壓縮機基本知識1

1、壓壓 縮縮 機機 基基 本本 知知 識識第一章第一章 離心式壓縮機基本知識離心式壓縮機基本知識第二章第二章 熱力學(xué)基本知識熱力學(xué)基本知識第三章第三章 離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)與基本原理離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)與基本原理第四章第四章 離心式壓縮機組的防喘振與安全離心式壓縮機組的防喘振與安全 保護系統(tǒng)保護系統(tǒng)第五章第五章 內(nèi)燃機原理內(nèi)燃機原理第六章第六章 離心式壓縮機組的技術(shù)管理離心式壓縮機組的技術(shù)管理 第一章第一章 離心式壓縮機的基本知識離心式壓縮機的基本知識第一節(jié) 離心式壓縮機的種類 一壓縮機的用途與分類 壓縮機的用途：壓縮機是一種用來壓縮氣體、提高氣體壓力來輸送氣體的機器，它的作用原理是：把燃料的熱能轉(zhuǎn)

2、化為氣體的機械能。氣體在壓縮機中需要經(jīng)過四個過程,即熱力循環(huán)的四個沖程：（1）壓縮：空氣被壓縮；（2）燃燒：燃料加入壓縮空氣中并點火；（3）膨脹：燃燒后的天然氣通過一個噴管而膨脹并對外作功；（4）排氣：燃燒后的天然氣被排放到大氣中。壓縮機廣泛應(yīng)用于化工企業(yè)各部門，主要用途是：（1）壓縮氣體用于輸送。（2）作為動力。（3）用于制冷和氣體分離。（4）用于氣體的合成和聚合。（5）用于油的加氫精制。 2.壓縮機的種類：（1）按作用原理分為：容積式和速度式。容積式壓縮機靠在氣缸作往復(fù)運動的活塞或旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)子來改變工作容積，從而使氣體體積縮小而提高氣體的壓力，即壓力的提高是依靠直接將氣體體積壓縮來實現(xiàn)的

3、。速度式壓縮機靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用，提高氣體的壓力和速度，然后在固定元件中使一部分氣體的速度轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能，既借助高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用，首先使氣體分子得到一個很高的速度，然后在擴壓器中使速度降下來，把動能轉(zhuǎn)化為壓力能。（2）按結(jié)構(gòu)形式分： （3）按氣缸形式分為水平剖分式和垂直剖分式。（4）按壓力等級分為：低壓壓縮機（出口壓力0.2450.98MPa）、中壓壓縮機（0.989.8MPa）、高壓壓縮機（9.8MPa） （5）按壓縮介質(zhì)來分為空氣壓縮機、天然氣壓縮機、氮氣壓縮機、氧氣壓縮機、合成氣壓縮機、二氧化碳壓縮機等。（6）按壓縮機用途分為制冷壓縮機和遠程輸送壓縮機。 二.離心式壓縮機的典型結(jié)

4、構(gòu)離心式壓縮機的典型結(jié)構(gòu):(見下頁圖)壓縮機的主軸帶動工作葉輪旋轉(zhuǎn)時，氣體自軸向進入，并以很高的速度被離心力甩出葉輪，進入具有擴壓作用的固定導(dǎo)葉中，在這里其速度降低而壓力提高，接著又被第二級吸入，通過第二級進一步提高壓力，以次類推，一直達到額定壓力。濮陽首站壓縮機組的發(fā)動機包含2級轉(zhuǎn)子葉片，壓縮機包含11級轉(zhuǎn)子葉片。 三.離心式壓縮機的驅(qū)動：1.對驅(qū)動機的要求：（1）驅(qū)動功率足。離心式壓縮機廣泛用于大中流量、中低壓力比、耗功比較多、軸功率比較大、需要有足夠功率的驅(qū)動機，通常驅(qū)動功率在數(shù)千千瓦以上，個別需要幾萬千瓦。（2）轉(zhuǎn)速高。離心式壓縮機是一種高速旋轉(zhuǎn)的工作機械，工作轉(zhuǎn)速常在3000轉(zhuǎn)/分以

5、上（濮陽站壓縮機組轉(zhuǎn)速在14000RPM左右），經(jīng)常要求與高速旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機直接連接，避免使用高轉(zhuǎn)速、大功率、高精度的齒輪增速裝置。（3）結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡單，啟動迅速方便，容易開停車。（4）運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動小、防爆安全可靠、能長周期運轉(zhuǎn)。（5）調(diào)節(jié)性能良好，能適應(yīng)離心式壓縮機的變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),調(diào)節(jié) 迅速、穩(wěn)定。 2.驅(qū)動機的種類：有電動機、汽輪機、燃氣輪機和內(nèi)燃機。目前常用的是電動機和氣輪機。（1）電動機。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較簡單，啟動迅速、簡便。缺點：轉(zhuǎn)速較低，需要增設(shè)齒輪增速器(應(yīng)縣站的壓縮機組是由電機驅(qū)動的,它的電機轉(zhuǎn)速約為3100RPM,壓縮機轉(zhuǎn)速約為12000RPM,中間就需要一個齒輪增速裝置)；不能或

6、不易于變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；大型電動機功率受限制，防爆通風(fēng)裝置復(fù)雜。 （采用正壓通風(fēng)結(jié)構(gòu)，壓縮機啟動前必須先啟動通風(fēng)裝置，以清除通風(fēng)系統(tǒng)和周圍環(huán)境中的爆炸介質(zhì)。就拿天然氣來說吧，它的爆炸極限是515%，如果介質(zhì)中的天然氣濃度在此范圍內(nèi)那么如果有摩擦等因素則極易發(fā)生爆炸）。綜上所述，電動機適用于中小功率機組，在使用汽輪機有困難之處時使用。 （2）工業(yè)氣輪機。優(yōu)點：驅(qū)動功率大，單機功率可從幾千千瓦到幾萬千瓦；可任意選定工作轉(zhuǎn)速，范圍一般在300020000轉(zhuǎn)/分（r/min），并能在額定轉(zhuǎn)速的80105%范圍內(nèi)調(diào)速，便于使用最經(jīng)濟的變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；具有防爆防火防潮等特性，安全性能好，可露天運行；效率較高，高轉(zhuǎn)速

7、運行時效率更為理想；熱點聯(lián)合經(jīng)濟性能好，綜合熱效率高；啟動運行幾乎不用電源，減少了對電網(wǎng)供電的依賴性，運行費用低；使用性能良好，可帶負荷低速啟動，啟動升速平衡，能長周期連續(xù)運行，一般可連續(xù)運行23年不檢修。缺點：輔助設(shè)備和管線多（潤滑油系統(tǒng)、水泵、冷卻塔等）；不能在短時間內(nèi)啟動，啟停機操作復(fù)雜（啟動時需暖管、排液、暖機及啟動輔助系統(tǒng)等，特別是在寒冷的冬天。鄯善首站的機組，在冬天啟動機的潤滑油系統(tǒng)始終處于預(yù)熱狀態(tài)）。 綜上所述，氣輪機適用于大功率高轉(zhuǎn)速機組，特別是變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)機組。（3）燃氣輪機。優(yōu)點：體積小、重量輕、占地面積小、投資??；輔機耗功少（只占主機功率的1%左右），用水少甚至不用，潤滑油

8、消耗少；結(jié)構(gòu)簡單、零件少、摩擦部件少、振動小；燃料適應(yīng)性強（可用各種液體、氣體或雙重燃料）；啟動快，從冷態(tài)啟動加速到滿負荷，一般為330分鐘。 缺點：另部件工作溫度高、高溫部件使用壽命短、材料費用高；效率比較低。綜上所述，燃氣輪機適用于燃料來源充分之處，其高溫排氣能引入余熱鍋爐、加熱器或轉(zhuǎn)化爐中，使能量獲得充分利用之處。綜述：一個壓縮機采用什么樣的驅(qū)動機需要綜合考慮以上各種因素，不能單方面考慮某一個條件，還要考慮地理環(huán)境等因素。 第二節(jié) 離心式壓縮機的應(yīng)用范圍一、離心式壓縮機的特點：是一種速度式壓縮機。1。優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)簡單，易損件少，維修量少，運轉(zhuǎn)周期長；（2）轉(zhuǎn)速高，氣流速度大，機器尺寸

9、小， 重量輕，占地少， 投資省，運行安全可靠。（3）運行平穩(wěn)，排氣量大，氣流平穩(wěn)，排氣均勻，無脈沖，振動小，基礎(chǔ)受力均勻；（4）機內(nèi)不需潤滑，氣體不易被潤滑油所污染，密封效果好，泄露現(xiàn)象少。（5）易于實現(xiàn)自動化控制和大型化。（6）能長周期連續(xù)運行。（7）便于綜合利用熱能，可用氣輪機直接驅(qū)動，便于變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。2。缺點：（1）操作適應(yīng)性差，氣體性質(zhì)對操作性能影響很大。（2）氣流速度大，另部件表面磨損大，效率較低。（3）有喘振現(xiàn)象，對機組危害極大，必須采取防喘措施。（4）兩機并行操作運行較為困難。適用范圍：適用于大中流量、中低壓力。 第二章第二章 熱力學(xué)基本知識熱力學(xué)基本知識 壓縮機及其驅(qū)動機的工作

10、原理是以熱力過程和熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)的。工程熱力學(xué)就是講述由熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的客觀規(guī)律，同時尋找進行這種轉(zhuǎn)變的最有利條件。壓縮機及其驅(qū)動機的很多另部件不僅受到燃料氣體壓力的作用，同時還要受到高溫燃氣的不斷加熱，因此伴隨發(fā)生復(fù)雜的傳熱過程。為了學(xué)習(xí)和掌握壓縮機的工作原理、結(jié)構(gòu)和使用維修等內(nèi)容，我們首先學(xué)習(xí)一些與壓縮機有關(guān)的熱力學(xué)知識。第一節(jié)第一節(jié) 氣體狀態(tài)參數(shù)和基本定律氣體狀態(tài)參數(shù)和基本定律 一在工程熱力學(xué)中，表征氣體狀態(tài)的常用參數(shù)有六個：壓力P、比容、溫度T、內(nèi)能U、焓h、熵S。其中壓力、溫度、比容這三個參數(shù)是可以通過測量獲得的，叫做基本狀態(tài)參數(shù)。1.壓力：壓力就是工質(zhì)對單位面積容器壁面的垂直作

11、用力（物理學(xué)上稱之為壓強），通常用符號P來表示。 在工程上壓力的度量單位有：（1）國際單位制壓力單位“帕”，符號Pa。它的物理意義是指在1米2面積的垂直方向上，有1牛頓的作用力，即1Pa=1N/m2。在工程上，Pa的單位太小，為了計算方便，一般用千帕（KPa）或兆帕（MPa）.它們的換算關(guān)系為1Kpa=103Pa，1Mpa=106Pa。（2）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：又稱物理大氣壓，代號atm。它的物理意義是指在 1厘米2面積上有1.033公斤力的作用力，即1atm=1.033kgf/cm2=1.01325105Pa。 (3)巴（bar）：1bar=105Pa。(4)壓力也可以用液柱高度來表示：1Kpa=0

12、.102mH2O,1物理大氣壓=0.760mHg=10.33mH2O.(5)過去習(xí)慣使用的壓力度量單位為工程大氣壓：1工程大氣壓=1kgf/cm2。在熱力學(xué)中，壓力的表示方法有兩種：絕對壓力和相對壓力。所謂絕對壓力，就是氣體分子作用于容器壁的真實壓力。另一種叫相對壓力，就是用測壓儀器（壓力表）測得的壓力讀數(shù)。表壓力=絕對壓力大氣壓力。2.溫度：溫度是一種衡量物體冷熱程度的參數(shù)，它可以用溫度計進行測量。最常用的溫度標(biāo)準(zhǔn)稱為（1）攝氏溫標(biāo)，用符號tOC來表示。（2）熱力學(xué)溫標(biāo)T，單位為開爾文，用K表示。熱力學(xué)溫度又叫絕對溫度。攝氏溫度t和熱力學(xué)溫度T之間的換算關(guān)系為：T（K）=273+t（0C）。

13、必須指出，絕對零度 在實踐中是達不到的，任何物質(zhì)總是處于運動之中，所以物體的分子運動是不可能停止的，在科學(xué)技術(shù)上只能作到逐步接近于絕對零度而永遠也不可能達到。3.比容：比容就是單位質(zhì)量氣體所占有的容積，以符號表示，它的單位是米3/千克。顯然，比容和密度互成倒數(shù)關(guān)系，即=1。 二理想氣體定律：所謂理想氣體，是指分子本身不占體積，分子之間也不存在吸引力和排斥力的這樣一種假想氣體。實際上理想氣體是不存在的，這只不過是為了分析和計算而抽象出來的一種概念。在熱力工程中，常用的氣體如氧、氫、一氧化碳、二氧化碳等，與理想氣體十分接近，一般可做理想氣體處理。下面介紹一下理想氣體所遵循的基本定律。1波義耳馬略特

14、定律：英國科學(xué)家波義耳和法國科學(xué)家馬略特通過實驗各自獨立地發(fā)現(xiàn)了下面的定律：溫度不變時，理想氣體的比容與它的絕對壓力成反比，可以寫成：P1/P2=2/1，或P1/P2=1/2。2蓋。呂薩克定律：法國科學(xué)家蓋。呂薩克經(jīng)實驗得出：壓力不變時，理想氣體的比容和其絕對溫度成正比?？蓪懗桑?/2=T1/T2，或1/2 =T2/T13.查理定律：法國科學(xué)家查理最先研究發(fā)現(xiàn)：比容不變時，理想氣體的絕對溫度與絕對壓力成正比?？梢詫懗桑篜1/P2= T1/T2。 第二節(jié)第二節(jié) 理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體狀態(tài)方程式 要使燃料的熱能部分地轉(zhuǎn)化為機械能，需要依靠工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生一系列有規(guī)律的變化。而工質(zhì)的狀態(tài)是由壓力P、

15、比容和溫度T這三個基本參數(shù)來表示的。這三個參數(shù)之間并不是孤立的，而是有內(nèi)在聯(lián)系的。一定量的氣體在開始時的狀態(tài)我們用P1、1 、T1 來表示，經(jīng)過狀態(tài)變化后氣體狀態(tài)用P2、2 、T2來表示。 綜合上述三個定律可以得到：P11/ T1= P22/ T2=R或P=RT（21式，適用于1千克氣體）。由于V=m，因而對于m千克的氣體來說，上式可以寫成：PV=mRT（22式適用于m千克氣體）。1式和2式稱為理想氣體狀態(tài)方程式。式中：P絕對壓力，N/m2（牛頓/米2）比容，m2/Kg（米3/千克）T絕對溫度，Km氣體質(zhì)量，KgR氣體常數(shù)，J/（Kg*K）（焦耳/千克*開），R=8314/，為氣體的分子量。

16、第三節(jié)第三節(jié) 熱力學(xué)的兩個定律熱力學(xué)的兩個定律 熱力學(xué)第一定律：大量的生產(chǎn)實踐和生活實踐證明：熱和功是可以互相轉(zhuǎn)化的。能量轉(zhuǎn)換守恒定律指出：“各種能量可以相互轉(zhuǎn)化，但它們的總量保持不變”。熱力學(xué)第一定律就是能量轉(zhuǎn)換和守恒定律在熱力學(xué)上的應(yīng)用。它可表達為：“熱能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，機械功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，一定量的熱能可以轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)量相當(dāng)?shù)臋C械功，一定量的機械功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)量相當(dāng)?shù)臒崮堋薄１硎緸椋篞=U+w（23式）。Q：進入氣體的能量；U：系統(tǒng)本身能量的增加；w：氣體對外所做的功。熱能用卡（cal）表示，機械功用焦耳（J）表示，1卡=4.1868焦耳4.2焦耳。熱力學(xué)第二定律：“熱能不可能自發(fā)地、

17、不付代價地從一個低溫物體傳至另一個高溫物體；使熱能全部而且連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功是不可能的（必然存在熱損失）；只吸熱不放熱的單熱源熱機（只有熱源而不傳給冷源）是不可能實現(xiàn)的。”第四節(jié)第四節(jié) 熱力循環(huán)過程熱力循環(huán)過程 在工程熱力學(xué)中，熱力循環(huán)經(jīng)常是由定容過程、定壓過程、定溫過程、絕熱過程、多變過程等組成。下面分別介紹一下。1.定容過程：一定量的氣體在熱力過程中，保持容積不變的過程，稱之為：定容過程。即在整個過程中，2=1=常數(shù)。在P1圖上是一條平行于縱坐標(biāo)的直線。12表示吸熱，12表示放熱。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程P=RT推出： T2/T1 =P2/P1，也就是查理定律。特點：定容過程定容過程（1）功量

18、計算：既然容積不變，氣體不對外作功，w=P*d=0。（2）熱量的計算：Q=C（T2-T1）。根據(jù)熱力學(xué)第一定律Q=U+w，因為w=0，所以Q=U= C（T2-T1）。（24式）。這表明：在定容過程中，氣體所吸收的熱量全部用來增加氣體的內(nèi)能。2.定壓過程：壓力不變情況下進行的熱力過程稱為定壓過程。既在整個過程中P2=P1=P=常數(shù)。在P1圖上是一條平行于橫坐標(biāo)的直線。12表示 定壓過程定壓過程定壓膨脹吸熱，12表示壓縮并放熱。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程P=RT推出： T2/T1 =2/1，也就是蓋。呂薩克定律。特點：（1）功量的計算：由于在整個過程中P是常數(shù)，因此w=12Pd=P（21）=R（T2-T

19、1）（25式）（根據(jù)P=RT）。（2）熱量的計算：定壓過程中Q=CP（T2-T1）。將熱力學(xué)第一定律Q=U+w帶入上式，CP（T2-T1）=U+w，因為U= C（T2-T1），w= R（T2-T1），所以CP（T2-T1）= C（T2-T1）+ R（T2-T1），整理得：CP= C+ R或CP-C= R。（26式）。 26式稱為：“邁耶方程式”，表示在定壓條件下，溫度升高10C所需熱量比在定容下所需熱量要多一些，所多的就是定壓過程用于對外作功所需熱量。3.定溫過程：溫度不變情況下進行的熱力過程稱為定壓過程。既在整個過程中T2=T1=T=常數(shù)。在P1圖上如圖所示。12表示定溫膨脹吸熱過程，定溫過

20、程定溫過程12表示定溫壓縮放熱過程。特點：（1）功量的計算：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程P=RT，R、T都是常數(shù)，所以P=常數(shù)。（27式）既波義耳馬略特定律。W=RT*ln（P1/P2）=RT*ln（2/1）（2）熱量計算：根據(jù)熱力學(xué)第一定律Q=U+w，氣體溫度不變，理想氣體內(nèi)能就沒有變化，因此U=0，所以Q=w（28式）。 4絕熱過程：所謂絕熱過程就是氣體狀態(tài)變化的時候和外界沒有熱量的交換，既是氣體不吸收外界的熱量，也不向外界放出熱量。在內(nèi)燃機熱力過程中的壓縮、膨脹過程，由于活塞運動的很快，熱量來不及傳給氣體或氣體來不及向外界放熱，可認為是近似的絕熱過程。(1)初態(tài)、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：PK=常數(shù)。通

21、常在做近似計算時，空氣的絕熱指數(shù)K可以取1.4，燃氣的K取1.33。 P、的關(guān)系：P22K=P11K；T、的關(guān)系：T2/T1=（1/2）（K-1）；T、P的關(guān)系：T2/T1=（P2/P1）（K-1）/K。（2） 功量計算：（根據(jù)熱力學(xué)第一定律和微積分知識）W=R（T1-T2）/（K-1）。（3） 熱量計算：q=0，W=U1-U2。絕熱過程絕熱過程5.多變過程：前面所研究的四個熱力過程，都各有一個特點，就是在每一個過程中，都有一個參數(shù)保持不變。如在定容過程中工質(zhì)的比容不變，在定壓過程中工質(zhì)的壓力不變，在定溫過程中工質(zhì)的溫度不變，在絕熱過程中工質(zhì)與周圍介質(zhì)沒有熱量交換。所以上述四個過程都是氣體狀態(tài)

22、變化的特殊過程。但實際過程比較復(fù)雜，P、T都發(fā)生變化，而且與外界存在熱量交換。因此我們用一個帶普遍性的過程來表示各種不同的過程，這便是多變過程。 其方程式為：Pn=常數(shù)。其中n稱為多變指數(shù)。在一個特定的過程中，n是一個定值。但不同的多變過程，其n值不同。當(dāng)n=0時，P0=P=常數(shù)，為定壓過程；當(dāng)n=1時，P1=P=常數(shù)，為定溫過程；當(dāng)n=K時，PK=常數(shù)，為絕熱過程；當(dāng)n=時，P=常數(shù)，即P1/=P0=常數(shù)，為定容過程。n的數(shù)值根據(jù)具體條件來確定。 （1） 初態(tài)、終態(tài)參數(shù)間的關(guān)系：Pn=常數(shù)，Tn-1=常數(shù)，TnP1-n=常數(shù)。（2） 功量計算：（根據(jù)熱力學(xué)第一定律和微積分知識）W=R（T1-

23、T2）/（n-1）。 ( 3)熱量計算：q=Cn（T2-T1）Kj/Kg，其中Cn=CV（n-k）/（n-1）。 第五節(jié)傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識第五節(jié)傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)時，與高溫燃氣相接觸的零件強烈受熱，如不加以適當(dāng)?shù)睦鋮s會使內(nèi)燃機過熱，導(dǎo)致充量系數(shù)下降（進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣減少），燃燒不正常（早燃或爆燃），機油粘度變低，零件的摩擦和磨損加劇。結(jié)果使內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性、可靠性和使用壽命大大降低。所以應(yīng)該設(shè)法加以冷卻。這種熱能以任何一種方式從一個物體傳到另一個物體中去的現(xiàn)象稱為熱交換。內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)中始終存在著熱交換。 傳熱是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，為了便于研究，根據(jù)過程的物理本質(zhì)，將它分為三類：（1

24、）導(dǎo)熱。導(dǎo)熱是指物質(zhì)各部分直接接觸而發(fā)生的熱量交換現(xiàn)象。導(dǎo)熱時物體各部分之間無宏觀的相對位移，單純的導(dǎo)熱現(xiàn)象可以在密實的固體中發(fā)生。（2）對流：由于流體各部分發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞過程叫對流。這種過程發(fā)生在液體與氣體之間。 （3）輻射：以電磁波的形式傳遞能量的過程叫輻射。這種現(xiàn)象與導(dǎo)熱和對流有著本質(zhì)的區(qū)別，它不需要物體間的直接接觸，只要溫度大于絕對零度的物體，它的熱能就有可能轉(zhuǎn)化為電磁波而向四周輻射，而另一物體在吸收了電磁波以后又把它轉(zhuǎn)化為熱能。在實際過程中，各種熱交換形式是同時存在的。如內(nèi)燃機工作時，高溫燃氣與缸壁接觸以對流形式將熱傳給缸壁，又以導(dǎo)熱形式傳給另一側(cè)缸壁，又以對流形式將熱

25、傳給冷卻水，冷卻水再到散熱器。同時缸體對空間也會發(fā)生輻射換熱。所以內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)的傳熱形式既有導(dǎo)熱又有對流和輻射，三者并存。一溫度場和溫度梯度：一溫度場和溫度梯度：在某一瞬間，物體內(nèi)部溫度的分布情況叫溫度場。一般情況下物體內(nèi)部的溫度分布不僅隨空間而變化，而且還隨時間而變化，既溫度是時間和空間的函數(shù)。這種隨時間而變化的溫度場叫不穩(wěn)定溫度場，這種溫度場內(nèi)發(fā)生的導(dǎo)熱現(xiàn)象成為不穩(wěn)定導(dǎo)熱。如內(nèi)燃機啟動或停機情況下缸壁周圍的傳熱。溫度分布不隨時間而變化的溫度場稱為穩(wěn)定溫度場。這種情況下發(fā)生的導(dǎo)熱稱為穩(wěn)定導(dǎo)熱。如長時間穩(wěn)定工況下運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機缸壁的換熱。在溫度場中同一瞬間，溫度相同的各點所連接的面，稱為等溫面

26、。不同溫度的等溫面不會相交。溫度梯度是一種等溫面法線方向的矢量，它的正方向是朝溫度增加的方向。溫度降度指負的溫度梯度，它的數(shù)值與溫度梯度相等而方向相反。二傅立葉定律二傅立葉定律：按傅立葉定律研究確定，兩個等溫面之間所傳遞的熱量Q與溫度降度、時間t和垂直于熱量傳遞方向的截面積F成正比。既單位時間通過的熱量為：Qt*F/n，如果寫成等式Q=F*t/n（W），式中F導(dǎo)熱面積，m2；t兩個等溫面之間的溫度差，0C；n兩個等溫面之間的法向距離，m；導(dǎo)熱系數(shù)（表明物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小），W/（m*0C），導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值等于在單位時間內(nèi)溫度沿著等溫面法線方向每單位長度上溫度降低1時，每單位面積上所傳導(dǎo)的熱量。

27、三對流換熱的計算：三對流換熱的計算：流體與固體表面相接觸時所進行的熱量傳遞過程稱為對流換熱。在實際計算中，由于影響 因素很多，一個個考慮很煩瑣。牛頓建議用一個形式極為簡單的公式既牛頓公式來計算：Q=*（tw-tf）*F（W）來計算。其中：tw固體壁表面溫度，0C；tf流體溫度，0C；F壁表面面積，m2；放熱系數(shù)（表征對流換熱過程強弱的指標(biāo)），W/（m2*0C），放熱系數(shù)在數(shù)值上等于溫差t為1時每m2傳熱面與流體在單位時間內(nèi)所交換的熱量。四輻射的四次方定律四輻射的四次方定律：輻射是一切物體固有的特性，任何物體都在不斷的放射輻射能。這種能量落在其他物體上時分成三部分：一部分被吸收，一部分被反射，另

28、一部分將穿過該物體。物體所吸收那部分輻射能又重新轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。被反射出去那部分能量，就會落在其他物體上，而被其他物體所吸收。穿透過去的那部分能量同樣也要被其他物體所吸收。所以經(jīng)過一系列的吸收后，被輻射出去的能量，就完全分配在周圍各個物體之中。任何物體的輻射能力是指該物體在單位面積和單位時間內(nèi)所放出的能量，用E來表示。通過實驗得出：“絕對黑體的輻射能力與其表面絕對溫度的四次方成正比”。這個結(jié)論稱為：斯蒂芬波茨曼定律。寫成等式為：E0=0*T4（W/m2） ,式中，E0絕對黑體輻射出的熱量； 0比例常數(shù)。0=5.6710-8W/(m2*K4).上式也可以寫成:E0=5.67(T/100)4= C0(

29、T/100)4(W/m2),其中C0=5.67 W/(m2*K4),稱為黑體的輻射系數(shù).工程常見物體都不是絕對黑體，其輻射能力E都小于絕對黑體的輻射能力E0，既EE0。為了求得不同物體的輻射能力E，故另E/E0=，我們稱實際物體的輻射能力與同溫度下絕對黑體的輻射能力之比值為該物體的黑度，它表明了該物體接近于絕對黑體的程度，由于EE0，所以1。所以E=E0*=*C0（T/100）4（W/m2）（可以查表得出）。第三章第三章 離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)離心式壓縮機的結(jié)構(gòu)與工作原理與工作原理第一節(jié) 離心式壓縮機的基本結(jié)構(gòu)離心式壓縮機的輸送介質(zhì)、壓力和輸氣量不同，規(guī)格、型式不同，但它的基本結(jié)構(gòu)和基本元件是相同

30、的：主要是由轉(zhuǎn)子、定子和輔助設(shè)備等組成。一、 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子是離心式壓縮機的關(guān)鍵部件，它高速旋轉(zhuǎn)，對氣體做功。轉(zhuǎn)子由主軸、葉輪、平衡盤、推力盤等部件所組成，在軸的一端或兩端通過連軸器分別與驅(qū)動機或壓縮機其他汽缸轉(zhuǎn)子相連。 1.主軸：有三種形式：階梯軸、節(jié)鞭軸和光軸。(見下頁圖) 階梯軸階梯軸節(jié)鞭軸節(jié)鞭軸光軸光軸2葉輪：又稱工作輪，在工作中隨主軸高速旋轉(zhuǎn)，對氣體做功。氣體在葉輪葉片的作用下，跟著葉輪做高速旋轉(zhuǎn)，并在葉輪中做擴壓流動，在流出葉輪時，氣體的壓強、速度和溫度都得到提高。3.平衡盤：在多級離心式壓縮機中，由于每級葉輪兩側(cè)的氣體作用力大小不等，使轉(zhuǎn)子受到一個指向低壓端的合力，這個合力稱為軸

31、向力。軸向力 對于壓縮機的正常運轉(zhuǎn)是不利的，它使轉(zhuǎn)子向一端竄動，甚至使轉(zhuǎn)子與機殼相碰，造成機械事故。因此要設(shè)法平衡它。平衡盤就是利用它的兩側(cè)氣體壓力差來平衡軸向力的零件。它位于高壓端，它的一側(cè)壓力（左側(cè)，對照圖）可以認為是末級葉輪輪盤側(cè)的間隙中的氣體壓力（高壓），另一側(cè)（右側(cè)）通向大氣或進氣管，它的壓力是大氣壓力或進氣壓力（低壓），由于平衡盤是熱套在主軸上，上述兩側(cè)壓力差就使轉(zhuǎn)子受到一個與軸向力相反的力，其大小取決于平衡盤的受力面積（壓力=壓強*面積，壓強一定時，受力面積越大則壓力越大）（軸向力向左，平衡力向右）。應(yīng)當(dāng)指出的是，在通常情況下，平衡盤只平衡一部分軸向力（約70%），剩余軸向力（約

32、30%）由止推軸承來承受。(見下頁圖)4推力盤。是固定在主軸上的止推軸承的一部分，它的作用就是將轉(zhuǎn)子剩余的軸向力傳遞給止推軸承上的推力塊，實現(xiàn)力的平衡。5.連軸器：是軸與軸相互連接的一種部件。離心式壓縮機是靠連軸器來傳遞扭矩的。對連軸器有以下要求：（1）對運轉(zhuǎn)時兩轉(zhuǎn)子中心產(chǎn)生的偏差有一定的調(diào)整作用(由于對中引起的).（2）連軸器采用錐型與軸配合，更換軸端密封件時，連軸器拆裝方便。(3）安裝連軸器的軸端軸頸不易過長。（4）計算軸系扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速時，需計算或測定連軸器的剛度，改變其剛度可調(diào)整軸系的扭轉(zhuǎn)臨界扭矩。連軸器的結(jié)構(gòu)有剛性、半剛性和撓性的，剛性連軸器適用于工作轉(zhuǎn)速小于3000轉(zhuǎn)/分的機組，高轉(zhuǎn)

33、速機組采用半撓性和撓性的。需要說明的是：有些連軸器可以彌補機組在啟動時必然要產(chǎn)生的冷態(tài)不對中，以及運轉(zhuǎn)中其它因素所引起的不對中，然而絕不能因為這種連軸器具有補償機組不對中的特性，而對安裝過程中找平找正的要求有絲毫的放松。6.轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子上的各個零件是用熱套法與軸連成一體，以保證在高速旋轉(zhuǎn)時不易松脫。為了更可靠起見，葉輪、平衡盤和連軸器等大零件還往往采用鍵與軸固定，以傳遞扭矩和防止松動。有的葉輪不用鍵而用銷釘與軸固定。 二、定子結(jié)構(gòu)：由吸氣室、氣缸、隔板（包括擴壓器、彎道和回流器）、支持軸承、推理軸承、軸端密封和排氣蝸殼等組成。1吸氣室：它的作用是把氣體從進氣管或中間冷卻器順利地引導(dǎo)到葉輪進口。進

34、氣道的流通截面積沿流動方向逐漸縮小，使氣流的壓強、溫度略有降低，而速度略有增加。一般高壓、小流量壓縮機的進口速度515米/秒，中、低壓1545米/秒，出口速度為4080米/秒。2.氣缸：是壓縮機的殼體，又稱機殼，由殼身和進排氣室組成，內(nèi)裝有隔板（包括擴壓器、彎道和回流器），密封體、軸承體等另部件。它應(yīng)具有足夠的強度以承受氣體的壓力；應(yīng)有足夠的剛度，以免變形；法蘭結(jié)合面應(yīng)嚴密，保證氣體不向機外泄露。3.隔板：是定子的主要部件，它形成固定元件的氣體通道。根據(jù)隔板在壓縮機中所處的位置，可有四種類型：進氣隔板、中間隔板、段間隔板和排氣隔板。進氣隔板和氣缸形成進氣室，將氣體導(dǎo)流到第一級葉輪入口，對于采用

35、可調(diào)預(yù)懸的壓縮機，在進氣隔板上還要裝上可調(diào)導(dǎo)葉,以改變氣體流向第一級葉輪的方向角。中間隔板，一是形成擴壓器，使氣流自葉輪流出來以后具有的動能減少，轉(zhuǎn)變?yōu)閴簭姷奶岣撸欢切纬蓮澋篮突亓髌?，使從擴壓器出來的氣流轉(zhuǎn)彎流向中心，流到下一級葉輪的進口。段間隔板是指在段對排的壓縮機中分隔兩段的排氣口。排氣隔板除與末級葉輪前隔板形成擴壓器之外，還要形成排氣室。擴壓器：從葉輪出來的氣體速度很大，動能很大，為充分利用這部分動能使氣體壓強進一步提高，在緊接葉輪出口處設(shè)置了擴壓器。彎道和回流器：為了把擴壓器后的氣體引導(dǎo)到下一級去進一步增壓，在擴壓器后設(shè)置了彎道和回流器。4.排氣室：排氣室的作用是把從擴壓器或葉輪（無

36、擴壓器時）出來的氣體匯集起來，引到機外輸氣管道或冷卻器中，并把較高的氣流速度降低至排氣室出口的氣流速度，使氣體壓強進一步提高。5.密封：離心式壓縮機的轉(zhuǎn)子和定子，一個高速旋轉(zhuǎn)而另一個固定不動，兩者之間必定具有一定的間隙，因此就一定會有氣體在機器內(nèi)部由一個部位泄露到另一個部位，同時還向機器外部（或內(nèi)部）進行泄露。為了減少或防止氣體的這些泄露，需要設(shè)置密封裝置。離心式壓縮機的密封種類很多。按其安置的位置可分為內(nèi)部密封（級間密封、中間密封）和外部密封（軸端密封），前者防止機器內(nèi)部通流部分各空腔之間的泄露，如輪蓋、定距套和平衡盤上的密封；后者防止或減少氣體由機器向外界泄露或由外界向機器內(nèi)部泄露（機器內(nèi)

37、部氣體壓強低于外界氣壓），如吸入側(cè)首級葉輪密封和末級葉輪出口密封。按其密封原理可分為氣封和液封。在氣封中有迷宮密封和充氣密封；在液封中有固定式密封、浮環(huán)式密封和固定內(nèi)裝式機械密封以及其它液體密封。我們這里主要介紹一下迷宮密封。 a：迷宮式密封：平滑型：曲折型：階梯型、蜂窩型。平滑型曲折型密封曲折型密封曲折型密封曲折型密封曲折型密封曲折型密封蜂窩型密封蜂窩型密封蜂窩型密封蜂窩型密封階梯型密封階梯型密封迷宮密封原理簡圖迷宮密封原理簡圖B密封原理：密封前后氣體有一定的壓強差，氣體從高壓端流向低壓端，當(dāng)通過密封齒和軸的間隙時，氣流速度加快，氣體壓強和溫度都要降低。由間隙流入下一個齒間空腔時，由于面積突

38、然擴大，形成強烈的渦流。在容積比間隙容積大很多的空腔內(nèi)氣流速度幾乎等于零，動能由于旋渦全部變?yōu)闊崮埽訜釟怏w本身，因而氣體溫度又從流經(jīng)間隙時的溫度回升到流入間隙前的溫度，但空腔中的壓強卻回升很少，可認為保持流經(jīng)間隙時的壓強不變。氣體從這一空間流經(jīng)下一個密封齒和軸之間的間隙時，重復(fù)上述過程，最后從整個密封流出。每流經(jīng)一個齒與軸的間隙，再流入另一個大的齒間空隙，壓強就降低一次，而溫度幾乎不變，這就是通常所說的節(jié)流現(xiàn)象。增加齒數(shù)可增加密封效果，但齒數(shù)到一定數(shù)目后效果就不明顯了，一般齒數(shù)在635之間。6.軸承。離心式壓縮機的軸承有兩類：一是支持軸承，二是推力軸承。支持軸承的作用是承受轉(zhuǎn)子重量和其它附加

39、徑向力，保持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中心和汽缸中心一致，并在一定轉(zhuǎn)速下正常旋轉(zhuǎn)；推力軸承的作用是：承受轉(zhuǎn)子的軸向力，限制轉(zhuǎn)子的軸向竄動，保持轉(zhuǎn)子在汽缸中的軸向位置。三其它結(jié)構(gòu)： 1底座：離心式壓縮機必須通過底座固定安裝在基礎(chǔ)上.2墊鐵：過去各類型的壓縮機均采用墊鐵安裝，目前大中型離心式壓縮機組的安裝，大多已采用無墊鐵安裝法。3基礎(chǔ)。離心式壓縮機必須有良好的基礎(chǔ)，特別是高速大型機組，對基礎(chǔ)的要求更是嚴格，要求是永久性的不翹曲結(jié)構(gòu)，具有足夠的重量、剛性和強度。離心式壓縮機的基礎(chǔ)同時承受機器的靜載荷和運轉(zhuǎn)時的動載荷，其動力性能要防止出現(xiàn)過大的振動，保證機器的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，同時對操作人員的生理健康不應(yīng)造成不良影響。第二節(jié)

40、 離心式壓縮機的工作 原理和主要參數(shù)一工作原理：氣體由吸入室1吸入，通過葉輪2對氣體作功后，氣體的壓力、溫度、速度都提高，然后再進入擴壓器3，它使氣體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。為了把擴壓器后的氣流引導(dǎo)到下一級葉輪，繼續(xù)進行壓縮，在擴壓器后設(shè)置了使氣流由離心方向改變?yōu)橄蛐姆较虻膹澋??；亓髌?主要起導(dǎo)向作用，使氣流以一定的方向均勻地進入下一級葉輪進口， 回流器中一般裝有導(dǎo)流葉片。至此，氣流流過了一個“級”，再繼續(xù)進行二、三級壓縮后，經(jīng)蝸殼6及排出管12被引出至中間冷卻器。冷卻后再經(jīng)吸入室1”進入第四級壓縮，最后由排出管12”輸出。這樣氣體每經(jīng)一級，壓力都提高，最后達到增壓的目的。(見上頁圖)二離心式壓

41、縮機的主要參數(shù) 表征離心式壓縮機性能的主要參數(shù)有：流量、排氣壓力或壓強比、轉(zhuǎn)速、功率和效率等。1流量：可以是容積流量，也可以是質(zhì)量流量。單位為：標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時或標(biāo)準(zhǔn)立方米/分鐘（NM3/h或NM3/m）標(biāo)準(zhǔn)狀況指一個大氣壓.、273K時的氣體狀態(tài)。2排氣壓力（壓強比或排氣壓強）：壓強比=排氣絕對壓力/進氣絕對壓力。3轉(zhuǎn)速：指壓縮機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，單位用轉(zhuǎn)/分來表示。4.功率：指驅(qū)動壓縮機所需的軸功率和驅(qū)動機的功率等，單位常用KW來表示。 三、離心式壓縮機的調(diào)節(jié)： 壓縮機在運行時，進氣流量、壓力是不斷變化的，要求壓縮機的流量、排氣壓力也隨之變化，也就是要不斷地改變壓縮機的運行工況，這就是壓縮機

42、的調(diào)節(jié)。壓縮機的調(diào)節(jié)方式主要有以下五種： 1壓縮機出口節(jié)流調(diào)節(jié)：在壓縮機的排氣管上安裝有節(jié)流閥，改變閥門開度就可以改變管網(wǎng)的阻力特性，也就改變了壓縮機的聯(lián)合運行工況。這種調(diào)節(jié)方式比較簡單易行，但帶來附加的節(jié)流損失，調(diào)節(jié)量越大，這種附加的節(jié)流損失就越大。所以這種方法不經(jīng)濟，所以使用比較少。2壓縮機進口節(jié)流調(diào)節(jié)：即在壓縮機進氣管上安裝有節(jié)流閥，改變閥門開度就改變了壓縮機的進氣狀態(tài)，壓縮機特性也隨之改變。此方法簡便易行，比出口節(jié)流調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性能好，并且使壓縮機性能曲線向小流量方向移動，擴大了穩(wěn)定工作范圍。3變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是壓縮機最經(jīng)濟的調(diào)節(jié)方法，與前兩種調(diào)節(jié)相比無節(jié)流損失,但要求驅(qū)動機轉(zhuǎn)速也要

43、改變,目前應(yīng)用較多.鄯善首站的壓縮機組就是使用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來改變壓縮機工況的.4.進口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié):在壓縮機葉輪前裝設(shè)可轉(zhuǎn)動的導(dǎo)流葉片,借助傳動機構(gòu)可以改變導(dǎo)流葉片的安裝角，以改變氣流進入葉輪的流動方向，從而改變壓縮機的性能曲線，以適應(yīng)調(diào)節(jié)的要求。此方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 5.可轉(zhuǎn)動擴壓器葉片調(diào)節(jié)：裝設(shè)可轉(zhuǎn)動的擴壓器葉片，在流量變化時相應(yīng)地改變?nèi)~片擴壓器進口處葉片的幾何角度，就可以調(diào)整氣流沖角，改變壓縮機的性能曲線，可改變喘振點，擴大壓縮機的穩(wěn)定工作范圍。次方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般是和其它方法聯(lián)合使用，很少單獨使用。目前，定轉(zhuǎn)速電動機驅(qū)動的壓縮機多采用進口節(jié)流調(diào)節(jié)，變轉(zhuǎn)速氣輪機驅(qū)動的壓縮機多采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。其

44、它調(diào)節(jié)方法應(yīng)用較少。第三節(jié) 離心式壓縮機輔助設(shè)備的作用與原理一.氣體中間冷卻器： 離心式壓縮機的壓力比一般在33.5以上，甚至高達30或更高，對高壓力比壓縮機，如果不進行冷卻，壓縮后的氣體溫度會很高。這不但使壓縮機多消耗功，而且對壓縮機的運轉(zhuǎn)也是十分不利的，特別對易燃易爆氣體，每段壓縮終了溫度必須嚴加控制，以防引起爆炸等事故，因此必須設(shè)置中間冷卻器。冷卻器的工作原理如下： 水進口水進口 水出口水出口冷卻器的形式有板式和列管式。板式換熱面積大，體積小，但工藝復(fù)雜，制作困難，應(yīng)用比較少，我們這里著重介紹列管式換熱器的工作原理。氣體走管外，冷卻水走管內(nèi)，這樣可以在管外帶肋片，大大提高氣體側(cè)的傳熱面積

45、，減小冷卻器體積。在氣體冷卻器中，一般是氣體與冷卻水作垂直交叉流動，以增加換熱效果。減少冷卻管直徑、增加冷卻水或氣體的流速都可提高換熱效果。二齒輪增速器：作用是可實現(xiàn)離心式壓縮機的高速運轉(zhuǎn)。原理：通過不同直徑齒輪之間的嚙合來達到升速的目的。V=r，兩個相互嚙合的齒輪，v是相同的，r不同則不同，r越大越小，r越小則越大。應(yīng)縣站的壓縮機組是由電機驅(qū)動的,它的電機轉(zhuǎn)速約為3100RPM,壓縮機轉(zhuǎn)速約為12000RPM,中間就需要一個齒輪增速裝置.三.油系統(tǒng)設(shè)備：油系統(tǒng)設(shè)備由貯油箱、油泵、油冷卻器、油過濾器、安全閥、止回閥、調(diào)壓閥、控制閥以及高位油箱、油壓力脫氣槽、蓄壓器計、油位計和油管路等組成。第四章第四章 離心式壓縮機組的防喘振離心式壓縮機組的防喘振與安全保護措施與安全保護措施第一節(jié)第一節(jié) 喘振喘振離心式壓縮機運行中的一個特殊現(xiàn)象就是喘振,防止喘振是壓縮機運行中極其重要的問題，許多事實證明，壓縮機的大量事故都與喘振有關(guān)，這一章我們來著重討論一下壓縮機的喘振問題。一、什么是喘振？壓縮機在某轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，當(dāng)壓縮機的流量減少到一定程度時，會出現(xiàn)整個壓縮機組的不穩(wěn)定狀況，壓縮機氣流參