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1、第三章 離心式壓縮機(jī),3.1 離心式壓縮機(jī)概述 3.2 基本方程式 3.3 級(jí)內(nèi)的各種流量損失 3.4 多級(jí)壓縮 3.5 功率與效率 3.6 性能與調(diào)節(jié) 3.7 相似理論的應(yīng)用 3.8 主要零部件及輔助系統(tǒng) 3.9 安全可靠性 3.10 選型,3.1 離心式壓縮機(jī)概述,3.1.1 發(fā)展概況 3.1.2 工作原理 3.1.3 工作過(guò)程與典型結(jié)構(gòu) 3.1.4 級(jí)的結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵截面 3.1.5 離心壓縮機(jī)特點(diǎn) 3.1.6 適用范圍,3.1.1 發(fā)展概況,離心式壓縮機(jī)是透平式壓縮機(jī)的一種。早期只用于壓縮空氣，并且只用于低、中壓力及氣量很大的場(chǎng)合。目前離心式壓縮機(jī)可用來(lái)壓縮和輸送化工生產(chǎn)中的多種氣體。它具

2、有：處理量大，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，維修方便以及氣體不受污染等特點(diǎn)。 隨著氣體動(dòng)力學(xué)的研究，使得離心式壓縮機(jī)的效率不斷提高；又由于高壓密封、小流量窄葉輪的加工和多油楔軸承等技術(shù)關(guān)鍵的研制成功，解決了離心壓縮機(jī)向高壓力、寬流量范圍發(fā)展的一系列問(wèn)題，使離心壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展，以致在許多場(chǎng)合可以取代往復(fù)活塞式壓縮機(jī)。,3.1.2 工作原理,一般說(shuō)來(lái)，提高氣體壓力的主要目標(biāo)就是增加單位容積內(nèi)氣體分子的數(shù)量，也就是縮短氣體分子與分子間的距離。達(dá)到這個(gè)目標(biāo)可采用的方法有： 1、用擠壓元件來(lái)擠壓氣體的容積式壓縮方法(如活塞式)； 2、用氣體動(dòng)力學(xué)的方法，即利用機(jī)器的作功元件(高速回轉(zhuǎn)的葉輪)對(duì)

3、氣體作功，使氣體在離心力場(chǎng)中壓力得到提高，同時(shí)動(dòng)能也大為增加，隨后在擴(kuò)壓流道中流動(dòng)時(shí)這部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)變成靜壓能，而使氣體壓力進(jìn)一步提高，這就是離心式壓縮機(jī)的工作原理或增壓原理。,3.1.3 工作過(guò)程與典型結(jié)構(gòu),1吸入室； 2軸； 3葉輪； 4固定部件； 5機(jī)殼； 6軸端密封； 7軸承； 8排氣蝸室；,離心壓縮機(jī),轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)軸，固定在軸上的葉輪、軸套、聯(lián)軸節(jié)及平衡盤(pán)等。,,定子：氣缸，其上的各種隔板以及軸承等零部件，如擴(kuò)壓器、彎道、回流器、蝸殼、吸氣室。,,驅(qū)動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)子高速回轉(zhuǎn),葉輪入口產(chǎn)生負(fù)壓（吸氣）,氣體在流道中擴(kuò)壓,氣體連續(xù)從排氣口排出,氣體的流動(dòng)過(guò)程是：,組成,,,,,離心式壓縮機(jī)常用術(shù)語(yǔ)：

4、,級(jí)：,段：,缸：,列：,由一個(gè)葉輪與其相配合的固定元件所構(gòu)成,以中間冷卻器作為分段的標(biāo)志，如前所述，氣流在第三級(jí)后被引出冷卻，故它為二段壓縮。,一個(gè)機(jī)殼稱(chēng)為一缸，多機(jī)殼稱(chēng)為多缸（在葉輪數(shù)較多時(shí)采用）,指壓縮機(jī)缸的排列方式，一列可由一至幾個(gè)缸組成,葉輪、擴(kuò)壓器、彎道、回流器、蝸殼、吸氣室,主要部件的功用：,3.1.4 級(jí)的典型結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵截面,一、級(jí)的典型結(jié)構(gòu),,二、關(guān)鍵截面,在逐級(jí)的分析和計(jì)算中，只著重分析、計(jì)算級(jí)內(nèi)幾個(gè)關(guān)鍵截面上的參數(shù),“級(jí)”是離心式壓縮機(jī)的基本單元，從級(jí)的類(lèi)型來(lái)看，一般可分為中間級(jí)（圖a）: 由葉輪、擴(kuò)壓器、彎道、回流器組成； 首級(jí)（圖b）: 由吸氣管和中間級(jí)組成； 末

5、級(jí)（圖c）: 由葉輪、擴(kuò)壓器、排氣蝸殼組成,三、葉輪的典型結(jié)構(gòu),1、離心式葉輪 閉式葉輪 半開(kāi)式葉輪 雙面進(jìn)氣葉輪,2、按葉片彎曲形式 后彎葉片：彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，級(jí)效率高，2A90 徑向葉片：2A90，工作穩(wěn)定范圍寬，常用 前彎葉片：彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同， 2A90，效率低，穩(wěn)定工作范圍較窄，多用于一部分通風(fēng)機(jī)。 3、葉輪的速度三角形 在討論其工作原理時(shí)，常常會(huì)用到葉輪進(jìn)、出口處的三角形,,優(yōu)點(diǎn)： （1）排氣量大，氣體流經(jīng)離心壓縮機(jī)是連續(xù)的，其流通截面積較大，且葉輪轉(zhuǎn)速很高，故氣流速度很大，因而流量很大。 （2）結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小。它比同氣量的活塞式小得多； （3）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠

6、，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用省，操作人員少； （4）不污染被壓縮的氣體，這對(duì)化工生產(chǎn)是很重要的； （5）轉(zhuǎn)速較高，適宜用蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)直接拖動(dòng)。 缺點(diǎn)： （1）單級(jí)壓力比不高，不適用于較小的流量； （2）穩(wěn)定工況區(qū)較窄，盡管氣量調(diào)節(jié)較方便，但經(jīng)濟(jì)性較差,3.1.5 離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn),3.1.6 適用范圍,1.化工及石油化工工藝用 2.動(dòng)力工程用 3.制冷工程和氣體分離用 4.氣體輸送用,3.2 基本方程式,3.2.1 連續(xù)方程 3.2.2 歐拉方程 3.2.3 能量方程 3.2.4 伯努利方程 3.2.5 壓縮過(guò)程于壓縮功 3.2.6 總結(jié),連續(xù)方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的數(shù)學(xué)表達(dá)式，

7、在氣體作定常一元流動(dòng)的情況下，流經(jīng)機(jī)器任意截面的質(zhì)量流量相等，其連續(xù)方程表示為：,3.2.1 連續(xù)方程,為了反映流量與葉輪幾何尺寸及氣流速度的相互關(guān)系，常應(yīng)用連續(xù)方程在葉輪出口的表達(dá)式為：,3.2.2 歐拉方程,歐拉方程式用來(lái)計(jì)算原動(dòng)機(jī)通過(guò)軸和葉輪將機(jī)械能轉(zhuǎn)換給流體的能量的。離心葉輪的歐拉方程為：,也可表示為：,歐拉方程的物理意義為： 歐拉方程指出的是葉輪與流體之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，它遵循能量轉(zhuǎn)換與守恒定律； 只要知道葉輪進(jìn)出口的流體速度，即可計(jì)算出一千克流體與葉輪之間機(jī)械能轉(zhuǎn)換的大小，而不管葉輪內(nèi)部的流動(dòng)情況； 適用于任何氣體或液體，既適用于葉輪式的壓縮機(jī)也適用與葉輪式的泵； 推而廣之只需將等

8、式右邊各項(xiàng)的進(jìn)出口符號(hào)調(diào)換一下，亦適用于葉輪式的原動(dòng)機(jī)。,3.2.3 能量方程,能量方程用來(lái)計(jì)算氣流溫度(或焓)的增加和速度的變化。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換與守恒定律，外界對(duì)級(jí)內(nèi)氣體所做的機(jī)械功和輸入的能量應(yīng)轉(zhuǎn)化為級(jí)內(nèi)氣體熱焓和能量的增加，對(duì)級(jí)內(nèi)1千克氣體而言，其能量方程可表示為：,,能量方程的物理意義為： 表示由葉輪所做的機(jī)械功，轉(zhuǎn)化為級(jí)內(nèi)氣體溫度(或焓)的升高和動(dòng)能的增加； 對(duì)有粘無(wú)粘的氣體都適用，因?yàn)閷?duì)有粘氣體所引起的能量損失也以熱量形式傳遞給氣體，從而式氣體溫度(焓)升高； 可認(rèn)為氣體在機(jī)器內(nèi)做絕熱運(yùn)動(dòng)，q0； 該方程適用于一級(jí)，也適用于多級(jí)整機(jī)或其中任一通流部件，這由所取的進(jìn)出口截面決定。,應(yīng)用

9、伯努力方程將流體所獲得的能量區(qū)分為有用能量和能量損失，并引用壓縮機(jī)中所最關(guān)注的壓力參數(shù)，以顯示出壓力的增加。葉輪所做的機(jī)械功還可與級(jí)內(nèi)表征流體壓力升高的靜壓能聯(lián)系起來(lái)，表達(dá)成通用的伯努力方程，對(duì)級(jí)內(nèi)流體而言有,3.2.4 伯努利方程,伯努利方程的物理意義為： 表示葉輪所做機(jī)械功轉(zhuǎn)換為級(jí)中流體的有用能量(靜壓能和動(dòng)能增加)的同時(shí)，還需付出一部分能量克服流動(dòng)損失或級(jí)中的所有損失； 它建立了機(jī)械能與氣體壓力p、流速c和能量損失之間的相互關(guān)系； 該方程適用一級(jí)，亦適用于多級(jí)整機(jī)或其中任一通流通部件，這由所取的進(jìn)出口截面而定； 對(duì)于不可壓縮流體來(lái)說(shuō)應(yīng)用伯努利方程計(jì)算壓力的升高是方便的。而對(duì)于可壓縮流體，

10、尚需獲知壓力和密度的函數(shù)關(guān)系才能求解靜壓能頭積分，這還要聯(lián)系熱力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)加以解決。,3.2.5 壓縮過(guò)程與壓縮功,應(yīng)用特定的熱力過(guò)程方程可求解上述靜壓能量頭增量的積分，從而計(jì)算出壓縮功或壓力升高的多少。每千克氣體所獲得的壓縮功也稱(chēng)為有效能量頭，如對(duì)多變壓縮功而言，則有：,將連續(xù)方程、歐拉方程、能量方程、伯努利方程、熱力過(guò)程方程和壓縮功的表達(dá)式相關(guān)聯(lián)，就可知流量和流體速度在機(jī)器中的變化，而通常無(wú)論是級(jí)的進(jìn)出口，還是整個(gè)壓縮機(jī)的進(jìn)出口，其流速幾乎相同，故這部分進(jìn)出口的動(dòng)能增量可略而不計(jì)。同時(shí)還可獲知由原動(dòng)機(jī)通過(guò)軸和葉輪傳遞給流體的機(jī)械能，而其中一部分有用能量即靜壓能頭的增加，使流體的壓力得以提

11、高，而另一部分是損失的能量，它是必須付出的代價(jià)。還可獲知上述靜壓能頭增量和能量損失兩者造成流體溫度(或焓)的增加，于是流體在機(jī)器內(nèi)的速度、壓力、溫度等諸參數(shù)的變化規(guī)律也就都知道了。,3.2.6 總 結(jié),3.3 級(jí)內(nèi)的各種流體損失,3.3.1 級(jí)內(nèi)的流體損失 3.3.2 漏氣損失 3.3.3 輪阻損失,式中l(wèi)為沿程長(zhǎng)度，dhm 為水平直徑， cm 為氣流平均速度, 為磨阻系數(shù)，通常級(jí)中的ReRecr，故在一定的相對(duì)粗糙度下，為常數(shù)。由該式可知 ,從而 。,3.3.1 級(jí)內(nèi)的流體損失,流體的粘性是產(chǎn)生能量損失的根本原因。通常把級(jí)的通道部件看成依次連續(xù)的管道。利用流體熱力學(xué)管道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可計(jì)

12、算出沿程磨阻損失為：,3.3.2 漏氣損失,（1） 產(chǎn)生漏氣損失原因 （2） 密封件的結(jié)構(gòu)形式及漏氣量的計(jì)算 （3） 輪蓋密封的漏氣量及漏氣損失系數(shù),（1） 產(chǎn)生漏氣損失的原因,從右圖中可以看出，由于葉輪出口壓力大于進(jìn)口壓力，級(jí)出口壓力大于葉輪出口壓力，在葉輪兩側(cè)與固定部件之間的間隙中會(huì)產(chǎn)生漏氣，而所漏氣體又隨主流流動(dòng)，造成膨脹與壓縮的循環(huán)，每次循環(huán)都會(huì)有能量損失。該能量損失不可逆的轉(zhuǎn)化為熱能為主流氣體所吸收。,（2） 密封件的結(jié)構(gòu)形式及漏氣量的計(jì)算,（3） 輪蓋密封的漏氣量及漏氣損失系數(shù),輪蓋密封處的漏氣能量損失使葉輪多消耗機(jī)械功。通常隔板與軸套之間的密封漏氣損失不單獨(dú)計(jì)算，只高考慮在固定部

13、件的流動(dòng)損失之中。 輪蓋密封處的漏氣量為：,若通過(guò)葉輪出口流出的流量為 則可求得輪蓋處的漏氣損失系數(shù)為：,3.3.3 輪阻損失,葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪盤(pán)、輪蓋的外側(cè)和輪緣要與它周?chē)臍怏w發(fā)生摩擦，從而產(chǎn)生輪阻損失。其輪阻損失為,對(duì)于離心葉輪而言，上式可簡(jiǎn)化為,進(jìn)而可得輪阻損失系數(shù)為,3.4 多級(jí)壓縮,（1） 采用多級(jí)串聯(lián)和多缸串聯(lián)的必要性 （2） 分段與中間冷卻以減少耗功 （3) 級(jí)數(shù)與葉輪圓周速度和氣體分子量的關(guān)系,（1）采用多級(jí)串聯(lián)和多缸串聯(lián)的必要性,離心壓縮機(jī)的壓力比一般都在3以上，有的高達(dá)150，甚至更高。離心壓縮機(jī)的單級(jí)壓力比，較活塞式的低，所以一般離心壓縮機(jī)多為多級(jí)串聯(lián)式的結(jié)構(gòu)。

14、考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊性與機(jī)器的安全可靠性，一般主軸不能過(guò)長(zhǎng)。對(duì)于要求高增壓比或輸送輕氣體的機(jī)器需要兩缸或多缸離心壓縮機(jī)串聯(lián)起來(lái)形成機(jī)組。,(2)分段與中間冷卻以減少耗功,為了降低氣體溫度，節(jié)省功率，在離心壓縮機(jī)中往往采用分段中間冷卻的結(jié)構(gòu)，而不采用汽缸套冷卻。各段由一級(jí)或若干級(jí)組成，段與段之間在機(jī)器之外由管道連接中間冷卻器。應(yīng)當(dāng)指出，分段與中間冷卻不能僅考慮省功，還要考慮下列因素： 1）被壓縮介質(zhì)的特性屬于易燃、易爆則段出口的溫度低一些，對(duì)于某些化工氣體，因在高溫下氣體發(fā)生不必要的分解或化合變化，或會(huì)產(chǎn)生并加速對(duì)機(jī)器材料的腐蝕，這樣的壓縮機(jī)冷卻次數(shù)必需多一些。,2）用戶(hù)要求排出的氣體溫度高，以

15、利于化學(xué)反應(yīng)(由氮、氫化合為氮)或燃燒，則不必采用中間冷卻，或盡量減少冷卻次數(shù)。 3）考慮壓縮機(jī)的具體結(jié)構(gòu)、冷卻器的布置、輸送冷卻水的泵耗功、設(shè)備成本與環(huán)境條件等綜合因素。 4） 段數(shù)確定后，每一段的最佳壓力比，可根據(jù)總耗功最小的原則來(lái)確定。,（3) 級(jí)數(shù)與葉輪圓周速度和氣體分子量的關(guān)系,a減少級(jí)數(shù)與葉輪圓周速度的關(guān)系： 為使機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊，減少零部件，降低制造成本，在達(dá)到所需壓力比條件下要求盡可能減少級(jí)數(shù)。有下式,可知，葉輪對(duì)氣體做功的大小與圓周速度的平方成正比，如能盡量提高u2就可減少級(jí)數(shù)。但是提高葉輪圓周速度u2 ，卻受到以下幾種因素的限制。 葉輪材料強(qiáng)度的限制； 氣流馬赫數(shù)的限制；

16、葉輪相對(duì)寬度的限制。,b級(jí)數(shù)與氣體分子量的關(guān)系： 氣體分子量對(duì)馬赫數(shù)的影響； 氣體分子量對(duì)所需壓縮功的影響。,壓縮不同氣體時(shí)所需壓縮功和級(jí)數(shù)的比較表,3.5 功率與效率,3.5.1 單級(jí)總耗功、功率和效率 3.5.2 多級(jí)離心機(jī)的功率和效率,3.5.1 單級(jí)總耗功、功率和效率,3.5.1.1 級(jí)總耗功、總功率 3.5.1.2 級(jí)效率 3.5.1.3 多變的能量頭系數(shù),3.5.1.1 級(jí)總耗功、總功率,葉輪對(duì)1kg氣體的總耗功：,流量qm的總功率：,3.5.1.2 級(jí)效率,多變效率是級(jí)中氣體壓力升高所需的多變壓縮功與實(shí)際總耗功之比，表示為：,通常c0c0 ,因而有：,3.5.1.3 多變的能量頭

17、系數(shù),該式表明，多變能量頭系數(shù)與葉輪的周速系數(shù)、多變系數(shù)、漏氣損失系數(shù)和輪阻損失系數(shù)的相互關(guān)系。若要充分利用葉輪的圓周速度，就要盡可能的提高周速系數(shù)和級(jí)效率。 注意:若要比較效率的高低，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)： 與所指的通流部件的進(jìn)出口有關(guān)。 與特定的氣體壓縮熱力過(guò)程有關(guān)。 與運(yùn)行工況有關(guān)。 只有在以上三點(diǎn)相同的條件下，比較誰(shuí)的效率高還是低才是有意義的。,3.5.2 多級(jí)離心壓縮機(jī)的功率和效率,(2)多級(jí)離心壓縮機(jī)的效率,多級(jí)離心壓縮機(jī)所需的內(nèi)功率可表示為諸級(jí)總功率之和,(1)多級(jí)離心壓縮機(jī)的內(nèi)功率,多級(jí)離心壓縮機(jī)的效率通常指的內(nèi)效率,而內(nèi)效率是各級(jí)效率的平均值,(4)原動(dòng)機(jī)的輸出功率,(3

18、)機(jī)械損失、機(jī)械效率和軸功率,原動(dòng)機(jī)的額定功率一般為,3.6 性能與調(diào)節(jié),3.6.1 離心壓縮機(jī)的性能 3.6.2 壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作 3.6.3 壓縮機(jī)的串聯(lián)與并聯(lián) 3.6.4 壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)方法及特點(diǎn),3.6.1 離心壓縮機(jī)的性能,3.6.1.1 性能曲線(xiàn) 3.6.1.2 喘振工況 3.6.1.3 堵塞工況 3.6.1.4 性能曲線(xiàn)的變化規(guī)律,3.6.1.1 性能曲線(xiàn),（1）性能曲線(xiàn)的形成 （2) 性能曲線(xiàn)的特點(diǎn) （3）性能曲線(xiàn)的特點(diǎn) （4）最佳工況 （5）穩(wěn)定工作范圍,（1）性能曲線(xiàn)的形成,（2) 性能曲線(xiàn)的特點(diǎn),（3）性能曲線(xiàn)的特點(diǎn),隨著流量的減小，壓縮機(jī)能提供的壓力比將增大。在最小流

19、量時(shí)，壓力比達(dá)到最大。 離心壓縮機(jī)有最大流量和最小流量?jī)煞N極限流量；排除壓力也有最大值和最小值。 效率曲線(xiàn)有最高效率點(diǎn)，離開(kāi)該點(diǎn)的工況效率下降的較快。 功率N與Qj 。大致成正比，所以功率曲線(xiàn)一般隨Qj增加而向上傾斜，但當(dāng)-Qj曲線(xiàn)向下傾斜很快時(shí)，功率曲線(xiàn)也可能先向上傾斜而后逐漸向下傾斜。,（4）最佳工況,工況的定義：性能曲線(xiàn)上的某一點(diǎn)即為壓縮機(jī)的某一運(yùn)行工作狀態(tài)(簡(jiǎn)稱(chēng)工況)。 最佳工況點(diǎn)：通常將曲線(xiàn)上效率最高點(diǎn)稱(chēng)為最佳工況點(diǎn)，一般應(yīng)是該機(jī)器設(shè)計(jì)計(jì)算的工況點(diǎn)。如圖所示，在最佳工況點(diǎn)左右兩邊的各工況點(diǎn)，其效率均有所降低。,（5）穩(wěn)定工作范圍,壓縮機(jī)性能曲線(xiàn)的左邊受到喘振工況的限制，右邊受到

20、堵塞工況限制，在這兩個(gè)工況之間的區(qū)域稱(chēng)為壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。壓縮機(jī)變工況的穩(wěn)定工作范圍越寬越好。,3.6.1.2 喘振工況,（1）壓縮機(jī)喘振的機(jī)理 （2）喘振的危害 （3）防喘振的措施,（1）壓縮機(jī)喘振的機(jī)理,旋轉(zhuǎn)脫離,壓縮機(jī)的喘振,（2）喘振的危害,喘振造成的后果是很?chē)?yán)重的，它不僅使壓縮機(jī)的性能惡化，壓力和效率顯著降低，機(jī)器出現(xiàn)異常的噪聲、吼叫和爆音，而且使機(jī)器出現(xiàn)強(qiáng)烈的振動(dòng)，致使壓縮機(jī)的軸承、密封遭到損壞，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子和固定部件的碰撞，造成機(jī)器的嚴(yán)重破壞。,（3）防喘振的措施,操作者應(yīng)具備標(biāo)注喘振線(xiàn)的壓縮機(jī)性能曲線(xiàn)，隨時(shí)了解壓縮機(jī)工況點(diǎn)處在性能曲線(xiàn)圖上的位置。為偏于運(yùn)行安全，可在比喘振線(xiàn)

21、的流量大出510的地方加注一條防喘振線(xiàn)，以提醒操作者注意。 降低運(yùn)行轉(zhuǎn)速，可使流量減少而不致進(jìn)人喘振狀態(tài)，但出口壓力隨之降低。 在首級(jí)或各級(jí)設(shè)置導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角度，使流量減少時(shí)的進(jìn)氣沖角不致太大，從而避免發(fā)生喘振。 在壓縮機(jī)出口設(shè)置旁通管道，如生產(chǎn)中必須減少壓縮機(jī)的輸送流量時(shí)，讓多余的氣體放空，或經(jīng)降壓后仍回進(jìn)氣管，寧肯多消耗流量與功率，也要讓壓縮機(jī)通過(guò)足夠的流量，以防進(jìn)入喘振狀態(tài)。,（3）防喘振的措施（續(xù)）,在壓縮機(jī)進(jìn)口安置溫度、流量監(jiān)視儀表，出口安置壓力監(jiān)視儀表，一旦出現(xiàn)異?；蚨苏窦皶r(shí)報(bào)警，最好還能與防喘振控制操作聯(lián)功d4與緊急停車(chē)聯(lián)動(dòng)。 運(yùn)行操作人員應(yīng)了解壓縮機(jī)的工作原理，隨時(shí)注

22、意機(jī)器所在的工況位置，熟悉各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的操作，盡量使機(jī)器不致迅人喘損狀態(tài)。一日進(jìn)人喘振應(yīng)立即加大流量退出喘振或市即停機(jī)。停機(jī)后，應(yīng)經(jīng)開(kāi)缸檢查確無(wú)隱患，方可再開(kāi)動(dòng)機(jī)器。,3.6.1.3 堵塞工況,流量達(dá)到最大時(shí)的工況即為最大流量工況。造成這種工況有兩種可能：一是級(jí)中流道中某喉部處氣流達(dá)到臨界狀態(tài)，這時(shí)氣體的容積流量已是最大值，任憑壓縮機(jī)背壓再降低，流量也不可能再增加，這種情況稱(chēng)為“阻塞”工況。另一種情況是流道內(nèi)并未達(dá)到臨界狀態(tài)，即未出現(xiàn)“阻塞”工況，但壓縮機(jī)在偌大的流量下，機(jī)內(nèi)流動(dòng)損失很大，所能提供的排氣壓力已很小，幾乎接近零能頭，僅夠用來(lái)克服排氣管的流動(dòng)阻力以維持這樣大的流量，這

23、也是壓縮機(jī)的最大流量工況。,由制造廠商提供的離心式壓縮機(jī)的性能曲線(xiàn)圖上一般都注明該壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)條件，例如氣體介質(zhì)名稱(chēng)、密度(或分子量)、進(jìn)氣壓力及進(jìn)氣溫度等。因?yàn)槿绻\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的氣體介質(zhì)、進(jìn)氣條件與設(shè)計(jì)條件不符，那么壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能就有別于所提供的性能曲線(xiàn)圖。以如圖形式表示的性能曲線(xiàn)與氣體的性質(zhì)和進(jìn)氣狀態(tài)密切相關(guān)。如圖所示，如果進(jìn)氣溫度Ti不變，在相同容積流量Qi下，壓縮重的氣體所得到的壓力比較大；反之，壓縮輕的氣體，所得的壓力比較小。同樣，假設(shè)壓縮的是同一種氣體介質(zhì)，但進(jìn)氣溫度Ti不同，進(jìn)氣溫度較高的氣體，共性能曲線(xiàn)在下方，進(jìn)氣溫度較低的氣體的性能曲線(xiàn)在上方。,3.6.1.4 性能曲線(xiàn)的變化規(guī)律

24、,3.6.2 壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合,3.6.2.1 管網(wǎng)特性曲線(xiàn) 3.6.2.2 壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作 3.6.2.3 平衡工況的穩(wěn)定性,所謂管網(wǎng)，一般是指與壓縮機(jī)連接的進(jìn)氣管路、排氣管路以及這些管路上的附件及設(shè)備的總稱(chēng)。但對(duì)于離心式壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，管網(wǎng)只是指壓縮機(jī)后面的管路及全部裝置。管網(wǎng)終端的壓力應(yīng)為： 式中P包括管網(wǎng)中的摩擦損失和局部阻力損失，A為總阻力損失的計(jì)算系數(shù)。,3.6.2.1 管網(wǎng)特性曲線(xiàn),3.6.2.2 壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作,某壓縮機(jī)原來(lái)進(jìn)氣溫度為30度，工作點(diǎn)在A點(diǎn)(見(jiàn)圖)，因生產(chǎn)中冷卻器出了故障，使氣溫劇增到70度，這時(shí)壓縮機(jī)突然出現(xiàn)了喘振，究其原因，就是因?yàn)檫M(jìn)氣溫度升高，使

25、壓縮機(jī)的性能曲線(xiàn)下降，由線(xiàn)1下降為l，而管網(wǎng)性能曲線(xiàn)未變，壓縮機(jī)的工作點(diǎn)變到A，此點(diǎn)如果落在喘振限上，就會(huì)出現(xiàn)喘振。,例1 性能變化造成的喘振情況,例2 性能變化造成的喘振情況,某壓縮機(jī)原在上圖所示的A點(diǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，后來(lái)由于某種原因，進(jìn)氣管被異物堵塞而出現(xiàn)了喘振。分析其原因就是因?yàn)檫M(jìn)氣管被堵，壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力從pi一下降為pi。使機(jī)器性能曲線(xiàn)下降到l線(xiàn)，管網(wǎng)性能曲線(xiàn)無(wú)變化，于是工作點(diǎn)變到A，落入喘振限所致。,例3 性能變化造成的喘振情況,某壓縮機(jī)原在轉(zhuǎn)速為n下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工況點(diǎn)為A點(diǎn)(見(jiàn)上圖)。后因生產(chǎn)中高壓蒸汽供應(yīng)不足，作為驅(qū)動(dòng)機(jī)的蒸汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到n2，這時(shí)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)A落到喘振區(qū)，因此產(chǎn)生

26、了喘振。,壓縮機(jī)串聯(lián)工作可增大氣流的排出壓力，壓縮機(jī)并聯(lián)工作可增大氣流的輸送流量。但在兩臺(tái)壓縮機(jī)串聯(lián)或并聯(lián)工作時(shí)，兩臺(tái)壓縮機(jī)的特性和管網(wǎng)特性在相互匹配中有可能出現(xiàn)不能很好協(xié)調(diào)工作的情況，例如使總的性能曲線(xiàn)變陡，變工況時(shí)某臺(tái)壓縮機(jī)實(shí)際上沒(méi)起作用，卻自自耗功，或者某臺(tái)壓縮機(jī)發(fā)生喘振等。,3.6.3 壓縮機(jī)的串聯(lián)與并聯(lián),3.6.4 壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)方法及特點(diǎn),壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作時(shí)，應(yīng)盡量運(yùn)行在最高效率工況點(diǎn)附近。在實(shí)際運(yùn)行中，為滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)輸送氣流的流量或壓力增減的需要，就必需設(shè)法改變壓縮機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)。實(shí)施改變壓縮機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)的操作稱(chēng)為調(diào)節(jié)。下面討論幾種壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)方法。,3.6.4.1 壓縮機(jī)出口節(jié)

27、流調(diào)節(jié) 3.6.4.2 壓縮機(jī)進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié) 3.6.4.3 采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)(又稱(chēng)進(jìn)氣預(yù)旋調(diào)節(jié)) 3.6.4.4 采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié) 3.6.4.5 改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) 3.6.4.6 三種調(diào)節(jié)方法的經(jīng)濟(jì)性比較及聯(lián)合采用兩種調(diào)節(jié),3.6.4.1 壓縮機(jī)出口節(jié)流調(diào)節(jié),3.6.4.2 壓縮機(jī)進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)壓縮機(jī)進(jìn)口管道中閥門(mén)開(kāi)度是又一種簡(jiǎn)便且可節(jié)省功率的調(diào)節(jié)方法。如圖所示，改變進(jìn)氣管道中的閥門(mén)開(kāi)度，可以改變壓縮機(jī)性能曲線(xiàn)的位置，從而達(dá)到改變輸送氣流的流量或壓力。,3.6.4.3 采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié),3.6.4.4 采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié),3.6.4.5 改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)

28、速的調(diào)節(jié),圖為用戶(hù)要求壓力p，不變而流量增大為qms或減小為qms，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速到n或n”，使性能曲線(xiàn)移動(dòng)即可滿(mǎn)足要求。,3.6.4.6 三種調(diào)節(jié)方法的經(jīng)濟(jì)性比較及聯(lián)合采用兩種調(diào)節(jié),左圖表示了進(jìn)口節(jié)流、進(jìn)氣預(yù)旋和改變轉(zhuǎn)速的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。其中以進(jìn)口節(jié)流為標(biāo)準(zhǔn)。曲線(xiàn)1表示進(jìn)口預(yù)旋比進(jìn)口節(jié)流所節(jié)省的功率。 曲線(xiàn)2表示改變轉(zhuǎn)速比進(jìn)口節(jié)流所節(jié)省的功率。顯然改變轉(zhuǎn)速的經(jīng)濟(jì)性最佳。,3.7 相似理論的應(yīng)用,3.7.1 相似理論的應(yīng)用價(jià)值 3.7.2 離心壓縮機(jī)相似應(yīng)具備的條件 3.7.3 符合相似條件的性能換算 3.7.4 通用性能曲線(xiàn),3.7.1 相似理論的應(yīng)用價(jià)值,相似理論在許多流體機(jī)械中均有重要的應(yīng)用價(jià)值。

29、應(yīng)用相似理論進(jìn)行性能換算可解決以下問(wèn)題： 按照性能良好的模型級(jí)或機(jī)器，可快速地設(shè)計(jì)出性能良好的新機(jī)器； 將?；囼?yàn)(如縮小機(jī)器尺寸、改變工質(zhì)和進(jìn)口條件等)的結(jié)果，換算成在設(shè)計(jì)條件或使用條件下的機(jī)器性能； 相似的機(jī)器可用通用的性能曲線(xiàn)表示它們的性能； 可使產(chǎn)品系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，不僅有利于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造，也有利于產(chǎn)品的選型使用。,3.7.2 離心壓縮機(jī)相似應(yīng)具備的條件,在流體力學(xué)和流體機(jī)器中，所謂流動(dòng)相似，就是指流體流經(jīng)幾何相似的通道或機(jī)器時(shí)，其任意對(duì)應(yīng)點(diǎn)上同名物理量(如壓力、速度等)比值相等。由此就可獲得機(jī)器的流動(dòng)性能(如壓力比、流量、效率等)相似。 流動(dòng)相似的相似條件有模型與實(shí)物或兩機(jī)

30、器之間幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似和熱力相似。 對(duì)于離心壓縮機(jī)而言，其流動(dòng)相似應(yīng)具備的條件可歸結(jié)為幾何相似、葉輪進(jìn)口速度三角形相似、特征馬赫數(shù)相等。而符合流動(dòng)相似的機(jī)器其相似工況的效率相等。,當(dāng)兩臺(tái)機(jī)器符合相似條件時(shí)，只要知道一臺(tái)機(jī)器的性能參數(shù)，則可通過(guò)相似換算得到另一臺(tái)機(jī)器的性能參數(shù)。,3.7.3 符合相似條件的性能換算,右圖為壓縮機(jī)的通用性能曲線(xiàn)。它對(duì)于符合相似條件的機(jī)器，以及按相似條件組成系列化的所有機(jī)器均帶來(lái)使用上的許多方便，故得到廣泛的應(yīng)用。,,3.7.4 通用性能曲線(xiàn),3.8 主要零部件及輔助系統(tǒng),3.8.1 葉輪 3.8.2 密封結(jié)構(gòu),3.8.1 葉輪,3.8.1.1 對(duì)葉輪的

31、要求 3.8.1.2 葉輪的結(jié)構(gòu)形式,葉輪是離心壓縮機(jī)中唯一對(duì)氣體作功的部件，且是高速回轉(zhuǎn)件，所以對(duì)葉輪的設(shè)計(jì)、材料和制造要求都很高，對(duì)葉輪的要求主要是： 提供盡可能大的能量頭； 葉輪以及與之匹配的整個(gè)級(jí)的效率要比較高； 所設(shè)計(jì)的葉輪型式能使級(jí)及整機(jī)的性能穩(wěn)定工況區(qū)較寬； 強(qiáng)度及制造質(zhì)量符合要求。,3.8.1.1 對(duì)葉輪的要求,3.8.1.2 葉輪的結(jié)構(gòu)形式,(1) 按葉輪的彎曲形式分 (2) 按葉輪結(jié)構(gòu)形式分 (3) 按制造工藝分,(1) 按葉輪的彎曲形式分,葉輪,性能,前彎葉片式葉輪,(2) 葉輪的結(jié)構(gòu)形式分,可分為閉式、半開(kāi)式和開(kāi)式葉輪三種類(lèi)型。 離心壓縮機(jī)大多數(shù)采用閉式葉輪。,(3)

32、按制造工藝分,葉輪有鉚接、焊接、精密鑄造、釬焊和電蝕加工等制造方法。,3.8.2 密封結(jié)構(gòu),3.8.2.1 壓縮機(jī)中常用的密封形式 3.8.2.2 迷宮密封 3.8.2.3 浮環(huán)油膜密封,,流體機(jī)械既有靜密封又有動(dòng)密封。動(dòng)密封是防止機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)期間和停轉(zhuǎn)期間流體向外或向內(nèi)泄露的構(gòu)件。動(dòng)密封主要是旋轉(zhuǎn)軸的密封。旋轉(zhuǎn)軸密封又有面接觸密封和非接觸密封兩種主要類(lèi)型。,3.8.2.1 壓縮機(jī)中常用的密封形式,3.8.2.2 迷宮密封,（1） 迷宮密封的結(jié)構(gòu)形式 （2） 密封原理 （3） 輪蓋密封的漏氣量及漏氣損失系數(shù) （4） 迷宮密封設(shè)計(jì)及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題,（1） 迷宮密封的結(jié)構(gòu)形式,迷宮密封也稱(chēng)為梳齒

33、型密封，是一種非接觸型密封。主要用于離心壓縮機(jī)級(jí)內(nèi)輪蓋密封、級(jí)問(wèn)密封和平衡盤(pán)密封上。在壓力較低，且允許流體少量流出時(shí)，也可作為軸密封(軸與殼體問(wèn)的密封)使用。迷宮密封的結(jié)構(gòu)用的較多的是以下幾種： 平滑形 曲折形 臺(tái)階形 徑向排利的迷宮密封 還有一種新型的迷宮密封叫蜂窩形迷宮密封,平滑行迷宮密封,曲折形迷宮密封,臺(tái)階形迷宮密封,徑向排列的迷宮密封,蜂窩形迷宮密封,（2） 密封原理,迷宮密封是利用節(jié)流原理使氣體每經(jīng)過(guò)一個(gè)齒片，壓力就下降一次，經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的齒片后就形成較大的壓降，實(shí)質(zhì)上迷宮密封就是給氣體的流動(dòng)以壓差阻力，從而減小氣體的通過(guò)量。,（3） 漏氣量及漏氣損失系數(shù),(4)設(shè)計(jì)及使用中應(yīng)注意

34、的問(wèn)題,梳齒密封除了輪蓋密封齒數(shù)較少外，一般密封結(jié)構(gòu)中z不少于6片，也不多于35片； 為提高節(jié)流降壓效果，梳齒的徑向間隙s應(yīng)盡可能的小，一般為O.4mm左右。相鄰齒片問(wèn)的距離和間隙的比應(yīng)足夠大，一般齒距與間隙的比值為6（如圖）； 梳齒頂端朝向來(lái)流一邊作成尖角形，以加強(qiáng)氣流旋渦，提高密封效果； 梳齒材料一般采用青銅、銅銻錫合金及鋁合金等較軟的金屬制作，避免劃傷軸或軸套。對(duì)于易燃、易爆氣體，還應(yīng)采用不會(huì)產(chǎn)生火花的材料； 如果被密封的氣體有毒或易燃易爆，不允許漏至機(jī)外仍采用迷宮密封的話(huà)，則必須在梳齒的中間某部位，設(shè)計(jì)成抽氣(或沖氣)的密封型式。,3.8.2.3 浮環(huán)油膜密封,1一浮環(huán) 2一L型固定環(huán)

35、 3一銷(xiāo)釘 4一彈簧 5一軸套 6一擋油環(huán) 7一甩油環(huán) 8一軸 9一高壓側(cè)預(yù)密封梳齒 10一梳齒座 11一高壓側(cè)回油孔 12一空腔 13一進(jìn)油孔 14一低壓側(cè)回油空腔,3.9 安全可靠性,3.9.1 葉輪強(qiáng)度 3.9.2 轉(zhuǎn)子臨界速速度 3.9.3 軸向推力的平衡 3.9.4 抑振軸承 3.9.5 機(jī)械故障診斷,由于離心葉輪高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力及與軸過(guò)盈配合所產(chǎn)生的壓緊力等，會(huì)使葉輪內(nèi)部產(chǎn)生很大的應(yīng)力，為保證安全運(yùn)轉(zhuǎn)，需要進(jìn)行葉輪強(qiáng)度計(jì)算。 閉式葉輪由輪盤(pán)、輪蓋和葉片構(gòu)成，從強(qiáng)度觀點(diǎn)看，輪蓋可視為輪盤(pán)的一個(gè)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(pán)形夾層。故葉輪強(qiáng)度

36、計(jì)算主要是輪盤(pán)應(yīng)力計(jì)算。目前輪盤(pán)應(yīng)力計(jì)算有二次法、遞推一代人法和有限元法。 應(yīng)當(dāng)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。,3.9.1 葉輪強(qiáng)度,3.9.2 轉(zhuǎn)子臨界速度,n<2nc1,為了確保機(jī)器運(yùn)行的安全性，要求工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離第1、2階臨界轉(zhuǎn)速，其校核條件是,對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子,對(duì)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(yīng)低于二倍的第一階臨界轉(zhuǎn)速，即,n0.75nc1,1.3nc1n0.7nc2,3.9.3 軸向推力的平衡,3.9.3.1 轉(zhuǎn)子承受的軸向力,(1)閉式葉輪軸向推力的計(jì)算 (

37、2)半開(kāi)式葉輪軸向推力的計(jì)算,3.9.3.2 軸向推力的平衡措施,(1)葉輪對(duì)排 (2)葉輪背面加筋 (3)采用平衡盤(pán)(亦稱(chēng)平衡活塞),（1） 閉式葉輪軸向推力的計(jì)算,后一頁(yè)圖為閉式葉輪側(cè)面的受力情況。向右的軸向力由F0和F1組成，其中,向左的軸向力為F2，故葉輪總的向左的軸向推力為,(2) 半開(kāi)式葉輪軸向推力的計(jì)算,整個(gè)葉輪軸向推力為,假定在D1到D2之間Pr1的分布為,,葉輪的各種排列方式如下圖所示，圖(a)是葉輪順排，轉(zhuǎn)子上各葉輪軸向力相加；圖(b)和帶有中間冷卻器酌圖(c)是葉輪對(duì)排，可使轉(zhuǎn)子上的軸向力相互抵消，總軸向力大大降低。,(1) 葉輪對(duì)排,a b c,3.9

38、.3.2 軸向推力的平衡措施,在輪盤(pán)背面加幾條徑向筋片，如圖所示，相當(dāng)于增加一個(gè)半開(kāi)式葉輪。使間隙中的流體旋轉(zhuǎn)角速度增加一倍，從而使離心力增加壓力減小圖中eij線(xiàn)為無(wú)筋時(shí)的壓力分布，而eih為有筋時(shí)的壓力分布?？梢?jiàn)靠?jī)?nèi)徑處的壓力顯著下降，故使葉輪軸向力減少，這種措施對(duì)流體密度大的高壓壓縮機(jī)減小葉輪軸向力有效。,（2） 葉輪背面加筋,如左圖所示，在末級(jí)葉輪之后的軸上安裝一個(gè)平衡盤(pán)。并使平衡盤(pán)的另一側(cè)與吸氣管相通，靠近平衡盤(pán)端面安裝梳齒密封，可使轉(zhuǎn)子上的軸向力大部分被平衡掉。平衡盤(pán)是最常用的平衡軸向推力的措施。,（3） 采用平衡盤(pán) （亦稱(chēng)平衡活塞）,3.9.4 抑振軸承,3.9.4.1 滑動(dòng)軸承的

39、基本工作原理 3.9.4.2 幾種常用的抑振軸承,3.9.4.1 滑動(dòng)軸承的基本工作原理,3.9.4.2 幾種常用的抑振軸承,(1)普通的圓柱軸承 (2)橢圓軸承 (3)多油葉軸承 (4)多油楔軸承 (5)可傾瓦軸承 (6)墊塊式止推軸承,這種軸承在低速重載時(shí)，軸頸處于較大的偏心下工作，因而是穩(wěn)定的，可是在高速輕載下處于非常小的偏心下工作，因而很不穩(wěn)定，油膜振蕩一旦發(fā)生很難抑制。所以對(duì)于高速輕載轉(zhuǎn)子，圓柱軸承很少采用。,(1)普通的圓柱軸承,（2）橢圓軸承,這種軸承由上下兩段圓弧所構(gòu)成，圖1所示，由于加工方便，使用較廣泛。其特點(diǎn)是上、下兩段圓弧都距軸承中心有較大的偏心，并產(chǎn)生兩個(gè)油楔。其上瓦油

40、楔的油膜壓力就會(huì)對(duì)前述的軸頸失穩(wěn)起到抑制作用，由于幾何的對(duì)稱(chēng)性，這種軸承允許軸頸正反轉(zhuǎn)。,這種軸承由幾塊圓弧形瓦塊組成，可以是對(duì)稱(chēng)的，也可是不對(duì)稱(chēng)的，它與橢圓軸承的性能類(lèi)似，每段都有較大的偏心，且油楔數(shù)更多，因軸頸受多方油 楔的作用，故抑振性能優(yōu)于橢圓軸承。,（3） 多油葉軸承,如圖所示這種軸承的抑振性能與多油葉軸承相似，但由于油楔的不對(duì)稱(chēng)性，故只允許軸頸單向轉(zhuǎn)動(dòng)。,（4）多油楔軸承,(5) 可傾瓦軸承,這種軸承由多塊可以繞支點(diǎn)偏轉(zhuǎn)的活動(dòng)瓦塊組成。這是目前認(rèn)為抑振性能最好的軸承。它不僅油楔數(shù)多，且當(dāng)外部發(fā)生變化使軸頸中心瞬時(shí)離開(kāi)平衡位置時(shí)，由于瓦塊可以繞支點(diǎn)偏轉(zhuǎn)能夠自動(dòng)調(diào)整到平衡位置，使其不存

41、在維持振蕩的因素，因而穩(wěn)定性很好.,止推軸承的工作原理與徑向軸承類(lèi)似，也是由轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)動(dòng)的推力盤(pán)與軸承上幾塊扇形面形成的收斂油楔動(dòng)壓力來(lái)平衡轉(zhuǎn)子的軸向推力載荷。如圖所示。,(6)墊塊式止推軸承,3.9.5 機(jī)械故障診斷,3.9.5.1 機(jī)械故障診斷的必要性 3.9.5.2 故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 3.9.5.3 故障監(jiān)測(cè)技術(shù) 3.9.5.4 機(jī)械故障診斷方法,所謂故障是指機(jī)器喪失工作效能的程度，但通常故障是能修復(fù)或排除。 長(zhǎng)期以來(lái)采用的是定期預(yù)防性維修制度，即到一定時(shí)間不出故障也要停機(jī)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(fèi)用很大和停產(chǎn)時(shí)間很長(zhǎng)等損失。如采用機(jī)器故障診斷技術(shù)，則可改

42、為預(yù)防性維修制度，根據(jù)故障診斷結(jié)果，確定適時(shí)的停機(jī)和局部維修，這樣就大大延緩?fù)C(jī)大修的時(shí)間，甚至不必定期停機(jī)大修，從而節(jié)省了維修費(fèi)用，增加了持續(xù)生產(chǎn)的時(shí)間。,3.9.5.1 機(jī)械故障診斷的必要性,機(jī)器故障診斷的過(guò)程一般包括如下的主要環(huán)節(jié) (1)機(jī)器狀態(tài)參數(shù)的檢測(cè)，即信號(hào)采集； (2)信號(hào)處理，提取故障特征信息； (3)確定故障的發(fā)生部位、類(lèi)型和程度； (4)對(duì)確定的故障作防治處理與監(jiān)控。,3.9.5.2 故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng),a振動(dòng)信號(hào)的采集應(yīng)用各類(lèi)測(cè)振傳感器檢測(cè)機(jī)器振動(dòng)的位移、速度和加速度，并轉(zhuǎn)為電信號(hào)送入分析處理器。 b振動(dòng)信號(hào)的處理它是將傳感器感受到的各種激振力作用的復(fù)雜信號(hào)加工處理，提取與

43、故障有關(guān)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(yùn)算電路或電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)分析處理，最后獲得用于故障分析的數(shù)字或圖形。,(1)機(jī)器振動(dòng)檢測(cè)技術(shù) (2)熱紅外技術(shù) (3)聲發(fā)射技術(shù) (4)噪聲分析技術(shù) (5)潤(rùn)滑油的光譜、鐵譜分析技術(shù),3.9.5.3 故障監(jiān)測(cè)技術(shù),機(jī)器故障診斷中除了檢測(cè)狀態(tài)參數(shù)和信號(hào)處理之外，更重要的是根據(jù)提取的特征信息進(jìn)行故障識(shí)別與診斷，以確定故障發(fā)生的部位、類(lèi)別和程度，然而這是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)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(shù)診斷法、模糊診斷法、專(zhuān)家系統(tǒng)診斷法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法等。其中，專(zhuān)家系統(tǒng)診斷法是一種智能化的計(jì)算機(jī)

44、診斷系統(tǒng)，能使一般人員像專(zhuān)家一樣識(shí)別與判斷機(jī)械故障；而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法是一種由模仿人的大腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而建立的一種非線(xiàn)性的動(dòng)力學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可使專(zhuān)家更為準(zhǔn)確地識(shí)別與判斷機(jī)械故障。,3.9.5.4 機(jī)械故障診斷方法,3.10 選 型,3.10.1 選型的基本原則 3.10.2 選型分類(lèi) 3.10.3 選型方法,(1)提出產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo) (2)提出產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) (3)選用性能調(diào)節(jié)方式 (4)提出必須配備的設(shè)備儀表 (5)其他事項(xiàng),3.10.1 選型的基本原則,3.10.2.1 選型分類(lèi),3.10.2.1 按氣體流量與壓力選型 3.10.2.2 軸流式與離心式壓縮機(jī)的性能比較 3.10.2.3

45、按工作介質(zhì)選型 3.10.2.4按機(jī)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選型 3.10.2.5原動(dòng)機(jī)選型,(1)各類(lèi)壓縮機(jī)的流量和壓力適用范圍 (2)按流量選型 (3)按壓力選型,3.10.2.1 按氣體流量與壓力選型,（1） 壓縮機(jī)的流量和壓力適用范圍,（2） 按流量選型,按排氣壓力的大小選型，相對(duì)于進(jìn)口為一個(gè)大氣壓(即進(jìn)口壓力約為01MPa)的空氣而言，選用： 壓縮機(jī)排氣壓力在02MPa以上； 鼓風(fēng)機(jī)排氣壓力在0115O2MPa； 通風(fēng)機(jī)排氣壓力在0115MPa以下(表壓在1500mmH20以下)。,(3)按壓力選型,2.10.2.2 軸流式與離心式的性能比較,(1)軸流壓縮機(jī)適用于更大的流量 (2)軸流式的級(jí)壓力

46、比低 (3)軸流壓縮機(jī)的效率高 (4)軸流壓縮機(jī)的變工況特性較差,(1) 軸流壓縮機(jī)適用于更大的流量,(2) 軸流式的級(jí)壓力比低,在軸流級(jí)中氣流方向基本平行于軸線(xiàn)，徑向分速crO， 由于動(dòng)葉前后的u1u2，由歐拉方程可知，理論能量頭僅為 故級(jí)中獲得的能量比離心式的少。因而有效壓縮功小，級(jí)壓力比低。一個(gè)轉(zhuǎn)子上的級(jí)數(shù)有限，故它不使用于高壓力比的場(chǎng)合。,(3) 軸流壓縮機(jī)的效率高,由于相當(dāng)薄的機(jī)翼型動(dòng)、靜兩排葉片都對(duì)來(lái)流方向十分敏感，且兩排葉片靠的很近，隨著流量的增減，內(nèi)部正負(fù)沖角的增大，使級(jí)壓力比變化劇烈，其一qv曲線(xiàn)很陡，r1一qv曲線(xiàn)左右都下降的厲害。故軸流式的變工況適應(yīng)性較差。但若各級(jí)靜

47、葉全部可調(diào)，讓各個(gè)靜葉片的角度都隨流量的改變而改變，可使來(lái)流的沖角接近于O，能具有很好的變工況適應(yīng)性，且效率均能很高。,(4) 軸流壓縮機(jī)的變工況特性較差,2.10.2.3 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,由于提高氣體壓力比所需的壓縮功與氣體常數(shù)R成正比，壓縮輕氣體所需的有效壓縮功就大，因而選用的壓縮機(jī)級(jí)數(shù)就多，甚至需要選用多缸串聯(lián)的壓縮機(jī)機(jī)組，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)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(jí)的壓力比，從而減少級(jí)數(shù)。而壓縮重氣體所需的壓縮功就

48、小，則可選用較少的級(jí)數(shù)，甚至選用單級(jí)離心壓縮機(jī)，但應(yīng)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,(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(jī)器應(yīng)具有密封嚴(yán)密的軸端密封裝置，對(duì)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，為了工作的穩(wěn)定與安全，在氣體被壓縮不斷提高壓力的同時(shí)，應(yīng)對(duì)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(jī)。其壓縮機(jī)如何分段，則需按對(duì)溫度升高的限制程度和節(jié)省能耗的多少進(jìn)行綜合。,(3) 按氣固、氣液兩相介質(zhì),對(duì)于氣體中含有固體顆

49、?；蛞旱蔚膬上嘟橘|(zhì)，用戶(hù)應(yīng)提供氣體中所含顆?；蛞旱蔚臐舛?、大小等參數(shù)，要求機(jī)器的設(shè)計(jì)制造單位，按兩相流理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，而通流部件特別是葉輪、葉片應(yīng)選用耐磨損、耐銹蝕的材料或表面噴涂硬質(zhì)合金等進(jìn)行特殊的表面處理。,3.10.2.4 按機(jī)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選型,(1)單級(jí)離心壓縮機(jī) (2)多級(jí)多軸結(jié)構(gòu) (3)多缸串聯(lián)機(jī)組 (4)氣缸結(jié)構(gòu) (5)葉輪結(jié)構(gòu)與排列 (6)擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu) (7)軸流離心混合型壓縮機(jī),(1) 單級(jí)離心壓縮機(jī),如工作介質(zhì)分子量大或要求的壓力比不高，則應(yīng)盡量選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單級(jí)離心壓縮機(jī)。為了提高單級(jí)離心壓縮機(jī)的壓力比，可選用半開(kāi)式徑向型葉片的葉輪，它的顯著特點(diǎn)是強(qiáng)度高，允許的圓周速度大，u可

50、達(dá)550 ms，進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)輪和葉片擴(kuò)壓器的來(lái)流速度有的可達(dá)超音速，其壓縮空氣的壓力比可達(dá)=65。這種離心壓縮機(jī)已在小功率燃?xì)廨啓C(jī)和離心增壓器中得到廣泛采用。,(2) 多級(jí)多軸結(jié)構(gòu),由于多級(jí)離心壓縮機(jī)逐級(jí)容積流量不斷減小，而一個(gè)轉(zhuǎn)子或直線(xiàn)式串聯(lián)的多個(gè)轉(zhuǎn)子上的葉輪轉(zhuǎn)速都相同則前級(jí)和后級(jí)葉輪的b2B2很難滿(mǎn)足性能好、效率高的要求，為此可采用多級(jí)結(jié)構(gòu)，是各軸的轉(zhuǎn)速不同來(lái)滿(mǎn)足各級(jí)b2B2的要求。,對(duì)于要求高增壓比或輸送輕氣體因氣體常數(shù)R很大即使增壓比不大，但耗功很大的機(jī)器需要選用兩缸或多缸壓縮機(jī)串聯(lián)的機(jī)組。如圖：,(3） 多缸串聯(lián)機(jī)組,（4） 氣缸結(jié)構(gòu),1吸入室； 2軸； 3葉輪； 4固定部件； 5機(jī)殼；

51、 6軸端密封； 7軸承； 8排氣蝸室；,(5)葉輪結(jié)構(gòu)與排列,一般多采用閉式葉片后彎式的葉輪，因它的性能好，效率高。 為了提高單級(jí)壓力比，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可選用半開(kāi)式徑向直葉片的葉輪，其前面加上一個(gè)沿徑向葉片扭曲的導(dǎo)分輪，以適應(yīng)氣流進(jìn)入葉輪時(shí)沿徑向不同的圓周速度u1。 為適應(yīng)較大的流量，當(dāng)前幾級(jí)b2D2O06時(shí)，可選用具有葉片扭曲的三元葉輪，以改善性能提高效率。 為了提高葉輪的做功能力，而又減少葉片進(jìn)口區(qū)的葉片堵塞，有的葉輪可選用長(zhǎng)、短葉片相問(wèn)排列的結(jié)構(gòu)，以增加葉片數(shù)。如圖1 多級(jí)壓縮機(jī)的葉輪可以順向排列，也可以對(duì)向排列。選用對(duì)向排列結(jié)構(gòu)，可以消除轉(zhuǎn)子上的軸向推力，而不必另加平衡盤(pán)。但增加了進(jìn)

52、氣管和排氣管，而這正符合選用分段冷卻的要求，如圖2,(6) 擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu),一般多級(jí)離心壓縮機(jī)多選用無(wú)葉擴(kuò)壓器，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變工況的適應(yīng)性好，但在最佳工況點(diǎn)上的效低一點(diǎn)。 有的單級(jí)或個(gè)別的多級(jí)離心壓縮機(jī)選用有葉擴(kuò)壓器。這種擴(kuò)壓器的外徑尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，最佳工況點(diǎn)的效率高。但變工況的工作范圍小，效率低。如若再選用擴(kuò)壓器葉片角度可調(diào)裝置，則變工況的范圍亦可很寬，效率仍然較高。,由于前幾級(jí)的容積流量大，可選用適合大流量的軸流級(jí)，而同一軸上后幾級(jí)的容積流量小，可選用適合較小流量的離心級(jí)，這種混合型的壓縮機(jī)兼取各自的優(yōu)點(diǎn)，使性能更好、效率更高。,（7）軸流離心混合型壓縮機(jī),3.10.2.5 原動(dòng)機(jī)選型,

53、為適應(yīng)透平壓縮機(jī)的高轉(zhuǎn)速和變工況的要求，應(yīng)盡量選用具有可變速的高速工業(yè)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。這種原動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)直聯(lián)具有相同的轉(zhuǎn)速，變工況調(diào)節(jié)方便，效率高，省去了增速齒輪箱和其他變工況的調(diào)節(jié)裝置。在大型冶金、煉油、化工廠中往往都有蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)或儲(chǔ)油站，選用工業(yè)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)是較為方便，可行的。,(1)選用高速、變速的 工業(yè)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī) (2)選用交流電動(dòng)機(jī) (3)選用可變轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī) 選用直流電動(dòng)機(jī) 選用變頻交流電動(dòng)機(jī),3.10.3 選型方法,用戶(hù)可根據(jù)已知介質(zhì)，流量，進(jìn)、出口壓力和溫度等條件和要求直接查找某生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄來(lái)選型。 用戶(hù)根據(jù)已知條件和要求，進(jìn)行初步的方案計(jì)算，以選擇合適的機(jī)器、型式、結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)等，并與制造廠商商討選型。 用戶(hù)提出已知條件和要求，委托制造廠利用現(xiàn)成的軟件進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化選型與性能預(yù)測(cè)，使選型機(jī)器效果最佳。,