离心式压缩机性能与危险工况区

（一）工作原理

工作轮在旋转的过程中，由于旋转离心力的作用及工作轮中的扩压流动，使气体的压力得到提高，速度也得到提高。随后在扩压器中进一步把速度动能转化为压力能。通过它可以把气体的压力逐渐提高。

图3-1 单轴压缩机结构图

1、6—前、后轴封 2—叶轮 3—扩压器 4—回流器 5—蜗 壳7—吸气窒

一般是由一台原动机（电动机）带动一根轴，轴上装有4个叶轮。就好像一根轴带了4个电扇，一个电扇的风传给第二个电扇，又传给了下一个电扇，最后你感觉到风的力量很大。离心压缩机就是这样通过叶轮把气体的压力逐渐提高的。

反映离心式压缩机性能的主要参数有：容积进气量Q、压缩比ε、功率N以及效率η等。离心式压缩机的性能曲线反映的是整台压缩机各参数之间的关系。它包括气体流量与压缩比的关系、气体流量与功率的关系、气体流量与效率的关系。

从压缩机性能曲线上可以得出下列结论：

1）在一定的转速下，压缩机的压缩比同流量成反比。随着流量的减少，压缩机能够提供的压缩比将增大。在最小流量时，压缩比达到最大。反过来说，如果压缩机的背压有所降低的话，其流量也将增大。

图3-2 多轴压缩机示意图

2）在一定的转速下，当流量为某一定的值时，压缩机的效率达到最高值，当流量大于或小于此值时，效率都将下降。一般常以此流量的工况点作为设计工况点。

3）离心式压缩机有最大流量和最小流量两个极限流量；当然排出压力也有最大值和最小值。当压缩机的流量小于最小流量时，压缩机将会发生喘振现象，大于最大流量时，压缩机气路将会发生堵塞。两者都是压缩机运行时应该避开的危险工况区。在喘振流量和堵塞流量之间是压缩机的稳定工作区。该区域的大小，是衡量压缩机性能的一个重要指标。

（二）离心式压缩机的优缺点

1.优点

离心压缩机是一种速度式压缩机，与其他压缩机相比有以下优点：

1）排气量大，排气均匀，气流无脉冲。

2）转速高。

3）机内不需要润滑。

4）密封效果好，泄漏现象少。

5）有平坦的性能曲线，操作范围较宽。

6）易于实现自动化和大型化。

7）易损件少，维修量少，运转周期长。(www.xing528.com)

2.缺点

离心式压缩机与其他压缩机相比，缺点如下：

1）操作的适应性差，气体的性质对操作性能有较大影响。在机组开车、停车、运行中，负荷变化大。

2）气流速度大，流道内的零部件有较大的摩擦损失。

3）有喘振现象，对机器的危害极大。

（三）压缩机级中的气体流动

叶轮被驱动机拖动而旋转，气体进入叶轮后，叶轮对气体做功。气体既随叶轮转动，又在叶轮槽中流动，反映出气体的压力升高、温度升高、比体积降低。

叶轮转动的速度即气体的圆周速度，在不同的半径上有不同的数值，叶轮出口处的圆周速度最大。

气体在叶轮槽道内相对叶轮的流动速度为相对速度。因叶片槽道截面积从进口到出口逐渐增大，因此相对速度逐渐减少。

气体的实际速度是圆周速度与相对速度的合成，又称之为绝对速度。

（四）级内气体流动的能量损失分析

压缩机组在实际运行中，通过叶轮向气体传递能量，即叶轮通过叶片对气体做功消耗能量，此外，还存在着叶轮的轮盘、轮盖的外侧面及轮缘与周围气体的摩擦产生的轮阻损失，还存在着工作轮出口气体通过轮盖气封漏回到工作轮进口低压端的漏气损失。这些损失在级内都是不可避免的，只有在设计中精心选择参数，在制造中按要求加工，在操作中精心，使其尽量达到设计工况，来减少这些损失。

另外，还存在流动损失以及在级内在非工况时产生冲击损失。冲击损失增大将引起压缩机效率很快降低。还有如果高压轴端密封不好，向外界漏气，会引起压出的有用流量减少。

故此，有必要研究这些损失的原因，以便在设计、安装、操作中尽量减少损失，维持压缩机在高效率区域运行，节省能耗。

1.流动损失

流动损失就是气流在叶轮内和级的固定件中流动时的能量损失。产生的原因主要是由于气体有黏性，在流动中引起摩擦损失；这些损失又变成热量使气体温度升高，在流动中产生旋涡，加剧摩擦损耗和流动能量损失；在工作轮中还有轴向涡流等第二次流动产生，引起流量损失；在叶轮出口由于出口叶片厚度影响而产生尾迹损失；还有弯道和回流器的摩擦阻力和局部阻力损失等。

2.冲击损失

冲击损失是一种在非设计工况下产生的流动损失。叶轮进口叶片安装角β_1A（实际）是按照设计气流的进口角β₁（设计）来决定的。一般是β₁=β_1A。此时进气为无冲击进气。但是当工况发生偏离设计工况时，气流进口角β₁大于或小于β_1A，将发生气流冲击叶片的现象。习惯把叶轮进口叶片安装角β_1A（实际）与设计气流的进口角β₁（设计）之差叫做冲击角，简称冲角，用i表示。β_1A＜β₁时，i＜0，叫负冲角；β_1A＞β₁时，i＞0，叫正冲角。在正负冲角的情况下，都将出现气流与叶片表面的脱离，形成旋涡区，使能量损失。冲击损失的增加值与流量偏离设计流量的绝对值的平方成正比。

3.轮阻损失

叶轮的不工作面与机壳之间的空间，是充满气体的，叶轮旋转时，由于气体有黏性，也会产生摩擦损失。又由于旋转的叶轮产生离心力，靠轮的一边气体向上流，靠壳的一边气体向下流，形成涡流，引起损失。轮阻损失的计算，有实验公式，如有需要可查书籍。

4.漏气损失

漏气损失包括内漏损失和外漏损失。内漏是指泄漏的气体又漏回到压缩气体中。这里包括两种情况：一种是从叶轮出口的气体从叶轮与机壳的空间漏回到进口；另一种是单轴的离心压缩机，由于轴与机壳之间也有间隙，气体从高压的一边经过间隙流入低压一边。外漏是指压缩气体通过轴与机壳密封处间隙或机体的间隙直接漏到大气中。漏气损失是一个不可忽视的问题，在维修、操作中应特别注意，有些空气压缩机出现气量达不到设计值的现象就是由于内漏和外漏引起的。