哈工大暖通復(fù)試

1、3.13 離心式壓縮機(jī)的壓縮過程3.13.1 離心式壓縮機(jī)消耗的功率離心式壓縮機(jī)中進(jìn)行的是一個(gè)連續(xù)的壓縮過程。如果不考慮壓縮機(jī)進(jìn)、出口的動能、位能的變化，根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程，有Wi + Q = mR (h2 - h1 )對于一個(gè)可逆的絕熱壓縮過程，壓縮機(jī)消耗的內(nèi)功全部用于蒸氣的壓縮（理想過程）。實(shí)際壓縮過程，內(nèi)功一部分用于壓縮蒸氣，使其壓力提高；另一部分用于克服摩擦（高速流動）、渦流、泄漏等各種損失消耗的功率，而這部分能量最終轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，又回到制冷劑蒸氣中，使蒸氣出口的熵增加。因此，壓縮過程并不是等熵壓縮過程，而是一多變壓縮過程，且多變指數(shù) m k（絕熱指數(shù)）。內(nèi)部各項(xiàng)損失用多變效率來衡量。

2、wpp =wi=0.7 0.84，估算時(shí) =0.76。壓縮機(jī)消耗的內(nèi)功率Wi = mR (h2 - h1 )單位質(zhì)量內(nèi)功wi = h2 - h1多變能量頭 單位質(zhì)量多變壓縮功，用 w表p示w=vdppp離心式壓縮機(jī)消耗的內(nèi)功包含多變壓縮功與內(nèi)部各項(xiàng)損失。wi = wp + 損失離心式壓縮機(jī)消耗的內(nèi)功率W= m w = mwp/ iR iRp用絕熱效率 來衡量離心式壓縮機(jī)中內(nèi)部的各項(xiàng)損失，則壓縮機(jī)內(nèi)功率為W = Wad= m (h- h ) /iR2. s1ss絕熱效率與壓縮比、絕熱指數(shù)、多變效率有關(guān)，一般在 0.620.83之間。1內(nèi)功率中消耗于多變壓縮的能量頭為p (h2. s - h1 )

3、wp = p wi =s多變效率wpp =wi機(jī)械效率wim =ws絕熱效率 = wadswi離心式壓縮機(jī)的軸功率還應(yīng)考慮軸承、軸封等摩擦損失，通常用機(jī)械效率 來衡量這部分損失。因此，離心式壓縮機(jī)的軸功率為W = W / = m w/ simRppm3.13.2 葉輪供應(yīng)的多變能量頭氣流在葉輪中的流動是一個(gè)復(fù)合運(yùn)動1相對于葉片來說，氣體沿葉片通道流過葉輪，此速度稱相對速度，用 w 表示；2氣流隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)速度稱為圓周速度，用 u 表示；因此，氣流通過葉輪的絕對速度 c應(yīng)為相對速度 w 和圓周速度 u 的矢量和，即c = w + u如果通過葉輪的制冷劑質(zhì)量流量為 mR ,kg/s ，

4、葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度為，則葉輪進(jìn)口處u1 = r1葉輪出口處u2 = r22進(jìn)口處：單位時(shí)間內(nèi)氣體在圓周方向的動量mR c1u對于主軸的動量矩mR c1u r1出口處：動量mR c2u動量矩mRc2u r2一般的離心式壓縮機(jī)中，蒸氣都是軸向進(jìn)入葉輪的，即 1u 0。這樣，旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生的理論能量頭為wth = u2 c2 u根據(jù)速度三角形c= u- cctg = u (1 - c2r ctg)2u22r222u2 = c2r流量系數(shù)2u2= c2u= 1 - c2r ctg2 功系數(shù)u2u2= 1- 2ctg2w= u2理論能量頭th 2根據(jù)動量矩原理，外力矩 T 應(yīng)等于單位時(shí)間內(nèi)葉輪進(jìn)出口動量矩之

5、差，即T = mR (r2 c2u - r1c1u )如果每秒的角速度為 ，每秒鐘葉輪傳給氣態(tài)制冷劑的功量為 T，因此，每kg氣體從葉輪得到的理論功量為wth = T= (r2 c2u - r1c1u )= u 2c2u - u1c1u mR歐拉方程理論能量頭wth = u22 (1- c2r ctg2 )u2u 22 對于一定直徑的葉輪，轉(zhuǎn)速一定，此值是一定的。因此wth與 (1 -c2 r ctg2 )u2有關(guān)，即與葉輪的結(jié)構(gòu)有關(guān)。= 1 - ctg22壓縮機(jī)的功與流量的關(guān)系從這個(gè)關(guān)系可以看到1.對于后彎葉片， ? 90, 理論能量頭隨流2量的增加而減??；2.對于徑向葉片， 2 = 90,

6、理論能量頭與流量無關(guān)；3.對于前彎葉片， 90，理論能量頭隨2流量的增加而增加。3葉輪理論能量頭中，其中一大部分是用于提高蒸氣壓力的多變能量頭，還有一部分用于摩擦、渦流等的損失。用水力系數(shù) 來表示理論能量頭中用于多變能量頭的份數(shù)，即wp= (u2 )h2= h 能量頭系數(shù)wp = u22 將式= 1 -2 ctg 2兩邊乘以2則得= 2- ctg2222理論上葉輪提供的功率2上式表示了葉輪理論上供給蒸氣的功率與流量的變化關(guān)系。1后彎葉片，功率可能出現(xiàn)最大值，隨 的增加而增加，到最大值后又減??；2前彎葉片和徑向葉片，功率將隨著流量的增加而增大，或是說有超負(fù)荷特性。因此，一般都采用后彎葉片。3.1

7、3.3 離心式壓縮機(jī)的最大圓周速度wp= p wad = u22s4要獲得更大的能量頭，必須提高u2。當(dāng)葉輪直徑一定時(shí)，主要是提高n 。u 2 （n）的提高受兩個(gè)因素的限制：1.材料強(qiáng)度的限制u 2 300 m/s2.氣體動力特性的限制葉輪流道內(nèi)的流速不能超過聲速如果流道內(nèi)出現(xiàn)超聲速區(qū)，就會出現(xiàn)沖擊波與分離現(xiàn)象，能量損失會急驟升高，葉輪供應(yīng)的能量 頭會急驟減 少。入口處聲速a1 =kRT1R氣體常數(shù)， 8314/， 分子量3.14 離心式壓縮機(jī)的特性與調(diào)節(jié)3.14.1 離心式壓縮機(jī)的特性離心式壓縮機(jī)葉輪的理論能量頭為2c2rwth = u2 (1 -ctgu22 )通常用馬赫數(shù)來判別流道內(nèi)是否

8、出現(xiàn)超聲區(qū)。M =由于 不易確定，在離心式壓縮機(jī)中引入M u 2 = u2假想的馬赫數(shù)a1當(dāng) M u2 1.41.6時(shí)，流道內(nèi)可能出現(xiàn)聲速。由此可見， a1與制冷劑性質(zhì)有關(guān)（ k， R）。1. 分子量小的制冷劑（如氨、丙烷等），聲速大；葉輪中一般就達(dá)不到聲速，圓周速度的提高主要受材料強(qiáng)度的限制；2. 分子量大的制冷劑（如 R123、 R22 等），聲速?。蝗~輪中很容易達(dá)到聲速。因此，圓周速度的提高就受氣體動力特性的限制。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)出口質(zhì)量流量相等，有mR = c2r A2= VRv2v1VRv2c2r =A2 v1因此有wth= u22 (1 - VR v2 ctg2 )wth =

9、f (VR )A2 v1u25對于結(jié)構(gòu)一定、轉(zhuǎn)速一定的壓縮機(jī)， u2 , A2 , 2 都是常數(shù)。一般說，v2 / v1 的變化也不大，則理論能量頭與流量基本上成直線關(guān)系。對于后彎葉片（ 90）VR wth 當(dāng)流量小于 S點(diǎn)的流量時(shí)，由于軸向渦流的影響，蒸氣不能均勻地流入各個(gè)流道，流道內(nèi)的汽流發(fā)生嚴(yán)重脫離現(xiàn)象，葉輪輸出的能量頭突然下降，導(dǎo)致排汽管的汽體倒流。倒流回的汽體使葉輪中的流量增加，排出壓力又升高，排出汽體。而后，流量又不足，排出壓力下降，汽體又倒流。如此周期性地反復(fù)進(jìn)行，這種現(xiàn)象稱喘振現(xiàn)象。離心式壓縮機(jī)的制冷量Qe = VRqvwp = f (VR )w p = f (Qe )3.14

10、.2 離心式壓縮機(jī)制冷量的調(diào)節(jié)1壓縮機(jī)吸入蒸氣節(jié)流調(diào)節(jié)相當(dāng)于改變需要的能量頭VR ,qv 這種方法比較簡單，但吸汽節(jié)流有能量損失，不太經(jīng)濟(jì)。62改變轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降低可導(dǎo)致制冷量急劇減少n在 100 80范圍內(nèi)變化 制冷量在 100 50范圍內(nèi)變化。改變轉(zhuǎn)速的方法（ 1 ）對于用汽輪機(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)，可以改變汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，這種辦法最為經(jīng)濟(jì)。（ 2 ）電動機(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)，可以改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，但這種方法經(jīng)濟(jì)性較差。4改變冷凝器的冷卻水量改變冷凝器的冷卻水量，即改變了 tc冷卻水量 tc 制冷量離心式壓縮機(jī)的制冷量隨著冷凝溫度有著比較大的變化。但這種方法也不經(jīng)濟(jì)。325141/3改變進(jìn)口導(dǎo)

11、葉角度當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)葉角度改變時(shí)，即改變了蒸氣進(jìn)入葉輪的速度方向。根據(jù)wth = u2 c2 u - u1c1u可知，葉輪所產(chǎn)生的能量頭就有變化，從而改變了壓縮 機(jī)的特性曲 線。調(diào)節(jié)范圍 30% 100% ，經(jīng)濟(jì)性好。5熱汽旁通所謂熱汽旁通，就是從壓縮機(jī)出口引出一部分蒸氣，不經(jīng)冷凝器，而經(jīng)節(jié)流后直接旁通到壓縮機(jī)的吸汽口，從而減少了進(jìn)入系統(tǒng)的制冷劑流量，即減少了制冷量。這種調(diào)節(jié)方法的能量損耗大，所以一般不作為制冷量的常規(guī)調(diào)節(jié)方法，只作反喘振調(diào)節(jié)。當(dāng)壓縮機(jī)負(fù)荷太小時(shí)，可能會發(fā)生喘振現(xiàn)象，這時(shí)旁通一部分排汽到吸入口，不使壓縮機(jī)吸汽量過小，既防止了喘振，而同 時(shí)又調(diào)節(jié)了 制冷量。小 結(jié)壓縮機(jī)的作用是：1從蒸

12、發(fā)器中吸出蒸氣，以保證蒸發(fā)器內(nèi)一定的蒸發(fā)壓力；2提高壓力（壓縮），以創(chuàng)造在較高溫度下冷凝的條件；3輸送制冷劑，使制冷劑完成制冷循環(huán)。壓縮機(jī)的種類很多，可分為兩大類 容積型與速度型。7往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮機(jī)理論容積流量，或稱活塞排量VSW = D 2 S n Z = D 2 SnZ460240理想壓縮機(jī)的理論制冷量為Qe. th= VSW qv = mR.th qe理想壓縮機(jī)的功率為Wid = mR. th (h2 - h1 )s= VSW(h2 - h1 )sv1往復(fù)式壓縮機(jī)的特性Qe = fQ (tc ,te )Ws = fW (tc ,te )K e = f K (tc ,te )對于同一臺壓縮機(jī)，采用同一種制冷劑，其制冷量、軸功率、單位軸功率制冷量都是隨著工況的改變而改變。螺桿式壓縮機(jī)構(gòu)造與工作過程每對齒槽空間都依次經(jīng)歷著吸汽、壓縮、排汽三個(gè)過程。在同一時(shí)刻同時(shí)存在著吸汽、壓縮、排汽三個(gè)過程，不過它們發(fā)生在不同的齒槽空間。容積效率 = vplvi影響 的因素v壓縮機(jī)的實(shí)際制冷量qeQ = Vq= VevSWvvSWv1壓縮機(jī)的軸功率Wad1vVSWWs =im=v1(h2 -