第七讲离心式压气机讲解

一、关于离心式压缩机喘振问题1、什么是离心式压缩机的喘振？离心式压缩机在生产运行过程中，有时会突然产生强烈的振动，气体介质的流量和压力也出现大幅度脉动，并伴有周期性沉闷的"呼叫"声，以及气流波动在管网中引起"呼哧""呼哧〃的强噪声，这种现象称为离心式压缩机的喘振工况。

压缩机不能在喘振工况下长时间运行，一旦压缩机进入喘振工况，操作人员应立即采取调节措施，降低出口压力，或增加进口，或出口流量，使压缩机快速脱离喘振区，实现压缩机的稳定运行。

2、喘振现象的特征是什么？离心式压缩机运行一旦出现喘振现象，则机组和管网的运行具有以下征:1）气体介质的出口压力和人口流量大幅度变化，有时还可能产生气体倒流现象。

气体介质由压缩机排出转为流向入口，这是危险的工况。

2）管网有周期性振动，振幅大，频率低，并伴有周期性的“吼叫”声。

3）压缩机机体振动强烈，机壳，轴承均有强烈的振动，并发出强烈的周期性的气流声，由于振动强烈，轴承润滑条件会遭到破坏，轴瓦会烧坏，甚至轴被扭断，转子与定子会产生摩擦，碰撞，密封元件将遭到严重破坏。

3、如何进行防喘振调节？喘振的危害极大，但至今无法从设计上予以消除，只能在运转中设法避免机组运行进入喘振工况，防喘振的原理就是针对引起喘振的原因，在喘振将要发生时，立即设法把压缩机的流量增大，使机组运行脱离喘振区。

防喘振的方法具体有三种：1）部分气体防空法。

2）部分气体回流法。

3）改变压缩机运行转速法。

4、压缩机运行低于喘振极限的原因？1）出口背压太高。

2）进口管线阀门被节流。

3）出口管线阀门被节流。

4）防喘振阀门有缺陷或者调节不正确。

二、离心式压缩机流量工况及调节方法1、离心式压缩机的最大流量工况？当流量达到最大时的工况即为最大流量工况，造成这种工况有两种可能：一是级中某流道喉部处的气流达到临界状态，这时气体的容积流量已是最大值，任凭压缩机的背压再降低，流量也不可能增加，这种工况也成为“阻塞”工况。

离心式压缩机工作原理及结构图一、工作原理汽轮机(或电动机)带动压缩机主轴叶轮转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。

而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进汽部份进入叶轮，由于工作轮不断旋转，气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动。

气体因离心作用增加了压力，还可以很大的速度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。

如果一个工作叶轮得到的压力还不够，可通过使多级叶轮串联起来工作的办法来达到对出口压力的要求。

级间的串联通过弯通，回流器来实现。

这就是离心式压缩机的工作原理。

二、基本结构离心式压缩机由转子及定子两大部分组成，结构如图1所示。

转子包括转轴，固定在轴上的叶轮、轴套、平衡盘、推力盘及联轴节等零部件。

定子则有气缸，定位于缸体上的各种隔板以及轴承等零部件。

在转子与定子之间需要密封气体之处还设有密封元件。

各个部件的作用介绍如下。

1、叶轮叶轮是离心式压缩机中最重要的一个部件，驱动机的机械功即通过此高速回转的叶轮对气体作功而使气体获得能量，它是压缩机中唯一的作功部件，亦称工作轮。

叶轮一般是由轮盖、轮盘和叶片组成的闭式叶轮，也有没有轮盖的半开式叶轮。

2、主轴主轴是起支持旋转零件及传递扭矩作用的。

根据其结构形式。

有阶梯轴及光轴两种，光轴有形状简单，加工方便的特点。

3、平衡盘在多级离心式压缩机中因每级叶轮两侧的气体作用力大小不等，使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力即称为轴向力。

轴向力对于压缩机的正常运行是有害的，容易引起止推轴承损坏，使转子向一端窜动，导致动件偏移与固定元件之间失去正确的相对位置，情况严重时，转子可能与固定部件碰撞造成事故。

平衡盘是利用它两边气体压力差来平衡轴向力的零件。

它的一侧压力是末级叶轮盘侧间隙中的压力，另一侧通向大气或进气管，通常平衡盘只平衡一部分轴向力，剩余轴向力由止推轴承承受，在平衡盘的外缘需安装气封，用来防止气体漏出，保持两侧的差压。

压气机的特性认识通过这学期的课堂学习和近段时间课下查资料学习，使我对压气机的知识有了一定的了解和认识。

压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。

根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。

首先，我们了解下轴流压气机的结构和工作特性。

轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。

转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。

每一排动叶和紧随其后的一排静叶构成轴流式压气机的一级。

压气机的效率高，说明压缩过程中的流阻损失小，实际过程接近理想过程。

或者说，压气机效率愈高，达到相同增压比时，所需要外界输入的机械功愈少。

目前，单级轴流压气机的绝热效率可以达到90％以上，高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85％以上。

高增压比的轴流压气机通常由多级组成，其中每一级在一般情况下都是由一排动叶和一排静叶构成，且每级的工作原理大致相同，因此我们可以通过研究压气机的一级来了解其工作原理。

轴流压气机的基元级由一排转子叶片和一排静子叶片组成，它保留了轴流压气机的基本特征。

为研究方便，可将圆柱面上的环形基元级展开成为平面上的基元级（如图1－1），在二维平面上研究压气机基元级的工作原理。

图1－1展开成平面的基元级速度三角形在研究压气机工作特性中有着重要的作用。

将动叶进口和动叶出口的速度三角形叠加画到一起，就可以得到基元级的速度三角形，如图1－2（a）所示。

在一般亚声速流动的情况下，气流经过基元级的动叶和静叶后，绝对速度的周向分量Cu和相对速度的周向分量Wu变化比较大，而绝对速度的轴向分量Ca和相对速度的轴向分量w a变化不大，可近似地认为Ca1=Ca2=Ca3。

这样，基元级的速度三角形可进一步化简为图1－2(b)所示形式。

通过速度三角形我们就可以对压气机中气体流动情况进行分析。

航空发动机原理压气机的工作原理根据气流在压气机的流动方向，可将压气分为两大类，气流沿离开叶轮中心方向流动的叶做离心式压气机；气流沿与叶轮轴平行方向流动的叫做轴流式压气机。

此外还有轴流式与离心式压气机混合而成的混合式压气机。

目前使用最广泛的是轴流式压气机，以下将作重点介绍。

轴流式压气机的基本组成，由静子和转子组成。

静子由多排叶片组成，这些叶片叫做整流叶片，由一排流叶片组成的圆环叫做整流环，各整流环固定在机匣上。

转子由多排叶轮组成，每一排叶轮上固定了许多工作叶片，压气机叶轮最终能过叶轮轴与涡轮的工作叶轮轴相连，并由涡轮带动高速旋转。

轴流式压气机的叶轮和整流环是交错排列的。

一个叶轮和后面相邻的整流环构成了压气机的一级。

单级压气机增压比不高。

一般约为1.2-1.8。

为了得到更高的增压比，目前用在民航机上的涡扇发动机的轴流式压气机级数常为10-20级，压气机增压比高达30-40。

有些轴流式压气机的进口安装了一排固定的导流叶片，它们所组成的圆环叫做导流环。

空气在压气机中的流动从进气道流入压气机的空气，首先流过导流环，然后依次流过各级的叶轮和整流环，最后从末级整流环流出进入燃烧室。

由于空气在压气机中的流动较为复杂，同时气流在不同半径叶片通道内的流动大体相仿，为了便于分析，我们假想用一条通过各级叶轮平均地半径处的直线绕叶轮旋转，来切割叶轮和整流环叶片，得到压气机——“基本级”，每级压气机可看成是很多基元级相叠加而成。

所以空气在基元级中的流动可看成压气机工作的缩影。

把所得到的基元级切片在平面上展开，就得到——平面叶栅图形。

目前大多数航空燃气轮机都采用轴流式压气机，只有小功率、小流量的涡轴和涡浆发动机上才采用离心式压气机。

在20世纪40年代末和50年代初、涡喷发动机也曾采用离心式压气机。

离心式压气机由导流器, 叶轮, 扩压器, 导气管等部分组成，叶轮和扩压器是其中两个主要部件。

导流器：安装在叶轮的进口处，其通道是收敛形的使气流以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失，空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降。

离心压气机设计方法综述压缩机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械，分为容积式和透平式两种。

透平式压缩机是一种叶片式旋转机械，其中气体压力的提高是利用叶片和气体的相互作用来实现的，按照结构分为离心式压气机和轴流式压气机两种。

离心式压气机中气体压力的提高，是由于气体流经叶轮时，由于叶轮旋转，使气体受到离心力的作用而产生压力，与此同时气体获得速度，而气体流过叶轮，扩压器等扩张通道时，气体的流动速度又逐渐减慢从而使气体压力得到提高。

设计一台离心压气机包括多方面的内容，主要有：结构设计；通流部分的选择和计算；强度与振动计算；工艺设计；自动控制和调节；以及驱动型式等问题。

这里主要讨论前两项。

在离心压气机设计方法上，先后出现了几何设计方法，二维气动设计方法，准三维气动设计方法，全三维气动设计方法。

以这些方法为理论基础，建立了离心压气机计算机辅助集成设计系统。

这种设计系统的建立，为高性能离心压气机设计提供了有效工具。

最早用于离心压气机叶轮叶片的成形方法是几何成型方法，这是一种比较简单的成型方法。

国内增压器研究领域在50年代从前苏联引进的径向叶片的“双回转中心法”是几何成型方法中的代表，并在国内涡轮增压器领域得到广泛的应用。

该方法成型规律比较简单，使用该方法设计前倾后弯曲线不太可能。

于是产生了离心压气机叶轮的“骨架成型法”，这种方法可以弥补“双补转中心法”的不足。

但是，成型后弯叶片时，需要数控铣床。

早期设计离心压气机叶轮时，设计人员认为叶片型线是由二次曲线组成的，如使用圆弧线，抛物线等代表叶型、轮缘、轮毂型线形状。

使用二次曲线表示的叶片型线形状的一般表达式为f ez dr cz brz ar +++++=22222γθ式中，r 为半径，z 为叶轮轴向坐标，a,b,c,d,e,f 为系数。

系数决定叶轮进口角度和叶型型线。

Eckerdt 即采用上式设计了Eckerdt 叶轮。

Whitfield 等人认为叶轮型线可由下式表示：(){}(){}1//=+++f e d e z b a ϕ式中，ϕ既可代表半径r 也可代表周向角度θ。

离心式压缩机原理教程§1 离心式压缩机的结构及应用排气压力超过34.3×104N/m2以上的气体机械为压缩机。

压缩机分为容积式和透平式两大类，后者是属于叶片式旋转机械，又分为离心式和轴流式两种。

透平式主要应用于低中压力，大流量场合。

离心式压缩机用途很广。

例如石油化学工业中，合成氨化肥生产中的氮，氢气体的离心压缩机，炼油和石化工业中普遍使用各种压缩机，天然气输送和制冷等场合的各种压缩机。

在动力工程中，离心式压缩机主要用于小功率的燃气轮机，内燃机增压以及动力风源等。

离心压缩机的结构如图8-1所示。

高压的离心压缩机由多级组成，为了减少后级的压缩功，还需要中间冷却，其主要可分为转子和定子两大部分。

分述如下：1.转子。

转子由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等主要部件组成。

2.定子。

由机壳、扩压器、弯道、回流器、轴承和蜗壳等组成。

图8-1 离心式压缩机纵剖面结构图(1:吸气室 2:叶轮 3:扩压器 4:弯道 5:回流器 6:涡室 7，8:密封 9:隔板密封10:轮盖密封11: 平衡盘12:推力盘 13:联轴节 14:卡环 15:主轴 16:机壳 17:轴承 18:推力轴承 19:隔板 20:导流叶片 )§2 离心式压缩机的基本方程一、欧拉方程离心式压缩机制的流动是很复杂的，是三元，周期性不稳定的流动。

我们在讲述基本方程一般采用如下的简化，即假设流动沿流道的每一个截面，气动参数是相同的，用平均值表示，这就是用一元流动来处理，同时平均后，认为气体流动时稳定的流动。

根据动量矩定理可以得到叶轮机械的欧拉方程，它表示叶轮的机械功能变成气体的能量，如果按每单位质量的气体计算，用表示，称为单位质量气体的理论能量：（8-1）式中和分别为气体绝对速度的周向分量，和叶轮的周向牵连速度，下标1和2分别表示进出口。

利用速度三角形可以得到欧拉方程的另一种形式：（8-2）二、能量方程离心式压缩机对于每单位质量气体所消耗的总功，可以认为是由叶轮对气体做功，内漏气损失和轮组损失所组成的。

离心式空气压缩机的原理、特点及应用字体大小：大 - 中 - 小deshiya发表于 11-03-01 21:28 阅读(1653) 评论(1)分类：离心式空气压缩机原理是由叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续地生产出压缩空气。

离心式空气压缩机属于速度式压缩机，在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠。

①结构紧凑、重量轻，排气量范围大；②易损件少，运转可靠、寿命长；③排气不受润滑油污染，供气品质高；④大排量时效率高、且有利于节能。

离心式空气压缩机的结构特点：离心式空气压缩机组结构简单，运行可靠；离心式空气压缩机主要构件、空气动力部分、级间冷却器、整体传动装置、润滑系统和操作控件的制造都能够保证提供可靠的性能；在压缩空气气道中，离心式空气压缩机没有任何需润滑部件；离心式空气压缩机精确平衡的挠性碟片式联轴器，将振动降至最低，并且不需要联接器润滑油，也可以提供其它联接方法；离心式空气压缩机紧凑的成套底座，将框架、中间冷却器和润滑油箱集成在一起，从而具有出色的扭转刚度。

离心式空气压缩机的应用：离心式空气压缩机广泛应用于汽车、化工、制药、采矿和空气分离等行业，离心式空气压缩机也在这些行业有着良好的发展前景现代离心压缩机技术保证无油压缩空气（1）先进的技术保证了组件的最佳性能气动部件如“Turbo Master”的叶轮、扩压器，其设计确保了在工作范围内高效运行，并进行试验及现场的各项试验。

“Turbo Master”满足用户各方面的需求。

（2）后弯式三元流动叶轮优化叶片角度采用后弯式叶轮设计以及独特的轴轮连接，使压缩机在整个运行范围内高效、平稳。

采用防腐和耐磨材料延长了叶轮的使用寿命。

（3）轴承安装在小齿轮轴上的斜垫式轴颈轴承可防止高速运转时油膜振动，延长使用寿命。

安装在大齿轮轴上的四瓣锥度止推轴轴承减少摩擦损失。

（4）水平剖分式齿轮箱水平剖分式齿轮箱拆装容易。

航空发动机原理压气机的工作原理根据气流在压气机的流动方向，可将压气分为两大类，气流沿离开叶轮中心方向流动的叶做离心式压气机；气流沿与叶轮轴平行方向流动的叫做轴流式压气机。

此外还有轴流式与离心式压气机混合而成的混合式压气机。

目前使用最广泛的是轴流式压气机，以下将作重点介绍。

轴流式压气机的基本组成，由静子和转子组成。

静子由多排叶片组成，这些叶片叫做整流叶片，由一排流叶片组成的圆环叫做整流环，各整流环固定在机匣上。

转子由多排叶轮组成，每一排叶轮上固定了许多工作叶片，压气机叶轮最终能过叶轮轴与涡轮的工作叶轮轴相连，并由涡轮带动高速旋转。

轴流式压气机的叶轮和整流环是交错排列的。

一个叶轮和后面相邻的整流环构成了压气机的一级。

单级压气机增压比不高。

一般约为1.2-1.8。

为了得到更高的增压比，目前用在民航机上的涡扇发动机的轴流式压气机级数常为10-20级，压气机增压比高达30-40。

有些轴流式压气机的进口安装了一排固定的导流叶片，它们所组成的圆环叫做导流环。

空气在压气机中的流动从进气道流入压气机的空气，首先流过导流环，然后依次流过各级的叶轮和整流环，最后从末级整流环流出进入燃烧室。

由于空气在压气机中的流动较为复杂，同时气流在不同半径叶片通道内的流动大体相仿，为了便于分析，我们假想用一条通过各级叶轮平均地半径处的直线绕叶轮旋转，来切割叶轮和整流环叶片，得到压气机——“基本级”，每级压气机可看成是很多基元级相叠加而成。

所以空气在基元级中的流动可看成压气机工作的缩影。

把所得到的基元级切片在平面上展开，就得到——平面叶栅图形。

目前大多数航空燃气轮机都采用轴流式压气机，只有小功率、小流量的涡轴和涡浆发动机上才采用离心式压气机。

在20世纪40年代末和50年代初、涡喷发动机也曾采用离心式压气机。

离心式压气机由导流器, 叶轮, 扩压器, 导气管等部分组成，叶轮和扩压器是其中两个主要部件。

导流器：安装在叶轮的进口处，其通道是收敛形的使气流以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失，空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降。

压气机工作原理
压气机是一种用来增加气体压力的机械设备，它在许多工业领域中都有着广泛
的应用。

压气机的工作原理主要是通过叶片的旋转运动，使气体受到压缩，从而增加气体的压力。

下面我们将详细介绍压气机的工作原理。

首先，压气机的工作原理可以分为动力原理和压缩原理两个方面。

动力原理是
指压气机通过外部动力源（如电动机、内燃机等）驱动叶片旋转，从而产生气体的流动。

而压缩原理则是指当气体通过叶片旋转时，叶片对气体施加压力，使气体受到压缩，从而增加气体的压力。

其次，压气机的工作原理可以根据叶片结构分为离心式和轴流式两种类型。

离
心式压气机的叶片布置成圆周状，气体在叶片的作用下被甩到离心力场中，从而增加气体的压力。

轴流式压气机的叶片则呈螺旋状，气体在叶片的作用下沿着轴向流动，从而增加气体的压力。

另外，压气机的工作原理还与其工作过程密切相关。

压气机的工作过程可以分
为吸气、压缩和排气三个阶段。

在吸气阶段，气体被吸入压气机内部；在压缩阶段，气体受到叶片的作用而被压缩；在排气阶段，压缩后的气体被排出压气机。

最后，压气机的工作原理还受到一些因素的影响，如叶片数量、叶片材料、叶
片转速等。

这些因素会影响到压气机的工作效率和性能。

总的来说，压气机的工作原理是通过叶片的旋转运动，使气体受到压缩，从而
增加气体的压力。

压气机的工作原理涉及到动力原理、压缩原理、叶片结构、工作过程和影响因素等多个方面。

深入了解压气机的工作原理，有助于我们更好地应用和维护压气机设备，提高其工作效率和性能。

离心式压气机叶轮叶片
离心式压气机叶轮叶片是离心式压气机的重要组成部分。

它由数个叶片组成，叶片的长度、宽度、角度和弯曲程度都是经过精确计算和优化设计的。

离心式压气机叶轮叶片的主要作用是将空气加速并推向出口，形成高速气流。

在离心式压气机中，压缩空气的过程是通过叶轮叶片的旋转来完成的。

在叶轮中心处，空气被吸入，然后通过叶片的作用被压缩并向外推出。

为了达到更高的效率和性能，离心式压气机叶轮叶片通常采用先进的材料和制造技术。

高质量的叶片材料能够承受高温和高压，并具有较好的强度和刚度。

此外，采用先进的制造技术可以确保叶片的几何尺寸和表面质量的精度，从而提高叶轮的稳定性和可靠性。

总之，离心式压气机叶轮叶片是离心式压气机的关键组成部分，对于压缩空气和提高机器性能具有重要作用。

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