压缩机压力比分配方案探析

在压缩机设计中，不仅要确定段数z，而且还要把各段的最佳压力比确定下来，以保证压缩机的耗功最小。在各段的效率、进口气体温度以及各段中间冷却器的压力损失系数λ不同的条件下，可按下列公式计算出各段最佳压力比。

式（5-4）是按压缩机各段耗功的总和为最小的原则推导而得的。

式中 ε₁、ε₂、…、ε_z——各段压力比。

式中 λ₁、λ₂、…、λ_z——各段冷却器的压力损失比。

其中，δ_p为冷却器的压力降，一般在1500～7000Pa（0.015～0.07kgf/cm²）。在一般低压离心压缩机中，常取压力损失比=0.96～0.995。

式（5-4）中系数Y可表示为

式中 η₁、η₂、…、η_z——各段的段效率，可按各段的平均级效率计算。

中间冷却器后的气体温度T_j2、T_j3、…、T_jz一般是由冷却器的进口水温t_进水决定，它将比进口水温高（10～20℃），如T_j2=t_进水+273+（10～12）K

对于空气压缩机，为了避免空气经过中间冷却器后有水分析出，引起叶轮等的腐蚀，除了可在中间冷却器后设置去水装置外，也可适当采用提高各段冷却后的空气温度的方法，来避免水分的析出。

从式（5-4）可以看出，各段的最佳压力比ε将随着各段效率的下降和进口气温的升高而减少。如果各段的效率η、进口气流T_j和压力损失比λ都相同，则各段的最佳压力比ε都将相同，即

对于压缩机各段压力比的确定问题，除了应从中间冷却器的角度来考虑外，也必须考虑到各段设计中的具体要求，把各段的压力比做适当的调整。例如对于压缩机的后面段来说，常常由于压缩后的体积流量过小，需要选用小的叶轮外径D₂和出口安装角β_2A，因此造成级的压力比下降。这时，在各段的级数相同的情况下，就常常把后面段的压力比适当减小，而头上的段压力比则适当增大。在压缩机分段数z比较合适的情况下，各段压力比与最佳压力比之间的差异，如果不超过±15%的话，那么对压缩机总耗功的增大是很小的，一般不会使各段压缩机的总耗功∑h增大1%。

也应该指出，中间冷却器后的气温高低，对于压缩机功率的节省和压力比的提高都有明显影响。因此设法降低冷却器后的气温是很有必要的，特别是在压力高的压缩机段中，即使采用较大的中间冷却器的流动阻力，来达到气温的下降，也是有利的。

[例题5-1] DA350-61型压缩机的进口压力p_j=0.97kgf/cm²，进口气体温度t_j1=20℃，压缩机的出口压力p_c=7.35kgf/cm²，压缩机各段效率均为η_db=81%，冷却水的温度t_进水=20℃。(www.xing528.com)

求合适的中间冷却的压缩机段数z和各段压力比的分配。

解 压缩机的压力比ε_机==7.58，按照压力比ε=5～9的范围，可选用压缩机的分段数z=3，采用二次中间冷却。

压缩机的第二段和第三段的气流进口温度为

t_j2=t_j3=t_进水+12℃=20℃+12℃=32℃

系数Y为

各段冷却器平均压力损失比λ=0.987。

根据式（5-4）可得

在实际设计中，每段压缩机都配置了两个级，考虑到第三段的体积流量较小，需采用小的叶轮外径D₂和出口安装角β_2A，以保证合适的相对宽度b₂/D₂。这样，就需要把压力比稍微作些调整，把第三段的压力比减小一些，把第一、第二段的压力比略加大一些，调整后的压力比为

ε₁=2.22；ε₂=2.068；ε₃=1.695

表5-1列出了分段以后的各段进出口参数。

表5-1 分段后各段进出口参数