任務 離心式壓縮機的能量損失及效率

項目五離心式壓縮機的運行與維護任務2離心式壓縮機的能量損失及效率課程目標【知識目標】掌握離心式壓縮機能量損失的種類；掌握離心式壓縮機的效率計算；【能力目標】能夠準確分析能量損失的形成；能夠理解離心式壓縮機功與能頭的關系。知識點010203目錄流道損失離心式壓縮機的總功耗輪阻損失與泄漏損失04離心式壓縮機的功率概述實際氣體在壓縮過程中，即從壓縮機吸入口經葉輪、擴壓器、彎道和回流器進入下一級的全過程中，必然存在各種流動損失，導致壓縮機無用功率增加和效率下降。這些損失包括流道損失、輪阻損失和漏氣損失等三部分。一、流道損失Hhyd流動損失Hf摩擦損失由于流體具有粘性，氣體在流道內流道會存在摩擦，造成流動摩擦損失。邊界層分離損失在擴壓流道中會產生邊界層增厚，進而邊界層與流道壁面脫離,甚至在接近壁面的邊層氣流中產生反向流動出現(xiàn)反向流動旋渦，引起很大損失，稱邊界層分離。邊界層分離造成的能量損失稱為邊界層分離損失。圖5-6接近物體壁面的氣流速度分布圖5-7在擴壓通道中旋渦區(qū)的產生一、流道損失Hhyd流動損失Hf二次渦流損失在葉道、彎道轉彎處，出現(xiàn)兩邊壓力差，則壓力大的流速低，壓力小的流速高，高流速向低處流動，形成二次渦流，即二次流損失。二次渦流的產生是由流道同一截面中存在壓差而引起的。二次流的存在干擾了主流流動,造成能量損失；同時還會使葉輪葉片的非工作面更容易分離。圖5-8葉輪流動通道中二次渦流的產生一、流道損失Hhyd流動損失Hf尾跡損失由于葉片尾部總有一定厚度，所以當氣體從葉輪(或葉片擴壓器）的葉道中流出時，通流面積突然擴大，會使葉片兩面流來的氣流邊界層突然發(fā)生分離，在葉片尾部外緣形成氣流旋渦區(qū),稱為尾跡區(qū)。對應的能量損失即為尾跡損失。一、流道損失Hhyd沖擊損失Hsh壓縮機在偏離設計工況下運轉時，氣體流入葉輪和擴壓器發(fā)生沖擊而造成的能量損失。沖角i>0，正沖角。Q<Q0，沖擊非工作面，β1<β1A沖角i<0，負沖角。Q>Q0，沖擊工作面，β1>β1A二、輪阻損失與泄漏損失輪阻損失Hdf葉輪旋轉時，輪盤、輪蓋側面及輪外緣與氣體發(fā)生摩擦而產生的損失為輪阻損失。圖5-12輪阻損失和漏氣損失1—迷宮密封；2—平衡孔；3—葉輪入口；4—軸端密封壓蓋泄漏損失Hl由于由于壓力差作用，高壓氣體向低壓區(qū)流動，形成泄漏損失。主要發(fā)生在：①葉輪端蓋處；級間，為內泄漏。

②軸的兩個外伸端，為外泄漏。三、離心式壓縮機的總功耗葉輪旋轉對氣體做功主要用于兩個方面：直接做功（葉片功）損失功（轉化）用于提高氣體靜壓能用于提高氣體動能用于克服氣體在級中的流動阻力輪阻損失功內漏氣損失功圖5-12輪阻損失和漏氣損失1—迷宮密封；2—平衡孔；3—葉輪入口；4—軸端密封壓蓋三、離心式壓縮機的總功耗葉輪做功：總功=葉片功+損失功=葉片功+輪阻損失功+內漏氣損失功

氣體所獲能頭：

用符號h表示功或能頭三、離心式壓縮機的總功耗離心式壓縮機的葉片功圖5-14離心式壓縮機的耗功分配圖用于提高氣體的靜壓能所消耗的功假設氣體從級的進口到級的出口是按多變過程進行（多變指數為m'），對于1kg氣體，當壓力由p1（進口壓力）升高到p2（出口壓力）時，這部分靜壓能的提高要消耗一部分壓縮功，這是葉輪傳遞給氣體的多變壓縮功，可用公式5-2表示。三、離心式壓縮機的總功耗離心式壓縮機的葉片功圖5-14離心式壓縮機的耗功分配圖用于提高氣體的動能所消耗的功設氣體某一級的進口速度為c1(m/s)，該級出口速度為c2(m/s)，則由于速度的增加，氣體的動能增加要消耗掉一部分葉片功，這是葉輪傳遞給氣體的功，可用公式5-3來計算。一般來說，c1和c2相差不大，所以這部分功耗常常忽略不計。三、離心式壓縮機的總功耗離心式壓縮機的葉片功圖5-14離心式壓縮機的耗功分配圖用于克服氣體在級中的流動阻力所耗的功用于克服氣體在級中的流動阻力所耗的功用表示，這部分損失占用無用功的主要部分，所以在設計時要盡量減少這一項。三、離心式壓縮機的總功耗2.輪阻損失功葉輪的輪盤和輪蓋的外表面及葉輪外緣等與周圍氣體間的相對運動產生摩擦而消耗功，稱為輪阻損失功，見圖5-15所示。輪阻損失功轉變成熱量而被氣體吸收，從而轉化為氣體的能頭。圖5-15葉輪漏氣損失及輪阻損失3.漏氣損失功由于葉輪輪蓋等處存在著泄漏，有部分高壓氣體從葉輪出口返回到葉輪入口，所消耗的功稱為氣體漏氣損失功Wl，見圖5-15所示。它也轉變成熱量而被氣體吸收，進而轉化為氣體的能量頭hl（Wl=hl

）。四、離心式壓縮機的功率假設壓縮機每一級出口的輸氣量為G，每一級的泄漏量為G1，則壓縮機每一級的氣體處理量是G+G1。1.離心式壓縮機單級所消耗的總功率定義如下：葉片做功消耗功率：Nth=G·hth輪阻損失功率：Ndf泄漏損失功率：Nl=G1·hthNtot=Nth+Ndf+Nl單級葉輪總消耗功率四、離心式壓縮機的功率1.離心式壓縮機單級所消耗的總功率Ntot=Nth+Ndf+Nl

=G·hth+

G1·hth+Ndf

=

(G+

G1)hth+Ndf

為了求出泄漏損失功耗Nl和輪阻損失功耗Ndf，引入漏氣損失系數βl和輪阻損失系數βdf，即漏氣損失系數表示泄漏情況的好壞，一般取輪阻損失系數表示輪阻損失所消耗的功率的相對值，一般四、離心式壓縮機的功率1.離心式壓縮機單級所消耗的總功率將漏氣損失系數和輪阻損失系數代入公式可得計算壓縮機實際總的功率消耗。四、離心式壓縮機的功率2.離心式壓縮機多級所消耗的總功率離心壓縮機的多級壓縮所消耗的總功率是所有單級壓縮所消耗功率之和。3.離心式壓縮機軸功率—壓縮機的單級所消耗的功率?！獧C