離心式壓縮機8

離心式壓縮機8第1頁/共64頁1．對于多級離心壓縮機，若要達到同樣的壓力比，壓縮重氣體時，所需的多變壓縮功___,因而級數(shù)就___；反之，壓縮輕氣體時，所需的多變壓縮功___，因而級數(shù)就要____。2．離心壓縮機的工作特性可簡要地表示為在一定轉(zhuǎn)速和進口條件下的___與流量、___與流量的性能曲線。就壓力比與流量的性能曲線而言，在一定轉(zhuǎn)速下增大流量，壓縮機的壓力比將___，反之則___。3.壓縮機性能曲線的左邊受到____的限制，右邊受到___的限制，在這兩個工況之間的區(qū)域稱為壓縮機的____。內(nèi)容回顧：第2頁/共64頁4.喘振機理、危害及預防措施？5.離心壓縮機常用的調(diào)節(jié)方法？6.某壓縮機原在圖I所示的A點正常運轉(zhuǎn)，后來由于某種原因，進氣管被異物堵塞而出現(xiàn)喘振，試借助圖I分析其原因。圖I-3-3圖I第3頁/共64頁3.3安全可靠性3.3.1葉輪強度3.3.2轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速3.3.3軸向推力的平衡3.3.4抑振軸承3.3.5壓縮機密封3.3.6機械故障診斷第4頁/共64頁3.3.1葉輪強度由于離心葉輪高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力及與軸過盈配合所產(chǎn)生的壓緊力等，會使葉輪內(nèi)部產(chǎn)生很大的應力，為保證安全運轉(zhuǎn)，需要進行葉輪強度計算。閉式葉輪由輪盤、輪蓋和葉片構(gòu)成，從強度觀點看，輪蓋可視為輪盤的一個特例。而沿周向分散的葉片，可假定為沿周向均勻分布的由特定材料制成的盤形夾層。故葉輪強度計算主要是輪盤應力計算。目前輪盤應力計算有二次法、遞推一代入法和有限元法。應當指出，由于葉輪的重要作用和特殊地位，通常均選用優(yōu)質(zhì)的材料，考究的制造工藝和偏于安全的圓周速度uz，故葉輪的安全可靠性，一般是可以有所保證的。第5頁/共64頁3.3.2轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速n<2nc1

為了確保機器運行的安全性，要求工作轉(zhuǎn)速遠離第1、2階臨界轉(zhuǎn)速，其校核條件是對于剛性轉(zhuǎn)子對于柔性轉(zhuǎn)子

為了防止可能出現(xiàn)的軸承油膜振蕩，工作轉(zhuǎn)速應低于二倍的第一階臨界轉(zhuǎn)速，即n≤0.75nc11.3nc1≤n≤0.7nc2第6頁/共64頁3.3.3.1轉(zhuǎn)子承受的軸向推力（1）閉式葉輪軸向推力的計算（2）半開式葉輪軸向推力的計算3.3.3軸向推力的平衡第7頁/共64頁3.3.3.1閉式葉輪軸向推力情況第8頁/共64頁3.3.3.2半開式葉輪軸向推力情況第9頁/共64頁3.3.3.2軸向推力的平衡措施（1）葉輪對排

（2）葉輪背面加筋

（3）采用平衡盤（也稱平衡活塞）第10頁/共64頁第11頁/共64頁第12頁/共64頁第13頁/共64頁3.3.4.1滑動軸承的基本工作原理3.3.4.2幾種常用的抑振軸承3.3.4抑振軸承第14頁/共64頁3.3.4.1滑動軸承的基本工作原理第15頁/共64頁第16頁/共64頁第17頁/共64頁3.3.4.2幾種常用的抑振軸承第18頁/共64頁第19頁/共64頁第20頁/共64頁第21頁/共64頁第22頁/共64頁第23頁/共64頁第24頁/共64頁3.3.5壓縮機密封結(jié)構(gòu)1壓縮機中常見的密封形式2迷宮密封浮環(huán)油膜密封機械密封和干氣密封第25頁/共64頁壓縮機中常見的密封形式第26頁/共64頁迷宮密封1迷宮密封的結(jié)構(gòu)形式2密封原理3迷宮密封設計及使用中應注意的問題第27頁/共64頁迷宮密封的機構(gòu)形式第28頁/共64頁第29頁/共64頁分整體和鑲片兩種結(jié)構(gòu)，這種迷宮密封的結(jié)構(gòu)特點是密封齒的伸出高度不一樣，而且高低齒相間排列，與之相配的軸表面，是特制的凹凸溝槽，這種高低齒與凹凸溝槽相配的結(jié)構(gòu)，使平滑的密封間隙變成了曲折式，因此，增加了流動阻力，提高了密封效能。第30頁/共64頁常用于葉輪蓋板和平衡盤處第31頁/共64頁第32頁/共64頁迷宮密封的原理當氣流漏過齒縫時，因流通截面突然變小而產(chǎn)生加速降壓的收斂膨脹過程（節(jié)流），其溫度、壓力降低但速度增加；當氣流從齒縫漏入兩齒間空腔時，由于截面突然擴大，使氣流形成很強的漩渦，從而使速度幾乎消失而轉(zhuǎn)化成熱能，氣體溫度基本恢復而壓力不變。迷宮密封的特點是：必須有一定的漏氣量。故不可能實現(xiàn)完全密封。第33頁/共64頁設計和使用中應注意的問題第34頁/共64頁第35頁/共64頁浮環(huán)油膜密封密封機理：套于軸上的圓環(huán)，其內(nèi)壁與軸存在一定的間隙。軸旋轉(zhuǎn)時，軸表面帶動密封液進入偏心的間隙內(nèi)。產(chǎn)生流動壓效應，使環(huán)浮動抬升，環(huán)內(nèi)壁脫離軸表面而變成非接觸狀態(tài)。在此狀態(tài)下利用周向狹長間隙的節(jié)流作用而達到阻漏的目的第36頁/共64頁機械密封和干氣密封干氣密封：類似機械密封，節(jié)省油封裝置，10MPa第37頁/共64頁第38頁/共64頁3.3.5.1機械故障診斷的必要性3.3.5.2故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)3.3.5.3故障監(jiān)測技術3.3.5.4機械故障診斷方法3.3.6機械故障診斷第39頁/共64頁3.3.5.1機械故障診斷的必要性

所謂故障是指機器喪失工作效能的程度，但通常故障是能修復或排除。長期以來采用的是定期預防性維修制度，即到一定時間不出故障也要停機大修，解體檢查，一些部件還不到使用壽命就得更換，造成維修費用很大和停產(chǎn)時間很長等損失。如采用機器故障診斷技術，則可改為預防性維修制度，根據(jù)故障診斷結(jié)果，確定適時的停機和局部維修，這樣就大大延緩停機大修的時間，甚至不必定期停機大修，從而節(jié)省了維修費用，增加了持續(xù)生產(chǎn)的時間。第40頁/共64頁3.3.5.2故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)3.3.5.2故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)機器故障診斷的過程一般包括如下的主要環(huán)節(jié)(1)機器狀態(tài)參數(shù)的檢測，即信號采集；(2)信號處理，提取故障特征信息；(3)確定故障的發(fā)生部位、類型和程度；(4)對確定的故障作防治處理與監(jiān)控。第41頁/共64頁3.3.5.3故障監(jiān)測技術3.3.5.3故障監(jiān)測技術a．振動信號的采集應用各類測振傳感器檢測機器振動的位移、速度和加速度，并轉(zhuǎn)為電信號送入分析處理器。b．振動信號的處理它是將傳感器感受到的各種激振力作用的復雜信號加工處理，提取與故障有關的特征信息，并從模擬量變化為數(shù)字量，然后送人數(shù)字運算電路或電子計算機進行信號分析處理，最后獲得用于故障分析的數(shù)字或圖形。(1)機器振動檢測技術(2)熱紅外技術(3)聲發(fā)射技術(4)噪聲分析技術(5)潤滑油的光譜、鐵譜分析技術第42頁/共64頁3.3.5.4機械故障診斷方法3.3.5.4機械故障診斷方法

機器故障診斷中除了檢測狀態(tài)參數(shù)和信號處理之外，更重要的是根據(jù)提取的特征信息進行故障識別與診斷，以確定故障發(fā)生的部位、類別和程度，然而這是一項相當復雜與艱巨的工作?，F(xiàn)今，故障診斷方法已有多種，如綜合比較診斷法、特性變化診斷法、故障樹診斷法、模糊診斷法、專家系統(tǒng)診斷法和神經(jīng)網(wǎng)絡診斷法等。其中，專家系統(tǒng)診斷法是一種智能化的計算機診斷系統(tǒng)，能使一般人員像專家一樣識別與判斷機械故障；而神經(jīng)網(wǎng)絡診斷法是一種由模仿人的大腦神經(jīng)元網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)而建立的一種非線性的動力學網(wǎng)絡系統(tǒng)，可使專家更為準確地識別與判斷機械故障。第43頁/共64頁3.4選型3.4.1選型的基本原則3.4.2選型分類3.4.3選型方法第44頁/共64頁3.4.1選型的基本原則1.提出產(chǎn)品應達到的技術指標(1).性能指標流量、壓力比、效率、功率和變工況適用范圍；經(jīng)常運行的工作點作為設計點，使經(jīng)濟性最好(2).安全指標合理確定零部件的材料；轉(zhuǎn)子動平衡允許的殘留不平衡量；工作轉(zhuǎn)速離開一、二階臨階轉(zhuǎn)速的數(shù)值；主要零部件的裝配尺寸及其間隙；機器運行的震動值（振幅)第45頁/共64頁2.提出產(chǎn)品的經(jīng)濟指標(1)產(chǎn)品價格：質(zhì)量與價格兼顧（2）供貨時間(3)使用壽命：10~15年3.選用性能調(diào)節(jié)方式出口調(diào)節(jié)不經(jīng)濟，可變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，經(jīng)濟性好、工況范圍大4.提出必須配備的儀表附屬系統(tǒng)（冷卻潤滑）、檢測系統(tǒng)（測壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速、振動量等，確定檢測部位、選擇儀器儀表）、控制系統(tǒng)（開、停車、防喘振、連鎖緊急停車、自動調(diào)節(jié)維持高效工況點）5.其他事項單臺、小批量廠家可滿足具體要求（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向、進排氣位置、機器高度等）第46頁/共64頁3.4.2選型分類3.4.2.1按氣體流量與壓力選型3.4.2.2軸流式與離心式壓縮機的性能比較3.4.2.3按工作介質(zhì)選型3.4.2.4按機器結(jié)構(gòu)特點選型3.4.2.5原動機選型第47頁/共64頁按流量和壓力選型第48頁/共64頁軸流式壓縮機的工作原理軸流式壓縮機級：動葉和靜葉構(gòu)成。葉柵的概念第49頁/共64頁軸流式與離心式的性能比較(1)軸流壓縮機適用于更大的流量(2)軸流式的級壓力比低(3)軸流壓縮機的效率高(4)軸流壓縮機的變工況特性較差第50頁/共64頁(1)軸流壓縮機適用于更大的流量DtDh通流面積：進氣速度第51頁/共64頁(2)軸流式的級壓力比低

在軸流級中氣流方向基本平行于軸線，徑向分速cr≈０，由于動葉前后的u1≈u2，由歐拉方程可知，故級中獲得的能量比離心式的少。因而有效壓縮功小，級壓力比低。一個轉(zhuǎn)子上的級數(shù)有限，故它不使用于高壓力比的場合。第52頁/共64頁(3)軸流壓縮機的效率高效率高：流經(jīng)動靜葉柵的流線彎曲小，流程短，流動損失??；機翼型葉片，分離損失小第53頁/共64頁由于相當薄的機翼型動、靜兩排葉片都對來流方向十分敏感，且兩排葉片靠得很近隨著流量的增減，內(nèi)部正負沖角的增大，使級壓力比變化劇烈，其ε一qv曲線很陡，η一qv曲線左右都下降得厲害。故軸流式的變工況適應性較差。但若各級靜葉全部可調(diào)，能具有很好的變工況適應性.(4)軸流壓縮機的變工況特性較差第54頁/共64頁軸流離心壓縮機性能曲線對比第55頁/共64頁3.4.2.3按工作介質(zhì)選型(1)按輕氣體與重氣體選型(2)按工作介質(zhì)的性質(zhì)及排氣壓力是

否很高選型(3)按氣固、氣液兩相介質(zhì)選型第56頁/共64頁壓縮輕氣體:應盡可能選用優(yōu)質(zhì)材料以提高葉輪的u2，并選用葉片出口角較大，葉片數(shù)較多的葉輪，以盡可能的提高單級的壓力比，從而減少級數(shù)。壓縮重氣體:單級離心壓縮機，但應注意u2的數(shù)值不能太大，否則還將受馬赫數(shù)較大的影響而使效率下降，變工況范圍縮小。(1)按輕氣體與重氣體選型第57頁/共64頁(2)按工作介質(zhì)的性質(zhì)及排氣壓力選型

如工作介質(zhì)有毒、易燃、易爆、貴重和排氣壓力很高，則選用的機器應具有密封嚴密的軸端密封裝置，對防介質(zhì)泄漏可提出極小的允許漏量，甚至不允許有絲毫的泄漏。另外，應對溫度的提高有一定的限制，這就需要選用帶有中間冷卻的壓縮機。其壓縮機如何分段，則需按對溫度升高的限制程度和節(jié)省能耗綜合考慮。第58頁/共64頁(3)按氣固、氣液兩相介質(zhì)氣體中含有固體顆粒或液滴的兩相介質(zhì)按兩相流理論進行設計通流部件特別是葉輪、葉片應選用耐磨損、耐銹蝕的材料或表面噴涂硬質(zhì)合金等進行特殊的表面處理。第59頁/共64頁①.產(chǎn)品選型：商品機型由已知條件要求直接查找產(chǎn)品目錄選型，簡單（單級）選型②.廠商選型：設計機型（技術裝備儲備）由已知條件要求，方案計算、初

選型式與制造廠商議選型（大企

業(yè)常用）③.軟件選型：優(yōu)化機型已知條件要求，軟件優(yōu)化選型與性能預測，委托廠商設計制造

選型軟件（美國、中科院、西交大）價格、成本、廠商協(xié)作等問題3.4.3選型方法第60頁/共64頁3.4.4選型事例

通用空氣壓縮機選型事例（理想氣體）

①．已知數(shù)據(jù)輸送空氣（標準）流量

qVN

、進口壓力

pin

、進口溫度

tin

、出口壓力

pout

出口溫度

tout

；電機驅(qū)動

②．初選方案

壓比ε（余量2～6％（3-62）式）→級數(shù)（單機ε＝1.4～1.5）→冷卻型式（分段、中冷）本例ε＝9.4（無壓力余量ε＝9.1），選6級2段1中冷器

單級ε單

＝1.59～1.37（平均1.45）

③．選取參數(shù)（根據(jù)設計標準、設計手冊、參考資料等）

結(jié)構(gòu)參數(shù)：（各段相同）轉(zhuǎn)速

n

；（分段相同）葉輪直徑

D2、葉輪圓周速度

u2葉片出口角β2A、葉片數(shù)

Z、葉片厚度δ2

性能系數(shù)：流量系數(shù)φ2r（0.284～0.18）、

輪阻損失系數(shù)βdf（0.022～0.037）

漏氣損失系數(shù)βl（0.01～0.023）

效率參數(shù)：多變效率ηpol（0.78～0.75）、機械效率ηm（0.97）

氣體參數(shù)：絕熱指數(shù)

k、氣體常數(shù)

R，（標準狀態(tài)）壓力

pN

、溫度

TN比容比

kV2（kV2＝v0/v2＝ρ2/ρ0＝qV0/qV2

）第61頁/共64頁

④．性能計算質(zhì)量流量qm（余量1～5％

[3-60]式，標準流量換算）葉輪出口通流系數(shù)τ2（3-3式）理論（級）能頭Hth（3-10式）總能頭Htot（3-32式）多變能頭Hpol（導自3-34式）級壓比ε（3-19式或3-31式）級出口壓力p0′（p0ε）級出口溫度T0′級進口流量q