第三章 离心压缩机的基本原理

第一节 离心压缩机的工作原理分析

一、常用名词解释：⑴级：每一级叶轮和与之相应配合的固定元件(如扩压器等)构成一个基本的单元，叫一个级。如：杭氧2TYS100+2TYS76氧气透平压缩机高低压气缸共有八个叶轮，就叫八级。⑵段：以中间冷却器隔开级的单元，叫段。这样以冷却器的多少可以将压缩机分成很多段。一段可以包括很多级，也可仅有一个级。⑶标态：0℃，1标准大气压。⑷进气状态：一般指进口处气体当时的温度、压力。⑸重量流量：一秒时间内流过气体的重量。⑹容积流量：一秒时间内流过气体的体积。⑺表压(G)：以当地大气为基准所计量的压强。⑻绝压(A)：以完全真空为基准所计量的压强。⑼真空度：与当地大气负差值。⑽压比：出口压力与进口压力的比值。

二、压缩机级中的气体流动叶轮被驱动机拖动而旋转，气体进入叶轮后，对气体作功。那么气体既随叶轮转动，又在叶轮槽中流动。反映出气体的压力↑，温度↑、比容↓。叶轮转动(理解“转动”)的速度即气体的圆周速度，在不同的半径上有不同的数值，叶轮出口处的圆周速度最大。气体在叶轮槽道内相对叶轮的流动(理解“流动”)速度为相对速度。因叶片槽道截面积从进口到出口逐渐增大，因此相对速度逐渐减少。气体的实际速度是圆周速度与相对速度的合成，又称之为绝对速度。

三、级内气体流动的能量损失分析

(一)、能的定义：度量物质运动的一种物质量，一般解释为物质作功的能力。能的基本类型有势能、动能、热能、电能、磁能、光能、化学能、原子能等。一种能可以转化为另一种能。能的单位和功的单位相同。能也叫能量。

(二)、级内气体流动的能量损失分析

压缩机组实际运行中，通过叶轮向气体传递能量，即叶轮通过叶片对气体作功消耗的功和功率外，还存在着叶轮的轮盘、轮盖的外侧面及轮缘与周围气体的摩擦产生的轮阻损失，还存在着工作轮出口气体通过轮盖气封漏回到工作轮进口低压低压端的漏气损失。都要消耗功。这些损失在级内都是不可避免的，只有在设计中精心选择参数，再制造中按要求加工，在操作中精心操作使其尽量达到设计工况，来减少这些损失。另外，还存在流动损失以及动能损失以及在级内在非工况时产生冲击损失。冲击损失增大将引起压缩机效率很快降低。还有高压轴端，如果密封不好，向外界漏气，引起压出的有用流量减少。故此，我们有必要研究这些损失的原因，以便在设计、安装、操作中尽量减少损失，维持压缩机在高效率区域运行，节省能耗。

1、流动损失：定义：就是气流在叶轮内和级的固定元件中流动时的能量损失。产生的原因：主要由于气体有粘性，在流动中引起摩擦损失，这些损失又变成热量使气体温度升高，在流动中产生旋涡，加剧摩擦损耗和流动能量损失，因旋涡的产生就要消耗能量;在工作轮中还有轴向涡流等第二次流动产生，引起流量损失。在叶轮出口由于出口叶片厚度影响产生尾迹损失。弯道和回流器的摩擦阻力和局部阻力损失等。

2、冲击损失

定义：是一种在非设计工况下产生的流动损失。叶轮进口叶片安装角β1A(实际)一般是按照设计气流的进口角β1(设计)来决定的。一般是β1=β1A，此时进气为无冲击进气。但是当工况发生偏离设计工况时，气流进口角β1大于或小于β1A将发生气流冲击叶片的现象。习惯把叶轮进口叶片安装角β1A(实际)与设计气流的进口角β1(设计)之

差叫做冲击角，简称冲角。用i表示。β1A<β1 ， i<0，叫负冲角。β1A>β1 ， i>0，叫正冲角。在正负冲角的情况下，都将出现气流与叶片表面的脱离，形成旋涡区，使能量损失。冲击损失的增加与流量偏离设计流量的绝对值的平方成正比。

3、轮阻损失

叶轮的不工作面与机壳之间的空间，是充满气体的，叶轮旋转时，由于气体有粘性，也会产生摩擦损失。又由于旋转的叶轮产生离心力，靠轮的一边气体向上流，靠壳的一边气体向下流，形成涡流，引起损失。轮阻损失的计算，有实验公式，有兴趣可查书籍。