第七章 离心压缩机的性能曲线和调节 §7-1 离心压缩机的性能曲线 整机的效率、压比与流量之间的关系.

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1 第七章 离心压缩机的性能曲线和调节 §7-1 离心压缩机的性能曲线 整机的效率、压比与流量之间的关系

2 §7-1 离心压缩机的性能曲线 1 不同转速下

3 §7-1 离心压缩机的性能曲线 2 无量纲性能曲线

4 §7-1 离心压缩机的性能曲线 一、级数对压缩机性能曲线的影响 二级串联使工况范围变窄，性能曲线变陡

5 §7-1 离心压缩机的性能曲线 中冷器影响 扩大整机的稳定工况范围，应尽量设法使后面级的性能曲线平坦些，如可对后几级采用较小叶轮出口安装角。

6 §7-1 离心压缩机的性能曲线 二、转速变化对压缩机性能曲线的影响 能量头与圆周速度关系
转速增加，压比增加，气流马赫数增加，稳定工况范围便小，性能曲线变陡

7 §7-1 离心压缩机的性能曲线 压缩机性能曲线分析 （1）一定转速下，增大流量，压缩机压比下降；反之则上升
（2）一定转速下存在效率最高值的最佳流量，该最佳流量为设计流量， 对应工况点为设计工况点。 （3）压缩机性能曲线在左喘振工况点和右堵塞工况点之间的区域为稳定 工况区域，这为衡量压缩机性能的一个重要指标。 （4）压缩机级数越多，气体受密度变化影响越大，性能曲线越陡，稳定 工况范围越窄，尤其对于有中间冷却的多级压缩机。 （5）转速增大，压缩机性能曲线向大流量方向移动且变陡，稳定工况范 围变窄。

8 §7-2 压缩机与管网联合工作 （1）管网系统：压缩机后面压缩气体所经过的全部装置的总称。
（2）压缩气体经过管网时，要克服一系列阻力而产生压力损失（沿程和局部损 失） （3） 管网性能曲线：通过管网的气体流量与保证该流量通过管网所需压力之间 的关系曲线

9 §7-2 压缩机与管网联合工作 管网性能曲线与压缩机联合工作情况 阀门关小，A增大 阀门开大，A减小
偏离设计点（平衡工作点），效率下降，故管网阻力计算要正确。 管网曲线指导意义：管网设计和压缩机运行状态判断

10 §7-2 压缩机与管网联合工作 平衡状况稳定性分析 微小扰动法

11 §7-3 旋转失速和喘振 一、旋转失速 流量增大－气流轴向速度增大－冲角i变小为负值－气流射向非工作面
－工作面出现气流脱离－气流惯性抑制脱离扩大 流量增大－扩压度减小－气流分离不易扩大 流量减小－气流轴向速度减小－冲角i增大－气流射向工作面 －非工作面出现气流脱离并扩大 流量减小－扩压度增大－气流易分离

12 §7-3 旋转失速和喘振 叶片扩压器流动情况与叶轮相同

13 §7-3 旋转失速和喘振 （1）当流量下降，冲角增大时，由于气流不均匀性或加工问题，总是在某一个或
几个叶片上先发生气流脱离现象，形成一个或几个脱离区（脱离团） （2）叶轮中脱离团相对于叶片的移动传播速度小于转子旋转的圆周速度，旋转脱 离。 （3）对叶片扩压器级，旋转脱离首先在叶片扩压器中出现，对于无叶扩压器级， 旋转脱离一般先在叶轮中出现

14 §7-3 旋转失速和喘振 产生旋转脱离的气流参数脉动 气流脉动－周期性交变应力－共振－叶片破坏

15 §7-3 旋转失速和喘振 旋转失速 由工况变化导致叶片通道中产生严重的气流脱离，形成旋转脱离现象而使级性能明显恶化的现象，称为旋转失速
渐进失速 突变失速：特性曲线不连续性 失速解除的流量要大于进入失速的流量，称为滞后现象 渐进失速与突变失速同时出现：

16 §7-3 旋转失速和喘振 二、喘振工况 1 喘振机理 流量减小－旋转失速－流动恶化－出口压力降低－管网气流回流－管网压力等于出口压力－气流正向流－压缩级正常工作－管网压力升高－流量下降－倒流－….. 如此周而复始，在整个系统中发生了周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现象，称为喘振。 喘振时压力速度变化

17 §7-3 旋转失速和喘振 2 喘振危害性： （1）压缩机转子和静子经受交变应力而断裂 （2）级件压力失常而引起强烈振动，导致密
封及推力轴承损坏 （3）使运动元件和静止元件相碰，造成事故 3 喘振条件： 内部：强烈突变失速 外部：管网容量和特性 容量 大，喘振振幅大，频率低。

18 §7-3 旋转失速和喘振 喘振界限线 最小流量工作线

19 §7-3 旋转失速和喘振 4 防止喘振方法 5 判断喘振方法 （1）压缩机设计时加宽稳定工况区，喘振流量小于0.8设计流量
（2）在压缩机性能曲线上标注喘振线和防喘振线（ 喘振流量） （3）防喘放空 （4）防喘回流 （5）转动进口导叶、转动扩压器叶片及改变转速 （6）压缩机进口安置温度、流量监视仪表，出口安置压力监视仪表，报警停车 5 判断喘振方法 （1）测听压缩机出气管气流噪声 （2）观测压缩机出口压力和进口流量变化 （3）观测机体和轴承的振动情况 防喘振自动控制装置或人工识别：防喘振阀打开消除喘振－查找原因－采取措施－关闭防喘振阀－投入运行

20 §7-4 压缩机的串联和并联 一 串联 质量流量相等， （1）总性能曲线变陡 （2）提高压力或/和流量 （3）管网阻力太低，串联无意义

21 §7-4 压缩机的串联和并联 二、并联 1 使用情况： （1）必须加大气体供应量，而不对现有压缩机作重新设计或改建
（2）气体需求量很大，用一台压缩机供气可能尺寸过大或制造上有困难 （3）用户的需气量经常变动

22 §7-4 压缩机的串联和并联 2 运行特征 （1）每台压缩机压比相等，总压比不变或升高（管网曲线定）
（2）流量不变或提高流量，但流量小于压缩机单独工作流量之和（管网曲线定） （3）管网阻力太大，并联无意义 （4）转速差别引起的协调问题，转速低者可能发生喘振现象

23 §7-5 离心式压缩机的调节 按调节任务： 1 等压力调节 2 等流量调节 3 比例调节 调节方法： （1）出口节流 （2）进口节流
（3）采用可转动的进口导叶 （4）采用可转动的扩压器叶片 （5）改变压缩机转速

24 §7-5 离心式压缩机的调节 一 压缩机出口节流调节（改变管网性能曲线） 1 压力不变，流量变化 2 流量不变，压力变化
缺点：不经济，效率下降大，不适用于性能曲线较陡，流量调节量的情况，只在小型鼓风机和通风机中使用。

25 §7-5 离心式压缩机的调节 二 压缩机进口节流调节（改变压缩机性能曲线） 1 压力不变，流量变化 2 流量不变，压力变化
优点：经济性好；喘振流量减小；简便 缺点：节流后气流均匀性

26 §7-5 离心式压缩机的调节 二 压缩机进口节流调节（改变压缩机性能曲线） 1 压力不变，流量变化 2 流量不变，压力变化
优点：经济性好；喘振流量减小；简便 缺点：节流后气流均匀性

27 §7-5 离心式压缩机的调节 三 可转动进口导叶调节（进气预旋调节） 1 正旋绕 2 负旋绕 通风机效果好；强后弯叶轮效果差

28 §7-5 离心式压缩机的调节 进气旋绕对级性能影响试验 负旋绕，性能曲线上移；曲线平坦；喘振流量值增大 优点：良好气动性能，较进口节流
经济； 缺点：需考虑动静元件配合；进口气流相对速度的马赫数；对多级装置复杂；

29 §7-5 离心式压缩机的调节 四 可转动扩压器叶片调节 （扩大稳定工况范围） 减小叶片进口角－性能曲线向小流量区平移－喘振流量减小
不能改变压缩机出口压力 与改变转速调节方法联合使用，可大幅度扩大稳定工况范围

30 §7-5 离心式压缩机的调节 五 改变转速调节调节（能量头改变）

31 §7-5 离心式压缩机的调节 优点（1）大幅度增加稳定工况区域 （2）不引起附加损失，经济 （3）结构简化，制造方便 缺点
（1）效率有些下降 （2）对于升速运行，考虑叶轮强度， 止推轴承负荷 汽轮机 直流电机或变频

32 §7-5 离心式压缩机的调节 三种调节方法经济性对比 进气节流 进气绕旋 改变转速

33 §7-5 离心式压缩机的调节 综合评价： （1）改变转速，经济性最好，调节范围宽，最适合于蒸汽轮机和燃气轮机作原动机的情况
（2）进气节流调节，方法简便，经济性好，并具有一定调节范围，转速不变压缩机，鼓风机 （3）转动进口导叶调节 调节范围宽，经济性也不差，结构较复杂，适于通风机 （4）转动扩压器叶片调节 性能曲线平移，扩大稳定工况范围、减小喘振流量，经济性好，但结构较复杂。适用于压力稳定，流量变化不大的变工况。常与其它调节方法联合使用。 （5）出口节流调节 最简单，经济性最差。（通风机及小功率鼓风机） （6）可同时采用几种调节方法，互相取长补短，最有效地扩大压缩机稳定工况范围，全面满足用户对变工况的需求。