§2.1 离心压缩机的主要构件及工作原理
§2.1 离心压缩机的主要构件及工作原理
(4)气体不与机器润滑系统的油接触 在压缩气体过 程中，可以作到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。
(5)转速较高 适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱 动，可以合理而又充分地利用石油化工厂的热能，节约 能源。
目前，离心压缩机还存在一些缺点： (1)还不适用于气量太小及压力比过高的场合。 (2)离心压缩机的效率一般仍低于活塞式压缩机。 (3)离心压缩机的稳定工况区较窄。
第二章 离心压缩机
本节重点： 1. 离心压缩机的主要构件及其作用； 2. 离心压缩机无预旋理论能头计算； 3. 叶轮对每公斤有效气体的总耗功Htot、轮阻损失耗功Hdf及
内漏气损失耗功Hl以及相应的功率Ndf、Nl的计算 4. 等温压缩功His 、绝热压缩功Had 和多变压缩功Hpol 计算； 5. 多变效率ηpol的计算公式； 6. 多变能头系数φpol与压缩机级多变压缩功关系式； 7. 离心压缩机级流动损失内容及其产生原因、影响因素； 8. 课后作业1、2、3题
)3
(1
5e ) D2
N tot
mH T 1000
(1
l
df
)
βl和βdf两个系数需要计算得到。但在压缩机结构设计之 前可根据实践经验先假设其值，待结构设计后再进行验算。
一般情况下，取βl+βdf =0.02～0.13。对高压小流量的级取较 大值，对低压大流量的级取较小值。
叶轮对每公斤有效气体的总耗功Htot、轮阻损失耗功Hdf 及内漏气损失耗功Hl以及相应的功率Ndf、Nl可分别表示为
H ab
qab
(ia
ib )
cb2
ca2 2
g(zb
za )
式中Hab——每公斤气体在a、b两截面间对 外界输出或输入的功，J/kg。在离心压缩 机中规定，外界对气体作功时H为正，气 体对外界作功时H为负；
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
qab——每公斤气体在a、b两截面间对外界输出或输入 的热，J/kg。在离心压缩机中规定，外界传给气体热时q为 正，气体传给外界热时q为正；
§2.1 离心压缩机的主要构件及工作原理
一、离心压缩机的主要构件 (1)叶轮 是离心压缩机中唯一的作功部件。由于叶轮对 气体作功，增加了气体的能量，因此气体流出叶轮时的压 力和速度都有明显增加。 (2)扩压器 是离心压缩机中的转能装置。气体从叶轮流 出时速度很大，为了将速度能有效的转变为压力能，便在 叶轮出口后设置流通截面逐渐扩大的扩压器； (3)弯道 是设置于扩压器后的气流通道，其作用是将扩 压后的气体由离心方向改变为向心方向，以便引入下一级 叶轮去继续进行压缩。 (4)回流器 它的作用是为了使气流以一定方向均匀地进 入下一级叶轮入口。在回流器中一般都装有导向叶片。 (5)吸气室 其作用是将进气管(或中间冷却器出口)中的 气体均匀地导入叶轮。
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
气体在级中流动与液体在泵叶轮中流动非常类似，都 是沿半径方向流动的，其圆周速度为u，相对速度为w，绝对 速度为c。但由于气体与液体性质不同，又使其流动过程有所 区别。首先，在常温和常压下，气体与液体的密度相差很大， 因此当它们通过叶轮获得同样的能头时，两者的压力升相差 很大，其次，气体是可压缩的，在气体压力提高的同时，其 他状态参数如比容、温度等都在变化。尤其在高速下，气体 的流动更复杂。由于这些区别，不仅要用到欧拉方程和伯努 利方程分析流体的流动情况，而且要运用热力学基本方程来 分析气体在压缩过程中状态参数的变化，及其对流动的影响。
§2.1 离心压缩机的主要构件及工作原理
离心式压缩机是属于速度式透平压缩机的一种。在早期， 离心压缩机是用来压缩空气的，并且只适用于低、中压力和 气量很大的场合，但随着石油化工工业的迅速发展，离心压 缩机被用来压缩和输送各种石油化工生产过程中的气体，其 应用范围有了很大提高。尤其近十几年来，在离心压缩机设 计、制造方面，不断采用新技术、新结构和新工艺，如采用 高压浮环密封结构，较好地解决了高压下的轴端密封，采用 多油楔径向轴承及可倾瓦止推轴承，减少了油膜振荡，圆筒 形机壳的使用解决了高压气缸的强度和密封性；电蚀加工使 小流量下窄流道叶轮的加工得到解决。所有这些，都使离心 压缩机的使用范围日益扩大，不仅在石油化工生产中得到广 泛的应用，而且在石油气输送中也越来越各的被采用。
在工程上，为了便于分析研究，常假设级中气体在压缩 机的进气状态、排气压力以及转速不变的情况下，认为流道 中同一截面上各点的气流参数是均一的，而且在保持稳定工 作条件下，气流参数不随时间而变。
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
一、欧拉方程式 在离心泵中推导出的欧拉方程式对离心压缩机也完全适 用。在这里，欧拉公式写成
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
H tot (1 l df )HT
Hdf df HT
N df
df mH T
1000
Hl l HT
Nl
l mH T
1000
例2 （第124页）
以上分析说明，每公斤有效气体经过叶轮后，获得了 总能头Htot，这将使气体的状态参数发生变化，且这些变化 都遵循能量守恒定律。下面将分析以热量形式和机械能形式 表示的能量方程式，即热焓方程和伯努利方程，从而进一步 了解级中能量的分配及状态参数的变化规律。
在离心压缩机中，习惯将叶轮与轴的组件称为转子，而 将扩压器、弯道、回流器、吸气室和蜗壳等称为固定元件。
二、基本工作原理 离心压缩机的基本工作原理与离心泵有许多相似处，但 气体是可压缩的。
§2.1 离心压缩机的主要构件及工作原理
三、离心压缩机的主要优缺点 离心压缩机之所以能获得越来越广泛的应用，主要是由 于它具有以下优点： (1)排量大 如某油田输气离心压缩机的排气量为 510m3/min，年产30万吨合成氨厂中合成气压缩机的排气量 达2000～3000m3/h。目前，在产量大于600吨/日的合成氨广 中主要的工艺用压缩机几乎都采用了离心压缩机。 (2)结构紧凑、尺寸小 机组占地面积及重量都比同一气 量的活塞压缩机小得多。 (3)运转可靠 机组连续运转时间在一年以上，运转平稳， 操作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。 故目前长距离输气、大型石油化工厂用的离心压缩机多为单 机运行。
N tot
NT
Nl
N df
mtot HT 1000
N df
令
l
ml m
mH T 1000
(1
ml m
1000 mH T
N df
)
为内漏气损失系数；
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
算
df
1000Ndf mH T
为轮阻损失系数，其中Ndf可用下式计
N df
K df
gD22
( u2 100
mH T 1000
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
轮阻损失消耗的功率为Ndf(kW)，内漏气损失消耗的功 率为Nl(kW)。由于轮盖处的内漏气，故经过叶道的实际流量 为mtot，等于有效流量m和内漏气流量ml之和，即
mtot m ml
因此，在考虑了轮阻损失及内漏气损失后，叶轮的总功
率消耗Ntot为
HT u2c2u u1c1w
HT
u22
u12 2
w12
w22 2
c22
c12 2
J / kg
J / kg
叶轮对气体作功，使每公斤气体所获得的能量HT，称为 理论能头。
在离心压缩机中，当设计成气体径向进入叶轮叶道时， 即无预旋时，可得
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
HT
u2c2u
从理论上精确计算叶片有限多时叶轮出口处气流的圆周分 速度c2u。于是，和离心泵一样，工程上用滑移系数μ来表 示轴向旋涡对理论能头的影响。
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
HT c2u
HT c2u
有关计算滑移系数的公式很多，这里推荐常用于离心
压缩机中的斯陀道拉(Stodola)公式，来反映轴向旋涡对圆
§2.1 离心压缩机的主要构件及工作原理
(6)蜗壳 其主要作用是将从扩压器(或直接从叶轮)出来 的气体收集起来，并引出机器。在蜗壳收集气体的过程中， 由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着降速扩 压的作用。
除了上述组件外，为减少气体向外泄漏在机壳两端还装 有轴封，为减少内部泄漏，在隔板内孔和叶轮轮盘进口外圆 面上还分别装有密封转置；为了平衡轴向力，在机器的一端 装有平衡盘等。
式中k为气体绝热指数；cp为定压比热。
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
Ltot LT Ldf Ll
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
同样，气体从叶轮中得到相应的总能头Htot为
H tot HT Hdf H l
在离心压缩机级中，叶轮是唯一的作功元件，因此气体从
叶轮中获得的能头也就是气体由级中获得的能头。从上面分析
可以看出，气体在级中获得的总能头Htot，是以两种方式得到 的，一种是叶片直接对气体作功，以机械能形式传给气体的理
§2.2 气体在级中流动的概念及基本方程
三、热焓（焓值）方程式
当气体在级中稳定流动时，取级中任意两截面a、b间 气体作为开口热力系统，如图所示。气体由a截面流进系 统，由b截面流出系统，a、b截面上气体的状态参数分别 为pa、Ta、va及pb、Tb、vb，气流速度分别为ca及cb。
根据热力学稳定流动能量方程，对a、 b两截面间的每公斤气体有下列方程式
论能头HT，另一种是由于轮阻及内漏气损失消耗的功，以热 能形式传给气体，使气体获得能头Hdf+Hl，它不包括在理论能 头HT中。在不考虑气体对外热损失的条件下，根据能量平衡 定律，则L=H，故以后均以符号H来表示功或能头。