《离心压缩机原理》课件.ppt

离心压缩机原理

本课程将深入探讨离心压缩机的工作原理，并分析其在不同应用场景中的优势。

课程大纲

离心压缩机简介

定义、应用、发展历史

离心压缩机基本结构

叶轮、进气口、扩压器

压力反转的原理

离心力的作用、流体动力学

压缩机性能曲线

效率、流量、压力等参数

离心压缩机简介

离心压缩机是一种利用高速旋转的叶轮将气体压缩的设备。它们在工业领域中广泛应用于石油化工、电力、冶金等行业，用于压缩空气、天然气、氢气等气体。

离心压缩机的优势在于其高效率、低噪声、运行可靠性高，并且可以处理大流量的气体，适合于大规模的工业应用。

离心压缩机基本结构

离心压缩机主要由以下部分组成：

叶轮

进气口

扩压器

轴承

密封

机壳

叶轮

叶轮是离心压缩机的核心部件，它将机械能转化为流体的压力能和动能。

叶轮通常由金属材料制成，并具有多种形状和尺寸，以适应不同的压缩机应用。

叶轮的形状和尺寸决定了压缩机的性能，如流量、压力、效率等。

进气口

进气口是离心压缩机的重要组成部分，负责将空气引导至叶轮，为压缩过程提供稳定的气流。进气口的形状和尺寸会影响压缩机的性能，如效率和流量。进气口通常采用扩散型设计，以降低气流速度，提高压缩效率。进气口还应具有足够的尺寸，确保气流能够顺利进入叶轮，避免气流堵塞或分离。

扩压器

扩压器作用

扩压器是离心压缩机的关键部件之一。它用于将叶轮出口的高速、低压气流减速并提高压力，从而提高压缩机的效率。

扩压器类型

扩压器主要有三种类型：直扩、弯扩和环形扩压器，每种类型都有其独特的优缺点，选择取决于压缩机的设计需求。

压力反转的原理

1

叶轮旋转

叶轮高速旋转

2

离心力

气体被叶轮甩出

3

压力升高

气体流速增加

4

反转压力

气体压力反转

离心力的作用

旋转运动

当叶轮旋转时，流体在叶轮通道内高速旋转，并受到离心力的作用。

向外推力

离心力将流体推向叶轮外缘，从而使流体的速度和压力逐渐增加。

流体动力学基本方程

连续性方程

描述流体在流动过程中质量守恒的原理。它指出流体进入一个控制体积的质量等于流出该控制体积的质量。

动量方程

描述流体在流动过程中动量守恒的原理。它指出流体在流动过程中受到的合外力等于流体动量变化率。

能量方程

描述流体在流动过程中能量守恒的原理。它指出流体在流动过程中能量的输入等于能量的输出。

流体在叶轮内的变化过程

进气

流体从进气口进入叶轮，速度较低，压力也较低。

加速

叶轮旋转时，流体受到叶片的作用而加速，速度和动能增加。

压力升高

流体加速的同时，压力也随之升高，这是离心压缩机的基本原理。

排气

流体在叶轮内完成加速和压力升高后，从排气口排出，进入扩压器。

比热容比和断热指数

1.4

空气

空气是离心压缩机中最常见的工质。

1.3

氮气

氮气也是一种常见的工质。

1.2

二氧化碳

二氧化碳的比热容比相对较低。

断热效率的计算

理论值

实际值

理想情况下，压缩机将所有输入能量转换为流体压力能，压缩机效率为100%。

在实际操作中，由于摩擦损失、热损失和流体不可逆性等因素，压缩机效率低于100%。

叶轮流量系数

定义

表示叶轮单位时间内通过的流量与理论流量的比值

影响因素

叶轮形状、转速、进气流量

意义

反映叶轮实际工作效率，提高流量系数可提升压缩机效率

压缩机性能曲线

压缩机性能曲线是表示压缩机在不同工况下性能参数变化的曲线图。

性能曲线通常包含以下参数：

流量(m3/h)

压力(kPa)

功率(kW)

效率(%)

压缩机运行特性

转速是影响压缩机性能的关键因素，转速越高，流量越大，但功耗也越高。

压缩机出口压力决定了压缩比，影响压缩机的工作效率和功耗。

压缩机流量是单位时间内输送的气体量，流量的大小受转速、压缩比等因素影响。

离心压缩机的分类

轴流式压缩机

气体流动方向与转轴平行，适合处理大量气体。

径向进气离心压缩机

气体沿径向进入叶轮，广泛应用于工业生产。

倾斜进气离心压缩机

气体沿斜向进入叶轮，兼具轴流式和径向进气的特点。

轴流式压缩机

叶轮设计

轴流式压缩机叶轮由多层叶片组成，叶片形状和排列方式会影响气流方向和压缩效率。

气流方向

气流沿轴向流动，通过叶轮旋转产生的升力进行压缩。

应用场景

适用于大流量、低压比的场合，例如航空发动机和大型工业设备。

径向进气离心压缩机

进气方向

气体从叶轮的径向方向进入。

旋转速度

叶轮旋转速度较高，可达每分钟数千转。

压力提升

能够产生较高的压力比，适用于高压压缩需求。

倾斜进气离心压缩机

进气角度

叶轮进气方向与轴线呈一定角度，通常为30-45度。

优点

效率更高，噪音更低，结构更紧凑。

应用

适用于高压、大流量的场合，例如天然气管道输送。

混流式压缩机

叶轮

叶轮形状介于离心式和轴流式之间，兼具两种类型的优点。

流量

流量比离心式压缩机大，但比轴流式