密封） 组成：动环、间隙、轴套。 动环 周向——固定 径向——浮动 三、干气密封 结构与机械密封相似 §3.3.6离心压缩机机械故障诊断 一、机械故障诊断必要性 故障——机器失去工作效能的程度。 故障原因很多，在线的、动态的监测与诊断。 二、机械故障诊断监测系统 见图框 三、故障检测技术 ①机器振动监测 机械振动故障率达60％。 振动信号的采集——测振传感器 振动信号的数据处理——特征信息，得到图形、数字： 波形图 轴心轨迹图 轴颈中心位置图 ②热红外技术 红外热像仪、红外测温仪 ③声发射技术 材料发出弹性波 ④噪声分析技术 采集噪声 ⑤润滑油的光谱、铁谱分析技术 分析油中铁屑、杂质 四、机械故障诊断技术的方法 ①综合比较诊断法 ②特性变化诊断法 ③故障树诊断法 ④模糊诊断法 ⑤专家诊断法 ⑥神经网络诊断法 §3.4选型（透平压缩机选型） 内容：透平压缩机选型的基本原则、选型分类、选型方法、举例。 §3.4.1选型的基本原则 一、提出产品应达到的技术指标 ①性能指标 A.明确性能指标的意义、数值 · 流量 质量流量 (kg/h) 进口容积流量(m3/h,Tin,pin) 标准容积流量(m3/h,T0,p0,) · 压比（出口法兰处压力／进口法兰处压力）﹥压缩机出口管道压力∕进口管道压力 压缩机某设备上压力／进口法兰处压力 · 效率——说明定义、数值 · 功率——可具体值，可由 得出． · 变工况稳定工况范围 比例： 范围； B.明确经常运行的工况点 最佳工况点（最高效率点）——唯一． 可能 达不到要求，加余量 注意：必须注明加余量，加了多少，否则 ②安全指标 · 主要零部件材料（机器承受压力） · 转子动平衡所允许的残余不平衡量（残余颈积） · 工作转速范围（距离临界转速距离） · 主要装配尺寸间隙 · 机器运行的振动值、振幅 二、提出产品的经济指标 ①产品的价格 · 空气机——1万元～几百万元 · 52万吨尿素装置，CO2两缸串联压缩机，1600万元 · 48万吨乙烯装置，裂解气三缸串联压缩机，2400万元 ②供货时间 供货时间: · 厂商按质按量供货所需时间，根据技术储备，必须储备 · 使用单位开工时间 供货早了——耽误开工 供货晚了——错过保修期，保险期 ③使用寿命 一般10～15年曾考虑更新、更经济、更先进设备的问世，“一步到位”？ 三、选用性能调节方式 变工况运行，即变工况调节。 方式有： ①进口阀门调节 ②出口阀门调节 ③转速调节 ④进口预旋（进口导叶）调节 ⑤转动扩压器叶片调节 ⑥串、并联压缩机调节 ⑦切割叶轮调节 四、提出必须配备的仪表设备 · 附属设备——冷却器、油站 · 检测设备——测量仪表 · 控制设备——开、停车，防喘振，联锁紧急停车。 五、其它特殊要求 · 压缩机转子转向 · 机身高度 · 专用工具（检修拆装机器） · 管口方位 §3.4.2选型分类 透平压缩机按压力、流量、介质、结构型式选型。 一、按流量、压力选型 各类压缩机使用范围，见图。 A、按流量选型 ①较小流量用窄叶轮压缩机 级数多、高压比、小流量，要求 。 ｂ２小到1～2mm，需电火花加工， 仅约60％，耗功大，不如选用容积式压缩机。 ②50～5000m3/min时，宜用离心压缩机， ，性能好，效率高。 ③较大流量、选用双吸轮。 ④较大流量，选扭曲叶片、三元叶轮。 ⑤1000～20000 m3/min时，选轴流压缩机。 B、按压力选型 进口压力1atm，则排气压力为: · 离心压缩机＞0.2MPa · 鼓风机0.115～0.2 MPa · 通风机＜0.115 MPa 排气机(压气机)分类 · 压缩机＞0.3 MPa · 鼓风机0.15～0.3 MPa · 通风机＜0.15 MPa 二、轴流式、离心式压缩机的性能比较 ①轴流式的流量大 原因：设 · 进口流通面积 轴流式 离心式 · 进口流速 ②轴流式的压力低 ③轴流式的效率高 a流道轴流式——路程短、弯曲少、损失少 离心式——路程长、弯曲多、损失多 b叶片轴流式——机翼型、扭曲 离心式——机翼型 轴＞离 ④轴流式变工况特性差（变工况适应性差） 轴流式压缩机的曲线较陡 工况稍变效率上下浮动对变工况较敏感 当采用可调动静叶片使冲角 三、按工作介质选型 ①按轻、重气体选型 轻气体—— 重气体——则所选级数少 但不可太大否则太大稳况范围窄、效率下降 ②按气体性质和排气压力选型 易燃、易爆、有毒、贵重——要有泄漏量值 排气压力高——要求温度、有间冷却器 ③按气固、气液两相选型 按两相理论，叶轮——耐锈蚀、合金材料 四、按机器结构特点选型 ①单级离心压缩机 分子量大、压比小，采用单级 半开式径向型叶轮，叶轮圆周速度大。 ②多级多轴离心压缩机 分子量小、压比稍大，采用多级 为使不致太小，采用多轴、不同转速、需增速器 ③多缸串联离心压缩机 分子量很小、但压比很大、而耗功大采用多缸 高压缸转速高，中间加增速器 ④气缸结构 .上、下剖分——易拆装 .垂直剖分——适用干单级叶轮在轴端 .整体高压筒形——高压、外铸造厚壁筒内薄筒 ⑤叶轮结构 .闭式后弯叶轮—— .半开式径向叶轮——结构可紧凑 .三元叶轮——大流量时可防止太宽且 .长短叶片——为使，可使，但太多，太大，故采用长短叶片 .叶轮对排——平衡轴向力 ⑥扩压器结构 .无叶扩压器——结构大，变工况范围大，低，适用多级 .有叶扩压器——结构小，变工况范围小，高，适用单、多级 叶片可调 ⑦轴流、离心混合 同一轴上轴流式——大流量、前几级 离心式——小流量后几级 五、原动机选型 ①汽轮机、燃气轮机——高速、变速 .高速、变工况 .成本高、运行费低 ②交流电动机——不变速 .不能改变转速、转速低、需用增速箱增速 .结构简单，直接与电网连接 ③可调速电动机——变速 .直流电机——改变电阻来变速，不太常用，因要增加设备 .变频电机——改变频率来变速 §3.4.3选型的方法 ①用样本匹配 ②现制作 ③软件设计 §3.4.4选型事例 一、通用的空压机选型 二、高压压缩机选型 三、轴流压缩机选型 弯道——将速度由离心变为向心，大小不变。 回流器——将气体均匀导向轴心。 吸气室——将气体从进气管均匀导向叶轮，以减少损失。 涡壳——将扩压器（或叶轮）出来的气体有序地汇集起来，并引出压缩机。 β２A＞90°（前弯） β２A＞90°（径向）,Hth∞≠f(qV2) β２A＜90°（后弯） 往复压缩机轴封、离心压缩机轮盘、轮盖。 高压、贵重、易燃、易爆、有毒气体。 物理、化学信号 采集、存储、处理、分析 部位、性质、程度、原因 预测、采取措施 大多离心式、也有轴流式 qV2 Hth∞ � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Excel.Sheet.8 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� PAGE 1 _1164357635.unknown _1164458028.unknown _1188366038.unknown _1188968133.unknown _1189494887.unknown _1189542108.unknown _1190662208.unknown _1204611369.unknown _1205089422.unknown _1205503344.unknown _1205503356.unknown _1205503305.unknown _1204611452.unknown _1190662247.unknown _1204611243.xls Sheet1 结构 设计工况效率 变工况效率 稳定工况范围 体积（直径Ｄ４） 无叶扩压器 简单 低 高 宽 大（大） 叶片扩压器 复杂 高 低 窄 小（小） _1190662237.unknown _1190282211.unknown _1190282279.unknown _1190281949.unknown _1190282081.unknown _1190281948.unknown _1189539891.unknown _1189540001.unknown _1189540205.unknown _1189539934.unknown _1189539863.unknown _1189355791.unknown _1189494791.unknown _1189494857.unknown _1189355892.unknown _1189492186.xls Sheet1 气体种类 状态方程 压缩因子 可压缩性 温度、压力 例如 实际气体 Z>1 不可压缩 高＂温＂、高＂压＂ 理想气体 Z=1 可压缩 高温、低压，通常常温、常压。 实际气体 Z<1 易压缩 低＂温＂、低＂压＂ MBD000881E0.unknown MBD0008B693.unknown MBD000881E4.unknown _1189355807.unknown _1189316031.unknown _1189318861.unknown _1189319007.unknown _1189318842.unknown _1189317327.unknown _1188968481.unknown _1188888724.unknown _1188966937.unknown _1188967485.unknown _1188967498.unknown _1188967476.unknown _1188889177.unknown _1188408035.unknown _1188717146.unknown _1188718230.unknown _1188888682.unknown _1188713862.unknown _1188407989.unknown _1164973150.unknown _1165670307.unknown _1179392925.xls Sheet1 特点 缺点 往复活塞式压缩机 ①压力范围广，但排气量小于离心压缩机。 ①结构复杂，易损件多、检修难。 ②效率高。 ②惯性力大，基础笨。 ③适应性强 ③气体易污染。 ④排气不连续，易引起振动。 离心式压缩机 ①转速高，气量大，压力低，质量轻。 ①效率不如往复式压缩机。 ②结构简单，易损件少，易检修，运转率高。 ②通用性差，条件、性质改变则压缩机的性能就改变。 ③排气平稳。 ③技术要求高。 ④气体不受污染。 ④噪音大。 _1179410419.unknown _1179410684.xls Sheet1 流量 冲角正负 有无冲角 发生边界层分离部位 正冲角 非工作面 无冲角 出口非工作面（极少） 负冲角 工作面（多）、出口非工作面（少） MBD0008A8BE.unknown MBD0008A8C0.unknown MBD0008A8C3.unknown MBD0008A8BF.unknown MBD0008A8B9.unknown MBD0008A8BB.unknown _1179770797.unknown _1179408798.xls Sheet1 热力过程 过程方程 过程压缩功 名称 能量头系数 绝热等熵过程 等熵能量头＝等熵压缩有效能量头 等温过程 等温能量头＝等温压缩有效能量头 多变过程 多变能量头＝多变压缩有效能量头 MBD00061DA4.unknown MBD00061DAE.unknown MBD00061DBA.unknown MBD0006E649.unknown MBD0006C55C.unknown MBD00061DB0.unknown MBD00061DA9.unknown MBD00061DAB.unknown MBD00061DA7.unknown MBD00061D9C.unknown MBD00061DA1.unknown _1165730096.unknown _1165731000.unknown _1165738644.unknown _1165744418.unknown _1165744635.unknown _1165745477.unknown _1165745623.unknown _1165745619.unknown _1165744729.unknown _1165744560.unknown _1165738749.unknown _1165744404.unknown _1165738720.unknown _1165731357.unknown _1165731468.unknown _1165738545.unknown _1165731367.unknown _1165731171.unknown _1165731209.unknown _1165731010.unknown _1165730627.unknown _1165730946.unknown _1165730980.unknown _1165730684.unknown _1165730587.unknown _1165730257.unknown _1165730414.unknown _1165671721.unknown _1165728607.unknown _1165729971.unknown _1165730032.unknown _1165729543.unknown _1165729838.unknown _1165728954.unknown _1165675102.unknown _1165727705.unknown _1165675099.unknown _1165675100.unknown _1165673780.unknown _1165670756.unknown _1165670974.unknown _1165671136.unknown _1165670766.unknown _1165670636.unknown _1165670711.unknown _1165670747.unknown _1165670734.unknown _1165670584.unknown _1165670598.unknown _1164978929.unknown _1164980247.unknown _1165669497.unknown _1165669645.unknown _1165670187.unknown _1165669525.unknown _1165668434.unknown _1164979639.unknown _1164980072.unknown _1164980194.unknown _1164979676.unknown _1164979214.unknown _1164979284.unknown _1164979027.unknown _1164976185.unknown _1164978245.unknown _1164978881.unknown _1164978915.unknown _1164978389.unknown _1164976568.unknown _1164978002.unknown _1164977317.unknown _1164976500.unknown _1164976113.unknown _1164976144.unknown _1164976176.unknown _1164973191.unknown _1164973959.unknown _1164976088.unknown _1164973185.unknown _1164463467.unknown _1164963364.unknown _1164970037.unknown _1164970793.unknown _1164971453.unknown _1164971459.unknown _1164971402.unknown _1164971443.unknown _1164970098.unknown _1164970165.unknown _1164970062.unknown _1164964823.unknown _1164969964.unknown _1164970012.unknown _1164969956.unknown _1164964193.unknown _1164964197.unknown _1164963435.unknown _1164962255.unknown _1164963138.unknown _1164963207.unknown _1164963327.unknown _1164963164.unknown _1164962845.unknown _1164963100.unknown _1164962524.unknown _1164961758.unknown _1164962076.unknown _1164961764.unknown _1164961878.unknown _1164463608.unknown _1164463666.unknown _1164463479.unknown _1164458910.unknown _1164462119.unknown _1164463161.unknown _1164463347.unknown _1164463453.unknown _1164463440.unknown _1