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　　第八章离心式压缩机原理1离心式压缩机的结构及应用排气压力超过 10 4N/m 2以上的气体机械为压缩机。压缩机分为容积式和透平式两大类,后者是属于叶片式旋转机械,又分为离心式和轴流式两种。透平式主要应用于低中压力,大流量场合。离心式压缩机用途很广。例如石油化学工业中,合成氨化肥生产中的氮,氢气体的离心压缩机,炼油和石化工业中普遍使用各种压缩机,天然气输送和制冷等场合的各种压缩机。在动力工程中,离心式压缩机主要用于小功率的燃气轮机, 内燃机增压以及动力风源等。离心压缩机的结构如图 8-1 所示。高压的离心压缩机由多级组成,为了减少后级的压缩功,还需要中间冷却,其主要可分为转子和定子两大部分。分述如下: 。转子由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等主要部件组成。 。由机壳、扩压器、弯道、回流器、轴承和蜗壳等组成。图8-1 离心式压缩机纵剖面结构图(1: 吸气室 2:叶轮 3:扩压器 4:弯道 5:回流器 6:涡室 7,8:密封 9:隔板密封 10: 轮盖密封 11: 平衡盘 12: 推力盘 13: 联轴节 14: 卡环 15: 主轴 16: 机壳 17: 轴承 18: 推力轴承 19: 隔板 20: 导流叶片) 2离心式压缩机的基本方程一、欧拉方程离心式压缩机制的流动是很复杂的,是三元,周期性不稳定的流动。我们在讲述基本方程一般采用如下的简化,即假设流动沿流道的每一个截面,气动参数是相同的,用平均值表示,这就是用一元流动来处理,同时平均后,认为气体流动时稳定的流动。根据动量矩定理可以得到叶轮机械的欧拉方程,它表示叶轮的机械功能变成气体的能量,如果按每单位质量的气体计算,用表示,称为单位质量气体的理论能量: (8-1 ) 式中和分别为气体绝对速度的周向分量,和叶轮的周向牵连速度,下标 1 和2分别表示进出口。利用速度三角形可以得到欧拉方程的另一种形式: (8-2 ) 二、能量方程离心式压缩机对于每单位质量气体所消耗的总功,可以认为是由叶轮对气体做功,内漏气损失和轮组损失所组成的。首先根据能量守恒定律可以得到: (8-3 ) 式中为输入的热量, 为内能, 为压能, 为动能。那么( 8-3 ) 式表示:叶轮对气体所做功,加上外界传入的热量等于压缩机内气体的内能, 压能和动能的增加之和。可以把内漏气损失和轮阻损失看成是传入到气体内的热量,因为损失和转化成热量会使机内气体的温度升高。那么:(8- 4) 就会得到(8-5 ) 那么压气机所做的总功等于气体的焓增和动能的增加。三、伯诺里方程对于可压缩的气体,压缩机中的伯诺里方程可以用下式表示: (8-6 ) 式中:为压缩机中从进口 1到出口 2之间的流动损失,积分表示压缩机压缩过程的压缩功,与变化的过程有关。( 8-6 )式可以从热力学第一定律和能量方程( 9-3 )式得出,热力学第一定律的微分形式为: (8-7) 即系统能量的增加等于传入的热量与绝对功之和,其中为比容,积分( 8-7 ) 式得到: (8-8 ) 其中(8-9) 是流动损失, 、为出口和进口的焓。上两式与式(8-4 )(8-5 )结合可以得到式(8-6 )式,(8-6 )与式(8-2 ) 比较,得出: (8-10 ) 式( 8-10 )中为压缩功表示为了提高压力所做的功,压力的提高由叶轮通道进出口的动能减少和离心力所做的功()组成,并且要减去流动损失部分。压缩功与叶轮中的气体变化过程有关。 。用表示压缩功(8-11 ) ,。其过程方程为: =常数或=常数绝热过程压缩功为:(8-12 ) : (8-13 ) 四、压缩过程在 T—S图上的表示热力学第二定律的表达式为: (8-14 ) 式中 S为熵。在 T—S图中, 为过程曲线(b) 同样,从过程起点 1至终点 2,热量为: q 12=如图 8-2(b) 所示,为吸入热量根据热力学第一定律可以得出: (8-15 ) 对于等压过程: 常数, ,故有: (8-16 ) (8-17 ) 由式( 8-16 )可知等压过程在 S—T图上为对数曲线 所示。所吸入的热量用式( 8-17 )表示。图8-3 等压过程线 T—S图上为水平线,当从至点时(),即从图 8-4 上的 1点至点,此时应该传出热量,其值由图 8-4 中的面积表示, 即:(8-18 ) 式( 8-18 )表示传出的热量为等温过程中的压缩功。图8-4 等温过程线 S—T图上为垂直线 中的线。绝热过程中,传入的热量,同时没有流动损失,即那么 dS=0, S=常数,故又称为等熵过程,此时压缩功可表示为: (8