Kaiyun（全站）体育官方网站

　　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：

　　压缩机工作级中的气体压缩过程可以用焓熵图表示。如图8-8所示，各部分的压缩过程分别叙述如下：

　　如图8-8所示，由于有流动损失 ，可以认为在进气道的膨振过程由 点至1点，1点（ 点）的熵值大于 的熵值，流动损失使 的内能加大，而滞止焓

　　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：

　　(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)

　　排气压力超过34.3×104N/m2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。

　　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：

　　Kaiyun体育官方网站 开云网站入口

　　所以等熵压缩功大于等温压缩功，差值为 ，这是由于等熵压缩的终点温度高，压缩功就必然大。

　　实际的压缩过程比较复杂，可用多变过程表示，在多变过程中 ， ，为了简单分别讨论：

　　等温过程在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：

　　另外，对于容量较小的离心式压缩机而言，由于风量较小，叶轮直径也较小，可采用较高的转速；而容量较大的压缩机，由于叶轮直径较大，相应地转速也应低一些。例如，为国产3200m3/h空分设备配套的DA350-61型离心式压缩机，转速为8600r/min；而为国产10000m3/h空分设备配套的1TY-1040/5.3型空气压缩机，转速为6000r/min。

　　现在考虑工作级间1－1至5－5断面的压缩过程，首先考虑等熵压缩过程，即不考虑流动损失于外界的热交换。在整个工作级中，从叶轮进口1点到扩压器出口5点，等熵压缩的过程线断面，工作过程线I点，在全部扩压器中为2I点至 。

　　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：

　　其中 为图8-5（a）中 所围的面积，在不考虑动能变化时， 为 所围的面积，在图8-5（a）中流动损失所做的功 即为损失转化为热量传入系统，此热量为 。

　　显然，叶轮对气体作功是气体压力得以升高的根本原因，而叶轮在单位时间内对单位质量气体作功的多少是与叶轮外缘的圆周速度u2密切相关的：u2数值越大，叶轮对气体所作的功就越大。而u2与叶轮转速和叶轮的外径尺寸有如下关系：

　　离心式压缩机的每一个工作级一般由（1）、进气道 ；（2）、叶轮分导风轮和工作轮组成；（3）、无叶扩压器22－33；（4）、叶片扩压器33－55（44断面为叶片扩压器喉部截面）；（5）、集气管等组成（55有时表示集气管出口）。叶轮进口直径为 ( 和 分别为进口轮缘和轮毂直径)。各部分的气动参数变化如图8-7所示。

　　答：离心式压缩机用于压缩气体的主要工作部件是高速旋转的叶轮和通流面积逐渐增加的扩压器。简而言之，离心式压缩机的工作原理是通过叶轮对气体作功，在叶轮和扩压器的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为气体压力能的。

　　更通俗地说，气体在流过离心式压缩机的叶轮时，高速旋转的叶轮使气体在离心力的作用下，一方面压力有所提高，另一方面速度也极大增加，即离心式压缩机通过叶轮首先将原动机的机械能转变为气体的静压能和动能。此后，气体在流经扩压器的通道时，流道截面逐渐增大，前面的气体分子流速降低，后面的气体分子不断涌流向前，使气体的绝大部分动能又转变为静压能，也就是进一步起到增压的作用。

　　1)对于尺寸一定的叶轮来说，转速n越高，气体获得的能量就越多，压力的提高也就越大；

　　2)对于相同的圆周速度(亦可谓相同的叶轮作功能力)来说，转速n越高，叶轮的直径就可以越小，从而压缩机的体积和重量也就越小；

　　3)由于离心式压缩机通过一个叶轮所能使气体提高的压力是有限的，单级压比(出口压力与进口压力之比)一般仅为1.3～2.0。如果生产工艺所要求的气体压力较高，例如全低压空分设备中离心式空气压缩机需要将空气压力由0.1MPa提高到0.6～0.7MPa，这就需要采用多级压缩。那么，在叶轮尺寸确定之后，压缩机的转速越高，每一级的压比相应就越大，从而对于一定的总压比来说，压缩机的级数就可以减少。所以，在进行离心式压缩机的设计时，常常采用较高的转速。但是，随着转速的提高，叶轮的强度便成了一个突出的矛盾。目前，采用一般合金钢制造的闭式叶轮，其圆周速度多在300m/s以下。

　　实际上空气在叶轮内的流动过程存在着流动损失，所以实际上叶轮出口状态2点的温度 比等熵压缩2I点的温度 I高。这样全部扩压器中的等熵过程线点至 点。叶轮出口的总焓为 所以叶轮做功使气体在叶轮中获得的总焓增量为△ ，

　　叶轮出口气体的动能为 。如果 在扩压器全部等熵的转变成压力能的话，那么扩压器出口的静压力为 ，即图8-9上的 点，但这实际上是不可能的，因为扩压器中的实际扩压过程中存在流动损失和余速损失。扩压器中的实际扩压线点。扩压器中出口静压为 ，而滞止压力为 ，即 点，而 但是 点和 点的总焓相等

　　由于压缩机中存在多种压缩过程，故可以用各种效率来表示，其中有多变效率 ，绝热效率 ，以及等温效率

　　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：

　　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：

　　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：

　　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。

　　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。

　　与离心式压缩机相比，由于气体在压缩机中的流动，不是沿半径方向，而是沿轴向，所以轴流式压缩机的最大特点在于：单位面积的气体通流能力大，在相同加工气体量的前提条件下，径向尺寸小，特别适用于要求大流量的场合。

　　另外，轴流式压缩机还具有结构简单、运行维护方便等优点。但叶片型线复杂，制造工艺要求高，以及稳定工况区较窄、在定转速下流量调节范围小等方面则是明显不及离心式压缩机。

　　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：

　　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。

　　b．有热交换的多变过程，考虑比较简单的 ， 的情况，可用图8-5（b）中的曲线表示，此时过程为放热过程 。

　　速度型压缩机的含义是指它们的工作原理都是依赖叶片对气体作功，并先使气体的流动速度得以极大提高，然后再将动能转变为压力能。

　　透平式压缩机的含义是指它们都具有高速旋转的叶片。“透平”是英文“TURBINE”的译音，其中文含义为：“叶片式机械”，对于这一英文单词，全世界不管哪种语言，都采用音译的方法，所以“透平式压缩机”的意义也就是叶片式的压缩机械。